一种激光Ⅰ类相位匹配非线性和频装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种激光Ⅰ类和频装置，包括：在光路上依次安置基频光源，基频光源从端面泵浦倍频晶体，在其后的石英旋光晶体中改变剩余基频光和倍频光的偏振方向，并在和频晶体中进行Ⅰ类和频，在输出光路上按布氏角安置一分光棱镜；所述光学元件固定在光学具座上，光学具座固定在光学平台上。该装置采用了Ⅰ类相位匹配和频与新的非线性光学晶体，克服了现在常用的和频晶体易潮解的缺点，利用了ＢＡＢＦ晶体Ⅰ类相位匹配和频有效非线性系数较大的优点。

A laser type I phase matched nonlinear frequency sum device

The present invention relates to a laser type and frequency device, including light path are arranged in the fundamental frequency light, fundamental frequency light from end pumped crystal, polarization direction changing residual fundamental frequency light and frequency doubling light in the quartz crystal, and type and frequency in frequency and crystal, the output light path according to a Brewster angle prism; the optical element is fixed on the optical bench, with optical seat is fixed on the optical platform. The device adopts the type phase matching and frequency and a new nonlinear optical crystal, and overcomes the shortcomings of the now commonly used frequency crystal deliquescent, take advantage of the large BABF crystal type phase matching and frequency of effective nonlinear coefficient.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光和频装置，特别涉及一种激光I类相位匹配非线性和频装置。
技术介绍
利用半导体激光器(以下简称LD)泵浦固体增益介质，开发的高效率、高功率全固态激光器件具有结构紧凑、寿命长、效率高等优点，可应用于工业、科研、医疗、军事、显示等领域，近年来成为激光领域最为活跃且最具前景的方向之一。向紫外、深紫外波段发展将为微电子、微机械的光刻、激光清洗、激光加工和激光三维成型等提供关键的激光源。 现有紫外355nm激光通常是由1064nm激光基频和其倍频直接进行II类和频产生的，这是由常用的三倍频晶体三硼酸锂(以下简称LBO)、三硼酸铯(以下简称CBO)、偏硼酸钡(以下简称BBO)决定的，但这些晶体都会潮解，给晶体使用带来了不便，必须对晶体进行加温来防止潮解。最近发现的非线性光学晶体BABF具有优良的物化性能不潮解、易镀膜、光损伤阈值高；其II类三倍频有效非线性系数是LBO的一半，而I类三倍频有效非线性系数约为LBO晶体的1.5倍，然而现有的三倍频输出是1064nm基频激光倍频所得532nm和剩余基频光和频，这两束光的偏振方向是互相正交的，这给利用BABF晶体I类相位匹配和频较大的有效非线性系数带来了不便。如文献1Ruikun Wu1993年在Applied Optics(Vol.32，No.6，971)上发表了“High-efficiency and compact blue sourceintracavity frequency tripling by using LBO and BBO without the influence ofbirefringence”中所述它采用1064nm的半波片将基频光(1064nm)偏振旋转90°和倍频光(532nm)偏振不变来进行I类和频，产生的和频光的偏振方向与原基频光(未经过1064nm半波片)的偏振方向相同，但这种方法只能用于两束光频率满足其中一个频率半波片、另一个频率全波片的设计，不能用于任意两束光的偏振方向调节。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过改变激光剩余基频光和倍频光的偏振方向使它们由正交变为平行的方法，以满足氟化硼酸铝钡晶体(以下简称BABF)I类和频相位匹配的要求，利用BABF晶体I类和频过程的较高有效非线性系数，这样可以用较短的非线性光学晶体实现具有较高的和频转换效率，同时又降低走离激光的、激光I类相位匹配非线性和频装置。该装置可以弥补上述已有技术中的半波片的不足，可以调节任意频率的两束光的偏振方向来满足和频等非线性光学过程相位匹配的要求。 本专利技术目的是这样实现的 本专利技术提供一种激光I类相位匹配非线性和频装置(如附图1所示)，包括 一个提供输出光波长为1064nm激光的基频光源1； 一块倍频晶体2； 一块和频晶体4； 一块分光棱镜5；其特征在于，还包括一块可使剩余基频光和倍频光的偏振方向由正交变为平行的旋光晶体3；其中所述的基频光源1输出光路上依次顺序放置所述的倍频晶体2、所述的旋光晶体3和所述的和频晶体5，在和频晶体5输出光路上按布氏角放置所述的分光棱镜5；所述倍频晶体2、旋光晶体3、和频晶体4和分光棱镜5均固定在光学具座上，光学具座固定在光学平台上； 所述的旋光晶体3是石英旋光晶体，其形状为圆柱状盘片、长方体、六棱柱、三棱柱；为z切，通光方向为z轴方向，通光面需要抛光和镀相应波长的增透膜，通光方向上的厚度由以下公式(1)决定。 所设计的石英旋光晶体，对于波长分别为λ和2λ的激光，有满足如下关系 式中α为石英旋光晶体的旋光率，是波长的函数；2λ是基频光波长，λ是倍频光波长，l是通光长度，α(2λ)是基频光的旋光率，α(λ)是倍频光的旋光率， 是基频光的经过石英旋光晶体的偏转旋转角度， 是倍频光的经过石英旋光晶体的偏转旋转角度。 在上述的技术方案中，还包括两块透镜(第一透镜6和第二透镜7)；其中第一透镜6设置在所述的基频光源1和所述的倍频晶体2之间的光路上；其中第二透镜7设置在所述的旋光晶体3和所述的倍频晶体4之间的光路上。 在上述的技术方案中，所述的第一透镜6和第二透镜7是平凸镜、色散补偿透镜，或其它类型的透镜以及光学器件。 在上述的技术方案中，所述的分光棱镜5为布氏角棱镜，直角棱镜，等腰棱镜。 在上述的技术方案中，所述的基频光源1是掺Nd激光器或Yb激光器，可以是连续激光器、调Q激光器或锁膜激光器；该基频光源1的脉冲宽度可以为毫秒、微秒、纳秒、皮秒或飞秒。 在上述的技术方案中，所述的倍频晶体2包括氟化硼酸铝钡(BABF)、三硼酸锂(LBO)、偏硼酸钡(BBO)、铌酸钾(KNbO3)、钛氧磷酸钾(KTP)、周期性极化钛酸磷酸钾(PPKTP)、周期极化铌酸锂(PPLN)、周期极化钽酸锂(PPLT)或其它非线性光学晶体以及光学超晶格晶体。 在上述的技术方案中，所述的和频晶体4包括氟化硼酸铝钡(BABF)、三硼酸锂(LBO)、钛氧磷酸钾(KTP)、周期性极化钛酸磷酸钾(PPKTP)、周期极化铌酸锂(PPLN)、周期极化钽酸锂(PPLT)或其它可以用于和频的非线性光学晶体以及光学超晶格晶体。 在上述的技术方案中，所述的第一透镜6和第二透镜7是平凸镜、色散补偿透镜，聚焦透镜。 本专利技术的激光I类相位匹配非线性和频装置，所述的基频光源1输出的1064nm基频光经倍频晶体2时被倍频，为I类倍频，剩余基频光和倍频光的偏振方向相互正交，为了满足和频晶体的I类相位匹配的要求，在和频晶体之前的光路中放置石英旋光晶体3，剩余基频光和倍频光的偏振方向在旋光晶体中由正交变为平行，在和频晶体中进行I类和频，则在布氏角棱镜处输出355nm紫外激光。 本专利技术的优点在于 由于本专利技术的激光I类相位匹配非线性和频装置采用了石英旋光晶体，而石英旋光晶体采用z切，通光方向为z轴方向，将通光面进行了抛光和镀相应波长的增透膜，并按照以下具体设计方法设计石英旋光晶体的厚度(等于l) 设 为旋光性晶体对某一单色平面偏振光的振动面所转过的角度，由实验知，它正比于光在石英旋光晶体中所通过路程的长度l，即 式中α为旋光晶体的旋光率，是波长的函数。 对于波长分别为λ和2λ的激光，有满足如下关系 于是，剩余基频光和倍频光的偏振方向在旋光晶体中由正交变为平行；因此可以达到使剩余基频光和倍频光的偏振方向由正交变为平行和利用和频晶体的I类相位匹配和频有效非线性系数较大的目的。 另外，本专利技术的激光I类相位匹配非线性和频装置采用了BABF晶体作为和频晶体，克服了现在常用的和频晶体易潮解的缺点。 附图说明 图1是本专利技术的激光I类相位匹配非线性和频装置组成示意图 图2是本专利技术的和频装置中采用石英旋光晶体的旋光率的拟合曲线 图3是本专利技术的装置优化后腔外和频输出紫外光激光装置的光路图 图4是本专利技术两束任意频率激光腔外和频装置的光路图 图面说明 1-基频光源； 2-倍频晶体； 3-旋光晶体； 4-和频晶体； 5-分光棱镜； 6-第一透镜； 7-第二透镜 具体实施例方式 以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光Ⅰ类相位匹配非线性和频装置，包括：　一个提供输出光波长为１０６４ｎｍ激光的基频光源（１）；　一块倍频晶体（２）；　一块和频晶体（４）；　一块分光棱镜（５）；其特征在于，还包括一块可使剩余基频光和倍频光的偏振方向由正交变为平行的旋光晶体（３）；其中所述的基频光源（１）输出光路上依次顺序放置所述的倍频晶体（２）、所述的旋光晶体（３）和所述的和频晶体（４），并在所述的和频晶体（４）输出光路上按布氏角放置所述的分光棱镜（５）；所述倍频晶体（２）、旋光晶体（３）、和频晶体（４）和分光棱镜（５）均固定在光学具座上，光学具座固定在光学平台上。　所述的旋光晶体是石英旋光晶体，为ｚ切，通光方向为ｚ轴方向，通光面抛光和镀相应波长的增透膜，通光面厚度由以下公式决定：　所述的旋光晶体对某一单色平面偏振光的振动面所转过的角度为Δφ，它正比于光在介质中所通过路程的长度ｌ，即　Δφ＝αｌ　式中α为旋光晶体的旋光率，是波长的函数。

【技术特征摘要】
1.一种激光I类相位匹配非线性和频装置，包括一个提供输出光波长为1064nm激光的基频光源(1)；一块倍频晶体(2)；一块和频晶体(4)；一块分光棱镜(5)；其特征在于，还包括一块可使剩余基频光和倍频光的偏振方向由正交变为平行的旋光晶体(3)；其中所述的基频光源(1)输出光路上依次顺序放置所述的倍频晶体(2)、所述的旋光晶体(3)和所述的和频晶体(4)，并在所述的和频晶体(4)输出光路上按布氏角放置所述的分光棱镜(5)；所述倍频晶体(2)、旋光晶体(3)、和频晶体(4)和分光棱镜(5)均固定在光学具座上，光学具座固定在光学平台上。所述的旋光晶体是石英旋光晶体，为z切，通光方向为z轴方向，通光面抛光和镀相应波长的增透膜，通光面厚度由以下公式决定所述的旋光晶体对某一单色平面偏振光的振动面所转过的角度为它正比于光在介质中所通过路程的长度l，即式中α为旋光晶体的旋光率，是波长的函数。2.按权利要求1所述的激光I类相位匹配非线性和频装置，其特征在于所述的石英旋光晶体，对于λ为倍频光波长和2λ为基频光波长的激光，要满足如下关系式中α为石英旋光晶体的旋光率，是波长的函数；l是通光长度，α(2λ)是基频光的旋光率，α(λ)是倍频光的旋光率，是基频光的经过石英旋光晶体的偏转旋转角度，是倍频光的经过石英旋光晶体的偏转旋转角度。3.按权利要求2所述的激光I类相位匹配非线性和频装置，其特征在于所述的旋光晶体旋光率采用如下公式拟和得到式中a，b，c，d，e，f，g，h为拟合常数，分别为a为常数项，b为二次项系数，c为负二次项系数，d为一次项系数，e为负二次项常数，f为三次项系数，g为负一次项系数，h为负一次项常数；λ为激光波长cl为真空中光速，ω为激光频率；所得参数值a＝2.0319b＝20.642c＝5.9098d＝-17.472e＝0.016705f＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：许祖彦，周勇，彭钦军，崔大复，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]