532nm半高斯激光束发生器制造技术

532nm半高斯激光束发生器，包括泵浦光源、准直系统、柱透镜、一片侧向调制的周期性极化的光学超晶格、控温炉、对1064nm激光的滤波系统；周期性极化的光学超晶格材料为LiTaO3，周期为7.505μm，用以实现1064nm激光频率转换为532nm激光，所述超晶格的极化畴边缘在晶体的通光方向分布为e指数型；泵浦光源发出的1064nm的高斯激光入射到准直系统、经柱透镜聚焦到光学超晶格中，并且超晶格的畴边缘通过入射的泵浦光源的高斯激光束的中心；在超晶格出射光路上用1064nm激光的高反镜以及干涉滤波片构建的滤波系统滤掉出射光束中的1064nm泵浦光，得到532nm半高斯激光。其结构紧凑，体积小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光器
，涉及激光光束整形技术，具体为一种基于侧向调制 的光学超晶格的532nm半高斯激光束发生器的研制。
技术介绍
半高斯激光束是横向空间光强分布在一个方向为半个高斯线型，在另外一个正交 方向为高斯线型的一种激光束。激光自上世纪六十年代问世以来，通过技术的不断更新，在科学研究领域以及人 类日常生活中保持着永久的魅力。随着激光技术的飞速发展和激光应用领域的拓展，具有 特殊光强分布的激光束变得炙手可热。因此人们通过改变激光器内部的结构或者在激光器 外部加上一些辅助设备，如透镜、光栅、棱镜等光学元件，获得自己所需的特殊光强分布的 激光束。例如，空心激光束、平顶激光束、半高斯激光束、艾里激光束等等。其中半高斯激 光束是我们最感兴趣的。因为半高斯激光束在应用光学以及基础物理研究领域有广泛的应 用。例如，利用半高斯激光束在非线性克尔介质中的自弯曲现象，可以用来探测介质的非线 性折射率。利用半高斯激光束实现原子分子、介质粒子、生物分子等的光学微操控。通常产 生半高斯激光束的方法是在高斯激光束的中心垂直插入半无限大不透明片(刀片)的方法 截去高斯激光束的一半，得到半个高斯光束。根据光学知识我们知道，这种方法得到的半高 斯激光束具有很多振荡的衍射条纹。并不是真正的半高斯激光束。由于该方法产生的半高 斯激光束中的衍射条纹是由激光相干性引起的，在实际操作中很难在保证光束传输方向性 的同时消除衍射条纹。到目前为止，还没有研究者在实验上产生无衍射条纹的半高斯激光 束。因此促使人们在全固态、小型化和性能稳定的半高斯激光束发生器方面进行研究，并将 该半高斯激光束发生器进行商品化。本专利技术我们提出采用侧向调制的周期性极化的LiTaO3 晶体进行频率变换以及光束整形。我们首次在实验上发现入射的1064nm高斯激光束经过 设计好的变频整形光学超晶格之后变为532nm半高斯激光束。
技术实现思路
本专利技术目的是解决以上提出的传统方法产生的半高斯激光束具有衍射条纹的缺 点，提出一种基于侧向调制的光学超晶格产生无衍射条纹的半高斯激光束发生器的方案。 该发生器设计灵活，易于实施、易于集成化。本专利技术的技术方案是532nm半高斯激光束发生器，其特征是包括泵浦光源、准直 系统、柱透镜、一片侧向调制的变频整形光学超晶格、控温炉、对1064nm激光的滤波系统； 周期性极化的光学超晶格材料为LiTaO3,周期为7. 505 μ m，用以实现1064nm激光频率变换 为532nm激光，所述超晶格的极化畴边缘在晶体的通光方向分布为e指数型；泵浦光源发出 的1064nm的高斯激光入射到准直系统、经柱透镜聚焦到光学超晶格中，并且超晶格的畴边 缘通过入射的泵浦光源的高斯激光束的中心；在超晶格出射光路上用对1064nm激光的高 反镜以及干涉滤波片构建滤波系统滤掉出射光束中的1064nm泵浦光，得到纯净的532nm半3高斯激光。本专利技术的侧向调制的变频整形晶体是周期性极化的LiTaO3光学超晶格，超晶格 的周期设计条件为匹配温度为200摄氏度，泵浦光为1064nm高斯激光，出射光为倍频的 532nm半高斯激光。通过理论计算得到晶体畴的极化周期为7. 505 μ m。另外超晶格的极化 畴边缘在通光方向的分布设计为e指数函数分布，并且该分布的畴边缘通过泵浦高斯光束 的中心。在准直系统与光学超晶格之间加入柱透镜，将准直之后的泵浦光束聚焦到光学超 晶格中。用柱透镜可以提高晶体能承受的入射泵浦光束的光强，从而提高该器件的出射半 高斯激光束光强。进一步的，作为频率转换以及整形的光学超晶格的极化畴结构可以拓展为周期、 准周期、双周期和非周期。光学超晶格的材料可以包括同成分LiTaO3、同成分LiNbO3、化学 计量比LiTaO3、化学计量比LiNb03、掺MgO的LiNb03、掺MgO的LiTa03。再进一步的，该半高斯激光束发生器的泵浦光源可以是连续的、脉冲的，因此我们 可以得到相应的连续的、脉冲的半高斯激光束，从而满足不同的应用需求。本专利技术的有益效果是利用以介电光学超晶格为非线性变频晶体以及整形晶体在 激光频率变换以及光束整形中的优势，实现一种新型的全固态的半高斯激光束发生器，选 择介电LiTaO3光学晶体进行设计。在这种半高斯激光束发生器中，LiTaO3K是频率变化器 件又是光束整形器件，设计灵活。到目前，尚未看到用光学超晶格实现将高斯激光束整形成 半高斯激光束的报道。本专利技术532nm半高斯激光束发生器，使用的激光变频与整形晶体为当前极化技术 已成熟的LiTaO3激光晶体，该晶体周期为7. 505 μ m的LiTaO3光学超晶格已经接近商品化 生产。本专利技术没有复杂庞大的系统，具有体积小、造价低、简单易行的特点，是一种新型的全 固态的激光器系统。附图说明图1为本专利技术结构示意图。图2为本专利技术的显微镜拍摄的侧向调制的周期性极化的LiTaO3光学超晶格+C面 图。图3为本专利技术实施例1064nm泵浦高斯激光束的三维强度分布图(a)以及获得的 532nm倍频半高斯激光束的三维强度分布图(b)。图4为本专利技术实施例1064nm泵浦高斯激光束的一维强度分布曲线图(a)以及获 得的532nm倍频半高斯激光束的一维强度分布曲线图(b)。具体实施例方式(1)本专利技术实施例的侧向调制的周期性极化的光学超晶格设计如下所谓超晶格，就是在铁电晶体中通过对非线性系数的周期性调制，从而提供倒格 矢来补偿非线性相互作用过程中因色散带来的波矢失配，获得非线性光学效应的有效增 强。光学超晶格的常见结构有周期、准周期、非周期、双周期等。简单的周期结构只能提供 一个独立的倒格矢，实现单个光参量过程的位相匹配，如倍频、和频、差频等。周期结构的倒格矢为G = Wt，其中Λ为周期，m为整数，代表位相匹配的阶数。本专利技术实例倍频过程 Λ中光动量守恒公式为权利要求1.532nm半高斯激光束发生器，其特征是包括泵浦光源、准直系统、柱透镜、一片侧向调 制的周期性极化的光学超晶格、控温炉、对1064nm激光的滤波系统；周期性极化的光学超 晶格材料为LiTaO3,周期为7. 505 μ m,用以实现1064nm激光频率转换为532nm激光，所述 超晶格的极化畴边缘在晶体的通光方向分布为e指数型；泵浦光源发出的1064nm的高斯激 光入射到准直系统、经柱透镜聚焦到光学超晶格中，并且超晶格的畴边缘通过入射的泵浦 光源的高斯激光束的中心；在超晶格出射光路上用1064nm激光的高反镜以及干涉滤波片 构建的滤波系统滤掉出射光束中的1064nm泵浦光，得到纯净的532nm半高斯激光。2.根据权利要求1所述的532nm半高斯激光束发生器，其特征是泵浦光源出射激光模 式是TEMotl模，光强分布为高斯型。3.根据权利要求1所述的532nm半高斯激光束发生器，其特征是准直系统，将泵浦光束 准直为平行光束，且设置为不同的放大率，将泵浦光束扩束或者缩束到所需要的光束大小。4.根据权利要求1所述的532nm半高斯激光束发生器，其特征是泵浦光源是连续的或 脉冲的，出光亦为相应的连续的、脉冲的半高斯激光束。5.根据权利要求1所述的532nm半高斯激光束发生器，其特征是光学超晶格的极化畴 可以为准周期、双周期和非周期，从而将该发生器拓展到多种不同的非本文档来自技高网...

【技术保护点】
５３２ｎｍ半高斯激光束发生器，其特征是包括泵浦光源、准直系统、柱透镜、一片侧向调制的周期性极化的光学超晶格、控温炉、对１０６４ｎｍ激光的滤波系统；周期性极化的光学超晶格材料为ＬｉＴａＯ↓［３］，周期为７．５０５μｍ，用以实现１０６４ｎｍ激光频率转换为５３２ｎｍ激光，所述超晶格的极化畴边缘在晶体的通光方向分布为ｅ指数型；泵浦光源发出的１０６４ｎｍ的高斯激光入射到准直系统、经柱透镜聚焦到光学超晶格中，并且超晶格的畴边缘通过入射的泵浦光源的高斯激光束的中心；在超晶格出射光路上用１０６４ｎｍ激光的高反镜以及干涉滤波片构建的滤波系统滤掉出射光束中的１０６４ｎｍ泵浦光，得到纯净的５３２ｎｍ半高斯激光。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹亚玲，吕新杰，赵丽娜，袁烨，祝世宁，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84