复合非线性晶体变频组件的制作方法
【专利摘要】复合非线性晶体变频组件，包括至少两个分别温控的非线性晶体，它们的切割安置取向可使它们变频时的基波和谐波的走散效应相互抵消。温控电路可使各非线性晶体均处于变频相位匹配状态，从而实现长的有效迭加的非线性转换长度。温控电路也可使其中只有一个非线性晶体处于变频相位匹配状态，从而实现对不同参数的激光束进行频率变换时对非线性转换长度的不同的最佳要求。
【专利说明】复合非线性晶体变频组件
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种激光波长变频装置，用于激光器中实现对激光波长在不同工作重 复频率下的高效率转换。
【背景技术】
[0002] 利用非线性晶体可以对高强度的激光光束实现二倍频，三倍频，四倍频，五倍频或 参量转换等。
[0003] 通常的频率变换是采用一块经适当切割的加工的非线性晶体，采用高精度的温度 控制，将晶体的温度控制于一个特定值Tp，然后采用高精度的机械装置将晶体轴向与激光 光束间作精密调整，以实现所谓的"相位匹配"条件，实现高效率的频率转换。
[0004] 对于一选定的非线性晶体和特定的激光束参数，变频的效果取决于晶体的长度， 其温度控制精度，其轴向与激光光束间调整精度。
[0005] 晶体温度控制精度对于变频的效果的影响和该非线性晶体的温度接纳角有关。非 线性晶体的温度接纳角为ACC?cm)，它意味着如对于长度为10mm的晶体，温度偏离特定 的相位匹配温度A/2°C，其倍频的效率将下降50%。
[0006] 非线性晶体的长度之最佳选择主要取决于激光束的参数，如光强，发散度及光斑 大小等。过短的晶体长度会造成变频转换的不足，过长的晶体会造成两个问题：其一是被转 换了的谐波能量会反转换回原来的基波激光，从而使谐波功率不升反降；其二是非线性转 换时对光束质量的负面影响会加大，包括谐波和基波光束间的走离效应会加大，谐波光斑 的椭圆度失真加大。
[0007] 在实际的激光器应用中，激光束的参数会经常改变。例如对于Q-开关或锁模激光 器，在实用中经常需要大范围的改变激光脉冲的重复频率，此时激光束的峰值功率强度也 会有相应的大幅度改变。如何实现在不同脉冲重复频率下非线性变频都能接近于最佳化就 成了一个极有挑战性的问题。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种激光非线性频率转换的装置，它可以在激光参数变化的 较大范围内，均实现接近优化的非线性转换。
[0009] 为实现上述目的，本发明采用复合式的非线性晶体变频组件，其基本组成可为包 括两块长度相同或不相同的非线性晶体。如图1中的（040)和（041)，其长度分别为L1和 L2,分别安置于它们各自独立的温度控制的调整架（温控炉）（030)和（031)里。
[0010] 如只让晶体（040)温控至它相应的实现相位匹配的温度Tpl，而让晶体（041)的温 度控制于和它的相位匹配的温度Tp2偏离足够多，如对于20mm长的LB0,温度偏离于相位匹 配的温度Tp2达2至3摄氏度左右，则此时晶体（041)基本不对频率转换作任何有效的贡 献。此时非线性晶体变频组件（001)的实际有效非线性晶体长度即为晶体（040)的长度， 即为L1。同样可以通过温控，使非线性晶体变频组件（001)的实际有效非线性晶体长度为 晶体（041)的长度，即为L2。
[0011] 同样方法，也可以温度控制使晶体（040)和（041)同时都处于它们相应的相位匹 配温度，使非线性晶体变频组件（001)的实际有效非线性晶体长度为晶体（040)和晶体 (041)的长度之和，即为L1+L2。
[0012] 不难理解，如在非线性晶体变频组件中采用更多个长度各不相同的非线性晶体， 则通过对它们各自的温度控制，就可以实现更多种不同的实际有效非线性晶体长度。
[0013] 同样的方法可以应用于包括二倍频，三倍频，四倍频，五倍频或参量转换等所需的 非线性晶体变频。在非线性晶体变频组件中的各晶体可以相互紧邻，如相互间距为1至 10mm。也可以在各晶体间加有聚焦透镜，使各晶体内部的激光束直径互不相同，以便对大范 围变化的激光参数提供更好的变频最佳化覆盖。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 下面结合附图和实施作进一步说明。
[0015] 图1 :包含有两块非线性晶体的非线性晶体变频组件示意图。
[0016] 图2 :包含有两块非线性晶体及聚焦透镜的非线性晶体变频组件示意图。
[0017] 图3 :包含有两块非线性晶体及聚焦透镜，采用转折光路的非线性晶体变频组件 示意图。
[0018] 图4 :三倍频非线性晶体变频组件示意图。
[0019]图5 :包含有两块非线性晶体对走散效应进行补偿的非线性晶体变频组件示意 图。
【具体实施方式】
[0020] 如图1所示，本发明的一个用于激光器腔外倍频的非线性晶体变频组件（001)的 基本组成是：两块长度相同或不相同的非线性晶体（040)和（041)，其长度分别为L1和 L2,分别安置于它们各自独立的温度控制的调整架（温控炉）（030)和（031)里，它们各自 的温度控制电路分别为（045)和（046)，（045)和（046)受系统控制电路（060)的统一控 制。待变频的基波激光器为（050)，其输出激光光束为（055)。经倍频转换后，倍频输出为 (010)，剩余的基波激光为（056)。一个具体的实例为非线性晶体（040)为LB0,其尺寸为 3X3X15mm3，I类临界相位匹配切害1]，0 =90°，小=11.3°，两个通光面均对1064/532nm 镀增透膜，相位匹配温度为30°C，让它偏离相位匹配时温度设置为60°C;非线性晶体（041) 为LB0,其尺寸为3X3X10mm3，I类临界相位匹配切割，0=90°，小=11.3°，两个通光面 均对1064/532nm镀增透膜，相位匹配温度为30°C，让它偏离相位匹配时温度设置为60°C; (040)和（041)间的距离为2mm。待变频的基波红外（IR)激光器（050)为激光脉冲宽度 15ps左右的锁模激光器，脉冲重复频率在100kHz至1000kHz间可调。
[0021] 首先在两晶体（040)和（041)都温控于相位匹配温度30°C的情况下将它们的位置 调整至激光谐波能量输出最大。然后根据基波激光束的参数决定将哪块非线性晶体的温控 保持在其相位匹配温度，其它的晶体温度控制到偏离相位匹配温度的60°C。以下是实际试 验结果及讨论：
[0022]
【权利要求】
1. 复合非线性晶体变频组件，包括至少两个分别温控的非线性晶体。
2. 权利要求1中，温控电路可使各非线性晶体均处于变频相位匹配状态，从而实现各 晶体长度有效迭加的非线性转换长度。
3. 权利要求1中，温控电路可使其中只有一个非线性晶体处于变频相位匹配状态，其 他非线性晶体处于非变频相位匹配状态，有效的非线性转换长度为从处于变频相位匹配状 态的晶体之长度。
4. 权利要求1中，各非线性晶体的长度相同。
5. 权利要求1中，各非线性晶体的长度不相同。
6. 权利要求1中，各非线性晶体间间隔为1至20mm。
7. 权利要求1中，各非线性晶体间安置有聚焦透镜。
8. 权利要求 1 中，非线性晶体可 W是 KTP，BBO, LBO, CBO, CLBO, LiNb〇3, BiBO。
9. 权利要求1中，非线性晶体可W是为对波长为200nm至5 y m的光波作二倍频，H倍 频，四倍频，五倍频或参量转换。
10. 权利要求1中，非线性晶体的切割安置取向可使它们变频时的基波和谐波的走离 效应相互抵消。
【文档编号】G02F1/35GK104348077SQ201310320518
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月29日 优先权日:2013年7月29日
【发明者】蔡志强, 陆富源, 殷帅 申请人:北京科涵龙顺激光设备有限公司, 殷帅