本实用新型涉及一种三倍频光学变频器，属于激光和非线性光学技术领域。
背景技术：
目前，体块非线性光学(NLO)晶体仍然是光学频率上转换的主要介质，比较常用的有KTP、KDP、BBO、LBO等。对于近红外激光的三倍频(THG)，通常采用级联变频方式实现，传统情况下需要两块非线性光学晶体：第一块晶体产生倍频波(SHG)，第二块对基频波与倍频波进行和频(SFG)，产生三倍频波。
中国专利文献CN105911793A公开了一种基于单块磷酸盐晶体的级联光学变频器及其应用。该光学变频器，包括沿光路方向设置的第一分束镜、磷酸盐晶体、偏振转换模块、第二分束镜和第三分束镜。本实用新型以磷酸盐晶体作为非线性光学介质，利用四分之一波片改变倍频光偏振态，利用折返光路进行倍频、三倍频的级联变频，在一块晶体中实现了从近红外激光到紫外激光的直接输出；
中国专利文献CN105549295A公开了一种兼具非临界相位匹配倍频、三倍频性能的紫外激光变频器及其工作方法，包括基频光源、缩束系统、第一反射镜、非线性光学晶体、四分之一波片、第二反射镜及滤波片，非线性光学晶体X轴和Z轴的角平分线，与基频光的偏振方向的夹角为0-5°，四分之一波片的光轴方向与基频光的偏振方向的夹角为0-5°；第一反射镜与光路的中心轴的夹角为35-55°；非线性光学晶体为GdxY1-xCOB晶体，当基频光波长为1064nm时，x的取值范围为0.18-0.22,当基频光波长为1053nm时，x的取值范围为0.11-0.15。
上述两篇专利文献公开了两种仅用一块非线性光学晶体实现三次谐波转换的装置，分别应用于KDP、ADP类,以及GdxY1-xCOB晶体。这几种晶体共同特征是：其倍频与和频的最佳切向(即有效二阶非线性光学系数最大的方向)比较相近。对于KDP、ADP类晶体，切割角在主平面内(θ＝60°，φ＝0°)附近，所实现的级联三倍频先后由II类倍频和II类和频构成。对于GdxY1-xCOB晶体，切割角在主轴Y、上，即(θ＝90°，φ＝90°)，为非临界相位匹配方向，所实现的级联三倍频先后由II类倍频和I类和频构成。整体而言，上述晶体的有效非线性光学系数普遍不高，并且KDP、ADP类晶体有潮解性能，而GdxY1-xCOB晶体对组分的依懒性高、紫外光辐照时易出现灰迹损伤，这些因素不同程度地限制了上述器件的应用，通过寻找新的非线性晶体及切型有望弥补上述不足。
技术实现要素：
针对现有单晶体级联三倍频技术中存在的潮解、非线性系数小、抗光伤阈值低等问题，
本实用新型设计了一种三倍频光学变频器，可实现高效级联三倍频输出。
实用新型概述：
本实用新型设计了一种三倍频光学变频器，高效输出紫外或者紫色三倍频光。这种光学变频器的效果优于此前公布的ADP、KDP、GdxY1-xCOB晶体。
本实用新型的技术方案为：
一种三倍频光学变频器，包括沿光路传播方向依次放置的分束镜、BBO(β-BaB2O4)晶体、四分之一波片、全反镜。
基频光穿过所述分束镜入射到所述BBO晶体上，所述BBO晶体将基频光转化为倍频光，倍频光与剩余基频光入射到所述四分之一波片，剩余基频光被全反射，倍频光通过全反镜往返两次通过所述四分之一波片，与被所述四分之一波片全反射的剩余基频光在所述BBO晶体中反向传播，实现I类和频，产生基频光的三倍频波，离开所述BBO晶体后，反向传播的三倍频波与剩余基频波、剩余倍频波在分束镜处分离，反射后输出。
根据本实用新型优选的，所述三倍频光学变频器还包括镜片，所述镜片设置在所述BBO晶体与所述四分之一波片之间，所述镜片镀有基频光增透膜、倍频光高反膜。
此处设计的优势在于，镜片替代四分之一波片反射基频的功能，既降低了四分之一波片的镀膜要求，又减少了四分之一波片所承受的激光能量，有利于提高工作稳定性，提升三倍频输出。
根据本实用新型优选的，在朝向所述全反镜的所述四分之一波片的通光表面镀有基频光高反膜。
此处设计的优势在于，替代全反镜反射倍频的功能，这样可以省去全反镜，既节约了生产成本，又减小了变频器尺寸，同时将基频光与倍频光在光路中传播的光程差降到最低，有利于三倍频转换效率的提高，有利于飞秒量级超短脉冲基频光的使用。
根据本实用新型优选的，所述BBO晶体通光端面在抛光之后镀有宽带增透膜。以减小损耗。
根据本实用新型优选的，在朝向所述BBO晶体的所述四分之一波片的通光表面镀有基频光高反膜和倍频光增透膜，在朝向所述全反镜的所述四分之一波片的通光表面镀有基频光增透膜。
根据本实用新型优选的，所述分束镜是与光路呈45°角倾斜放置的谐波分离器，镀有基频光、倍频光增透膜，以及三倍频高反膜。
根据本实用新型优选的，在朝向所述四分之一波片的所述全反镜的通光表面镀有基频光高反膜。
上述三倍频光学变频器的工作方法，包括：
(1)基频光穿过分束镜后入射到所述BBO晶体上；所述BBO晶体将入射到所述BBO晶体内的基频光转化为倍频光；
(2)步骤(1)产生的倍频光与剩余基频光第一次入射到所述四分之一波片；在所述四分之一波片前表面剩余基频光被全反射；倍频光穿过所述四分之一波片后进入所述全反镜；
(3)在所述全反镜的作用下，倍频光第二次通过四分之一波片，往返两次通过四分之一波片，总相位延迟为π，倍频光第二次通过四分之一波片后，倍频光的线偏振沿BBO晶体的慢轴旋转90°，与步骤(2)中被所述四分之一波片全反射的剩余基频光在所述BBO晶体中反向传播，实现I类和频，产生基频光的三倍频波；
(4)离开所述BBO晶体后，反向传播的三倍频波与剩余基频波、剩余倍频波在所述分束镜处分离，反射后输出。
本实用新型的有益效果为：
1、相对传统的双晶体级联三倍频，本实用新型只使用一块非线性光学晶体，成本低，工作波段宽。
2、相对现有的KDP、ADP类晶体、GdxY1-xCOB晶体，本实用新型使用不潮解、非线性系数更大、紫外抗光伤阈值更高的现有的BBO晶体，制成的单晶体级联三倍频器具有转换效率高、输出能量大、应用波段宽等显著优势。
附图说明
图1为本实用新型三倍频光学变频器结构及偏振示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本实用新型作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种三倍频光学变频器，如图1所示，包括沿光路传播方向依次放置的分束镜、BBO晶体、四分之一波片、全反镜；
入射基频光的线偏振方向与BBO晶体的o轴方向的夹角为35.3°。
基频光源为1064nm的Nd:YAG激光：
分束镜是与光路呈45°角倾斜放置的谐波分离器，镀有1064nm、532nm增透膜，以及355nm高反膜；
BBO晶体通光端面在抛光之后镀以宽带增透膜。以减小损耗；
四分之一波片的光轴与入射倍频光偏振方向的夹角为45°，倍频光往返通过四分之一波片后偏振方向旋转90°。在朝向BBO晶体的四分之一波片的通光表面镀有1064nm高反膜和532nm增透膜，在朝向全反镜的四分之一波片的通光表面镀有532nm增透膜。
全反镜对532nm高反。
实施例2
一种三倍频光学变频器，包括沿光路传播方向依次放置的分束镜、BBO晶体、四分之一波片、全反镜；
基频光源为1053nm的Nd:glass激光：
分束镜是与光路呈45°角倾斜放置的谐波分离器，镀有1053、526nm增透膜，以及351nm高反膜；
BBO晶体通光端面在抛光之后镀以宽带增透膜。以减小损耗；
在朝向BBO晶体的四分之一波片的通光表面镀有1053nm高反膜和526nm增透膜，在朝向全反镜的四分之一波片的通光表面镀有526nm增透膜。
全反镜对526nm高反。
实施例3
一种三倍频光学变频器，包括沿光路传播方向依次放置的分束镜、BBO晶体、四分之一波片、全反镜；
基频光源为800nm的钛宝石激光：
分束镜是与光路呈45°角倾斜放置的谐波分离器，镀有800、400nm增透膜，以及267nm高反膜；
BBO晶体通光端面在抛光之后镀以宽带增透膜。以减小损耗；
在朝向BBO晶体的四分之一波片的通光表面镀有800nm高反膜和400nm增透膜，在朝向全反镜的四分之一波片的通光表面镀有400nm增透膜。
全反镜对400nm高反。
实施例4
根据实施例1所述的一种三倍频光学变频器，其区别在于，
将一个1064nm高反、532nm高透的镜片放置在BBO晶体与四分之一波片之间，替代四分之一波片反射基频的功能，这样四分之一波片的两个通光面都镀532nm增透膜即可，既降低了波片的镀膜要求，又减少了波片所承受的激光能量，有利于提高工作稳定性，提升三倍频输出。
实施例5
根据实施例1所述的一种三倍频光学变频器，其区别在于，四分之一波片朝向全反射镜的通光表面改镀532nm高反膜，替代全反镜反射倍频的功能，这样可以省去全反镜，既节约了生产成本，又减小了变频器尺寸，同时将基频光与倍频光在光路中传播的光程差降到最低，有利于三倍频转换效率的提高，有利于飞秒量级超短脉冲基频光的使用。