本发明专利技术提供一种带有倍频装置的倍频激光器，包括基频激光器、光束整形聚焦部件和倍频装置；基频激光器输出光后方顺序设置光束整形聚焦部件、倍频装置和分光器件；倍频装置由非相位匹配方向切割非线性光学晶体、匹配液体、盛装匹配液的腔体和液体温控循环装置组成；匹配液体用来耦合基频激光进入非线性晶体实现倍频相位匹配，并沿晶体通光面以层流态恒温流动冷却晶体；腔体用来盛装匹配液，固定晶体及实现晶体精确角度调谐；温控循环装置用以控制匹配液温度及循环流动匹配液；利用该倍频装置，制备出具有腔外倍频和腔内倍频结构的高效率、高平均功率、高光束质量倍频激光器。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种激光器，特别涉及一种带有倍频装置的倍频激光器。
技术介绍
使用非线性光学晶体将常用激光波长倍频可以大大扩展激光的波长范围，且由于 倍频系统简单、可靠，目前已经发展为一种实用的技术。获得高功率、高光束质量的倍频激 光输出已成为研究热点之一，具有重要的应用价值。如高功率绿光激光器在医学、通讯、遥 感等方面都有重要的应用，利用非线性光学晶体将Nd: YAG激光倍频，是获得这种激光源的 主要途径。目前主要使用的非线性光学倍频晶体有LB0、KTP、BB0···等。但当产生高功率倍频 激光时，需要对上述非线性光学晶体进行有效的冷却，加之这些非线性光学晶体有潮解性， 所以限制了高功率倍频激光的产生。2002年，胡章贵等生长出了一种新型的负单轴非线性 光学晶体BaAlBO3F2 (以下简称BABF)，见文献 1 :Z. G. Hu,Μ. Yoshimura，K. Muramatsu，Y. Mori and T.Sasaki,"A new nonlinear optical crystal BaAlBO3F2 (BABF),"Jpn. J. App1. Phys, 41,1131-1133 0002)。该BABF晶体具有较大非线性光学系数、不潮解、机械性能好、易于生 长等优点。BABF晶体在获得高功率倍频光输出方面极具潜力，如文献2 =Yong Zhou, Yinchao Yue,et al,"Nonlinear optical properties of BaAlBO3F2 crystal, "Optical Express, 17，0009)，20034-20038所介绍。生长出来BABF晶体结构如图1所示，其光轴垂直于生长 解理面，光轴方向具有层状结构，使用相位匹配方向切割的BABF晶体，基频光光斑及倍频 光光斑受到层状结构的影响，得到的倍频光光斑呈条纹状，光束质量差，如图2所示，难以 应用。鉴于其层状结构特性，因此不能按相位匹配方向切割晶体用于谐波产生。高功率深紫外激光(尤其200nm以下)在光刻、科学研究、材料加工等诸多领域具 有重大应用价值。KBBF晶体直接倍频是目前唯一可有效产生实用化与精密化深紫外激光的 手段。KBBF晶体为负单轴晶体，不潮解，但其具有严重的层状结构特性，不能按相位匹配方 向切割直接使用于深紫外谐波产生。生长出来的KBBF晶体结构同BABF晶体结构相同，如 图1所示。虽然KBBF-PCT(棱镜耦合)技术成功实现了深紫外谐波产生，但是在产生高功 率深紫外倍频激光时，KBBF-PCT器件由于其特殊结构，导致热效应严重，严重限制了高功率 深紫外倍频激光的产生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服具有层状结构的非线性光学晶体不能按相位匹配方向切割使用于谐波产生 的缺陷，并且解决高功率泵浦情形下，晶体热效应严重的问题；为了获得高光束质量、高平 均功率倍频激光，从而提出一种采用非相位匹配切割的非线性光学晶体，并利用晶体不潮 解的特点，将其浸泡在恒温流动的匹配液体中制成倍频装置，基频激光在匹配液中从晶体 生长解理面入射实现相位匹配，倍频激光同样从晶体生长解理面出射，以实现高光束质量 激光输出的倍频激光器。该倍频激光器避开了非线性光学晶体层状面对光束的影响(利用此方法得到的BABF晶体倍频光光斑如图3所示，不再为条纹状，光斑质量得到了极大改 善，可以满足应用需求)；通过温控循环装置使得匹配液恒温流动冷却非线性光学晶体，晶 体热效应降到了最低，实现高平均功率、高稳定性倍频激光输出。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术提供一种带有倍频装置的倍频激光器，包括基频激光器、光束整形聚焦部 件，其特征在于，还包括一倍频装置；其中，所述的倍频装置由非线性光学晶体、匹配液体、 浸泡非线性光学晶体的腔体及温控循环装置组成；在所述的基频激光器输出光后方顺序设 置光束整形聚焦部件及倍频装置实现腔外倍频；亦可将倍频装置设置于基频激光器谐振腔 内实现腔内倍频；其中，所述的非线性光学晶体固定于所述腔体中心并可绕腔体垂向中心轴旋转， 并浸泡于所述匹配液体中；所述的非线性光学晶体为单轴晶体，未按激光倍频相位匹配方 向切割，不潮解，其光轴方向具有层状结构，且光轴垂直于晶体生长解理面；所述的生长解 理面经光学抛光后作为激光通光面，所述通光面垂直于水平面；通光面为长方形，长方形的 长边平行于所述晶体的最佳倍频方向，并呈水平状态；所述腔体侧壁上对称地设置与所述非线性光学晶体通光面中心等高的入射光学 窗口及出射光学窗口；所述腔体侧壁上还对称地设置匹配液体进口和匹配液体出口 ；所述的温控循环装置装于连通所述匹配液体进口和匹配液体出口的连接管道上， 以控制所述匹配液体的温度在0到35度之间，并使所述匹配液体沿着所述非线性光学晶体 的通光面呈层流形式的流动态；基频激光水平入射通过入射光学窗口进入匹配液体，在非线性光学晶体的通光面 经匹配液体耦合进入非线性光学晶体，旋转非线性光学晶体以实现倍频相位匹配；产生的 倍频激光，未转换的基频激光通过匹配液体从出射光学窗口耦合射出。在上述的技术方案中，所述的基频激光器为全固态Nd:YAG、NchYVO4激光器，全固 态连续、纳秒、皮秒、飞秒钛宝石激光器或者它们的二倍频激光器。在上述的技术方案中，所述的非线性光学晶体为KBBF晶体、BABF晶体、RBBF晶体、 SBBO晶体、CBBF晶体或NBBF晶体。在上述的技术方案中，所述的匹配液体为具有良好光学性能且折射率接近非线性 光学晶体折射率的液体，包括水，优选去离子水；还包括CC14、CS2、甲醇、乙醇、丙醇、苯、三 氯甲烷、乙醚、甘油、松节油、橄榄油或高折射率透光液体。在上述的技术方案中，所述的温控循环装置为可控温的水冷机或可控温水泵。在上述的技术方案中，所述的腔内倍频包括一由激光腔镜和输出耦合镜组成的谐 振腔，在所述的谐振腔内顺序设置泵浦源与激光增益介质部件、光调制器件和倍频装置。本专利技术具有如下的优点本专利技术的带有倍频装置的倍频激光器，基于液体耦合实现激光倍频，解决了层状 结构的非线性光学晶体不能按相位匹配方向切割使用于谐波产生的问题，并可以产生高稳 定性，高平均功率倍频激光输出。匹配液体的作用在于1.匹配液体可以大大扩展所使用非线性光学晶体倍频的相位匹配范围。当基频激光从空气中直接耦合进晶体，对于BABF晶体，当基频激光波长小于930nm时由于全反射，基 频光便无法耦合进BABF晶体而实现I类相位匹配，通过选用具有合适折射率的液体作为匹 配液，可以大大扩展BABF晶体的I类相位匹配的基频光波长范围，如对于水-晶体耦合，可 将BABF晶体I类相位匹配的基频光波长扩展至670nm ；对于KBBF晶体，水耦合可以将KBBF 晶体I类相位匹配的基频光截止波长从470nm扩展至 330nm。2.匹配液体恒温循环冷却非线性光学晶体，或者流动冷却晶体，使得晶体一直维 持在最佳温度条件下；特别是在高功率泵浦激光情形下，晶体可以得到充分、有效的冷却。 从而产生高效、高平均功率、高稳定性倍频激光输出。通过本专利技术，可以实现基于某些优秀非线性光学晶体的腔外倍频和腔内倍频结构 的高稳定性、高平均功率、高光束质量倍频激光器。附图说明图1为本专利技术所使用的倍频装置中非线性光本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种带有倍频装置的倍频激光器，包括：基频激光器和光束整形聚焦部件；其特征在于，还包括一倍频装置；所述光束整形聚焦部件和倍频装置依次顺序设置在所述的基频激光器光输出端的后方；所述的光束整形聚焦部件及所述倍频装置用以实现腔外倍频；或者，所述倍频装置设置于基频激光器的谐振腔内实现腔内倍频；所述的倍频装置包括一非线性光学晶体，匹配液体、一盛装匹配液体的腔体和用以控制所述匹配液体的温度及循环流动的温控循环装置；所述的非线性光学晶体固定于所述腔体中心并可绕腔体垂向中心轴旋转，并浸泡于所述匹配液体中；所述的非线性光学晶体为单轴晶体，未按激光倍频相位匹配方向切割，不潮解，其光轴方向具有层状结构，且光轴垂直于晶体生长解理面；所述的生长解理面经光学抛光后作为激光通光面，所述通光面垂直于水平面；通光面为长方形，长方形的长边平行于所述晶体的最佳倍频方向，并呈水平状态；所述腔体侧壁上对称地设置与所述非线性光学晶体通光面中心等高的入射光学窗口及出射光学窗口；所述腔体侧壁上还对称地设置匹配液体进口和匹配液体出口；所述的温控循环装置装于连通所述匹配液体进口和匹配液体出口的连接管道上，以控制所述匹配液体的温度在０到３５度之间，并使所述匹配液体沿着所述非线性光学晶体的通光面呈层流形式的流动态；基频激光水平入射通过入射光学窗口进入匹配液体，在非线性光学晶体的通光面经匹配液体耦合进入非线性光学晶体，旋转非线性光学晶体以实现倍频相位匹配；产生的倍频激光，未转换的基频激光通过匹配液体从出射光学窗口耦合射出；再由分光器件分离得到倍频激光。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：许祖彦，胡章贵，杨峰，岳银超，王佳诺，彭钦军，
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
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。