电控波长可调谐的频率变换装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光频率变换装置，特别是一种电控波长可调谐的频率变换装置。
【背景技术】
[0002] 利用非线性晶体进行频率变换使激光的工作波长得到了极大的拓展，非线性光学 频率变换也成为激光及其非线性光学领域的一个重要组成部分。在利用非线性晶体材料进 行频率变换时，要获得有效的非线性光学频率转换，入射光波和输出光波在非线性光学介 质中传播时，必须满足一定的相位关系，称为相位匹配，这是非线性晶体实现频率变换的一 个前提条件。目前，实现位相匹配的方法通常有以下几种:双折射位相匹配(BPM)、非临界相 位匹配(NCPM)和准位相匹配(QPM)。通过频率变换，比如和频、差频、光参量放大及光参量振 荡等可以产生新的相干波段，提供从远红外到紫外各种波段的相干光源，满足实际应用的 不同的需要。
[0003] 双折射位相匹配是利用晶体的双折射效应实现的，即利用晶体的双折射效应补偿 因色散造成的输入光和输出光之间的相位失配。这一方案在频率变换技术中有着广泛的应 用，尤其是大口径晶体如:六0?、1(0?、01(0?、1^0、101 3等的生长技术成熟之后，各种非线性频率 变换技术更有着飞速发展。影响双折射位相匹配频率变换的主要因素有:非线性晶体的非 线性系数、走离角、相位匹配角、温度稳定性等参数。尤其是相位匹配角这一因素，频率变换 效率对其变化特别敏感，一般允许失配角只有百微弧度左右。如果在某一波长实现相位匹 配时，晶体角度发生了变化，转换效率将迅速降低，因此双折射位相匹配实验过程中角度的 调节精度要求很高。
[0004] 非临界相位匹配是利用某些倍频晶体折射率的双折射量与色散量对温度比较敏 感的特点，通过调节倍频晶体的温度实现相位匹配的方法。这种相位匹配方式中的匹配角 度= 90°，使得基频光寻常光的折射率曲面正好与倍频光非寻常光的折射率曲面相切，可以 有效地消除走离效应。由于这一方法是利用非线性晶体折射率与温度相关的特性，所以非 临界相位匹配对于温度的控制精度和整体的均匀性有很高的要求。
[0005] 通过上面可以发现，对于不同的相位匹配方法可以使晶体在某合适角度和温度下 能够进行相应波长的频率变换，但是在不改变晶体角度和温度的情况下，入射光波长发生 变化时，相位失配便会产生，使频率变换的效率发生下降。因此，对于固定的晶体切割角度 和温度，一般相位匹配只能在某一波长实现，如果入射波长发生变化，则需要调整晶体的角 度，或者温度，而角度的调整将增加实验的复杂程度，温度的变化又受限于控制精度、温度 变化时间和整体温度均匀性。因此，在固定晶体角度和温度的情况下实现不同波长的频率 变换，尤其是在可调谐激光器的频率变换时是比较困难的。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对目前现有的频率变换技术方案，提出一种电控波长可调谐的 频率变换装置，该装置利用电光效应改变晶体的折射率实现相位匹配，当入射光波长发生 变化时不需要调节晶体的角度，只要通过调节电压的大小即可使光束满足相位匹配，实现 电控波长可调谐频率变换。该装置把电光效应应用到频率变换中，改变电压使晶体所处的 电场强度发生变化，即可使晶体的折射率发生相应的改变，并且折射率变化可调谐，使该装 置具有波长可调谐频率变换的优点。
[0007] 本发明的技术解决方案如下：
[0008] 一种电控波长可调谐的频率变换装置，其特点在于该装置包括:光束取样镜、光谱 仪、电压源、非线性晶体和两片平行放置的金属板；
[0009] 上述各元器件位置关系如下：
[0010] 所述的光束取样镜、非线性晶体和金属板固定在同一水平高度上，且光束取样镜 与光束传输方向成45度，非线性晶体的光轴与光束传输方向的夹角Θ满足相位匹配条件，电 压源的正负极分别与所述的两片金属板连接，使两片金属板之间形成一个均匀电场，非线 性晶体完全处在两片金属板之间的均匀电场中，且该非线性晶体的光轴与金属板垂直，所 述的光谱仪放置在所述光束取样镜的反射光路上，且与所述电压源相连。频率变换时，光束 经光束取样镜后一部分光被反射到光谱仪中，由光谱仪测得入射光的波长，并反馈给电压 源，另一部分透射光从两片金属板中间通过，并入射到非线性晶体中。
[0011 ]非线性晶体的光轴与光束传输方向的夹角Θ可以根据入射光波长、色散方程、电场 强度和折射率的变化量计算得到，在固定入射角度Θ的情况下，可以通过实验测量或计算出 不同入射光波长条件下使光束满足相位匹配条件所需的电压，并绘制波长-电压定标曲线， 当该频率变换装置工作时，光谱仪测得的激光器实时输出波长反馈给电压源，并根据波长-电压定标曲线得到相应的电压值，通过调节电压源施加在两片金属板上的电压，可使相应 波长的光束满足相位匹配条件，实现波长可调谐激光器的频率变换。
[0012] 本发明的技术效果：
[0013] 1、与传统频率变换装置相比，本发明利用电光效应，通过改变电压值的大小增加 了一个新的调节维度，可以灵活的实现晶体折射率的变化，使一定波长范围内的入射光束 都可以实现相位匹配。在一定波长范围内，对于不同波长的频率变换，本发明装置只要改变 加载在金属板上的电压即可使相应波长的光束满足相位匹配条件实现高效的频率变换，而 且不需要再进行晶体角度的调整，简化了不同波长频率变换过程中调整角度的步骤，使得 本发明装置所需的光学元器件数量较少，光路结构简单，光束畸变低，同时降低了装置运行 中对晶体角度控制的复杂程度和调节精度的要求，具有较好的稳定性(尤其对于可调谐激 光器、多波长的频率变换）。
[0014] 2、本发明适用于不同的波段，对于不同中心波长可调谐激光器的频率变换只需根 据波段选择合适的晶体和相应的切割角度，当波长发生变化时按照波长-电压定标曲线调 电压大小即可。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明波长可调谐的频率变换装置的结构示意图。
[0016] 图2为以DKDP晶体I类相位匹配进行倍频（(^-?^?:^为例对本发明进行的原理 说明示意图。
[0017] 图3为DKDP晶体加载电压时折射率主轴变化示意图。
[0018] 图4为以DKDP晶体为例使用本发明波长可调谐的频率变换装置进行不同波长频率 变换时，不同波长与加载在电光晶体上的电压的波长-电压定标曲线。
[0019] 图5为使用本发明装置进行中心波长为1053nm、波长变化范围为1044~1064nm的 频率变换与传统晶体进行相同波段的频率变换的转换效率随波长变化的对比图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合说明书附图对本发明方法进行具体说明。
[0021] 先请参阅图1，图1为本发明一种波长可调谐的频率变换装置的结构示意图，由图 可见，本发明装置包括:光束取样镜1、光谱仪2、电压源3、非线性晶体4和两片金属板5,上述 各元器件位置关系如下：
[0022] 光束取样镜1、非线性晶体4和金属板5固定在同一水平高度上，且光束取样镜1与 光束传输方向成45度，非线性晶体4的光轴与光束传输方向的夹角Θ满足相位匹配条件，电 压源3的正负极分别与所述的两片金属板5连接，使两片金属板5之间形成一个均匀电场，非 线性晶体4完全处在两片金属板5之间的均匀电场中，且该非线性晶体4的光轴与金属板5垂 直，所述的光谱仪2放置在所述光束取样镜1的反射光路上，且与所述电压源3相连。频率变 换时，光束经光束取样镜1后一部分光被反射到光谱仪2中，由光谱仪2测得入射光的波长， 并反馈给电压源3,另一部分透射光从两片金属板5中间通过，并入射到非线性晶体4中。非 线性晶体4的光轴与光束传输方向的夹角Θ可以根据入射光波长、色散方程、电场