专利名称：板条式的非线性频率转换方法
技术领域：
本发明涉及一种实现弹性非线性频率转换的新方法，是一种利用高纵横比
的光斑和非线性晶体在板条状区域相互作用时减小温差的影响，从而实现有效
的高平均功率频率转换的新方法。
背景技术：
频率转换是一种扩大高功率激光器的应用范围的有效技术，它利用光学介 质在强辐射场下的非线性光学效应产生新的频率，包括谐波的产生等弹性过程 (保持光能)和受激拉曼散射和布里渊散射等非弹性过程(在介质中储存能量)。
通常有以下几种弹性过程，利用二倍频、三倍频或者四倍频效应才能够从
给定的高功率源中产生某种谐波；利用和频与差频发生的相关过程也能产生某
种新波长，但需要两个高功率源，这些过程能够产生从紫外到远红外的整个光
谱区的高功率辐射；光参量振荡器和放大器可以从泵浦源产生两个低频波，它
们有时能够从一个单频源中产生跨越整个可见和近红外区范围的波长。 本发明中讨论的对象为弹性的非线性频率转换。
近年来，可用作泵浦光的固体激光器发展迅速，2006年Northrop Gru,an 更是推出了 19kw的连续Nd:YAG固体激光器，光束质量只有2倍衍射极限左右。 (Gregory D. Goodno， Hiroshi Komine， Stuart J". McNaught， Ben Weiss, Shawn Redmond, William Long, Randy Simpson, Eric Cheung， Donna Howland， Paul Epp， Mark Weber， Michael McClellan， Jeff Sollee， Hagop Injeyan， 〃19-Kw Phase-Locked Mopa Laser Army, 〃 in Advanced Solid-State Photonics (Optical Society of America, 2006)， paper MA2.)
但是非线性转换后的光平均功率却远小于千瓦，迄今为止，最高的倍频光 仅为315W (J. J. Chang, E. P. Dragon, and I. L. Bass, 〃315-W pulsed-green generation with a diode-pumped Nd:YAG laser, 〃 in Conference on Lasers
and Electro-Optics, Vol. 6 of 1998 OSA Technical Digests (Optical Society of America, Washington, D. C. ， 1998), papers CPD2-2-2CPD2-3.)
经过计算分析，我们认为当高平均功率非线性频率转换时，非线性晶体内 的温差大于非线性转换的接受温度范围导致转换效率低下，是目前无法实现高 平均功率非线性有效转换的主要原因。
发明内容
本发明要解决的技术问题是非线性晶体内的温差大于非线性转换的接受 温度范围导致转换效率低下，侧面冷却时晶体内的温差是无法通过改变散热边 界条件来改变的。
本发明的原理为将非线性转换的区域转化成板条状(或类似板条状)，则 会导致即使在晶体内的温度梯度较大，但是由于在厚度方向尺寸较小，绝对温 差仍然在非线性转换的温度接受范围之内。
以倍频效应举例来说，因为温度对相位匹配的影响导致效率，从而使得在 周边散热圆柱体非线性转换区域条件下，倍频转化最高的平均功率受限于
、1/2
产)"+iP(2w)" ^ l'767r;iX(《P腳,。他)
而板条状非线性转换区域条件下，倍频转化最高的平均功率受限于
3.52辟雨尸薩廳r ^ & arctanh(《2)d(w2(y -W
可以从以上2式的比较中得出，板条状非线性转换区域条件下，平均功率 上限可以通过提高非线性转化区域的纵横比来加大。
本发明的技术方案是利用在X方向和Y方向相互独立的2套柱面镜望远 镜系统，将基频泵浦光束转化为横截面为长方形(或类似长方形，如椭圆)的 光束，将这样的泵浦光注入一个非线性晶体中，它们相互作用的区域成板条状， 在该区域中转换频率。
需要说明的是，如果入射光束横截面为方形或者长方形，则经过望远镜系 统转换后的光束横截面为长方形，与非线性晶体相互作用的区域成板条状；如
果入射光束的横截面为圆形或者椭圆形，则经过望远镜系统转换后的光束横截 面为椭圆形，与非线性晶体相互作用的区域成类似板条状的椭圆柱体。
本发明的实现过程如如图l所示基频泵浦光束1在X方向经过有3、 5两 面镀有泵浦激光增透膜的柱面镜组成的望远镜转换到一个较小的尺寸，基频泵
浦光束1在Y方向经过有2、 4两面镀有泵浦激光增透膜的柱面镜组成的望远镜 转换到一个较大的尺寸，注入到非线性晶体板条状区域6进行转化。
采用本发明可以达到以下技术效果本发明通过二维尺度上的独立变换，
将注入光束变成合适比例的长方形的泵浦光束，从而使得非线性转化在板条状
的区域完成，由于板条状区域的特点即使温度梯度较大，绝对温差依然较小。
从而保证的整个板条状区域内温度都在非线性转换的接受温度范围内从而实现
高平均功率的有效非线性转换。
图1为本发明3D结构示意图2为本发明XZ平面结构示意图3为本发明YZ平面结构示意图。
具体实施例方式
入射基频泵浦光束1在x方向经过X方向的入射面和出射面镀有基频光增 透膜的柱面镜望远系统的第一面柱面镜3和X方向的入射面和出射面镀有基频 光增透膜的柱面镜望远系统的第二面柱面镜5，转换到一个较小的尺寸，基频泵 浦光束1在Y方向经过Y方向的入射面和出射面都镀有基频光增透膜柱面镜望 远系统的第一面柱面镜2和Y方向的入射面和出射面都镀有基频光增透膜柱面 镜望远系统的第二面柱面镜4，转换到一个较大的尺寸。注入到非线性晶体板条 状区域6进行转化。
权利要求
1、板条式的非线性频率转换方法，其特征在于在X方向和Y方向设有相互独立的2套柱面镜望远镜系统。
2、 根据权利要求1所述的板条式的非线性频率转换方法，其特征在于该2 套柱面镜望远镜系统的每个柱面镜的入射面和出射面镀有基频光增透膜。
3、 根据权利要求1所述的板条式的非线性频率转换方法，其特征在于基频 泵浦光束经过X方向和Y方向的相互独立的2套柱面镜望远镜系统后，转化为 横截面为长方形(或类似长方形，如椭圆)的光束。
4、 根据权利要求1所述的板条式的非线性频率转换方法，其特征在于频泵 浦光束与非线性晶体相互作用的区域成板条状或类似板条状。
全文摘要
本发明涉及一种板条式的非线性频率转换方法。利用在X方向和Y方向相互独立的2套柱面镜望远镜系统，将基频泵浦光束转化为横截面为长方形(或类似长方形，如椭圆)的光束，将这样的泵浦光注入一个非线性晶体，它们相互作用的区域成板条状，在该区域中转换频率。由于板条状区域的特点，即使晶体内的温度梯度较大，绝对温差依然较小。
文档编号G02F1/35GK101169568SQ200710036048
公开日2008年4月30日 申请日期2007年11月5日 优先权日2007年11月5日
发明者刘泽金, 汪晓波, 程金宝, 许晓军, 陆启生 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学