一种改善非线性晶体频率转换激光光斑质量的装置的制作方法

本发明属于晶体激光领域技术领域，具体涉及一种改善非线性晶体频率转换激光光斑质量的装置。

背景技术：

​在激光器发展历史中，激光频率变换技术是一种拓展激光光谱范围的重要技术手段，通过频率变换我们得以实现将激光波长延伸至除可见光外的uv波段甚至更短。而在通过激光频率变换获得短波长激光输出过程中，非线性晶体的使用扮演着无可替代的角色。非线性晶体的发明丰富了激光光谱，扩宽了波长范围，尤其是在短波长范围，更是出现了像lbo（三硼酸锂晶体）、bbo（β-硼酸钡）、clbo（硼酸铯锂晶体）、kbbf（氟代硼铍酸钾晶体）等明星晶体。

但是，使用非线性晶体进行激光频率转换的过程中，由于双折射效应带来的无法避免的walk-off走离效应，使得在一定的有效非线性作用长度内所产生的转换激光被逐渐拉长，偏离了基频光路，这样往往使得输出的激光光斑质量变差。一般情况下，输出激光光斑会变成椭圆状，严重情况下会变成长椭圆甚至变成慧尾状光斑，尤其是对走离效应比较大的非线性晶体，如bbo、lbo晶体等，在获取uv波长激光过程中，更是如此。

技术实现要素：

（1）技术方案

为了获得较高质量的圆形光斑，同时又不会影响可用激光功率，本发明提供一种改善非线性晶体频率转换激光光斑质量的装置，所述装置包括非线性晶体单元和走离补偿晶体单元（walk-off补偿晶体单元）；所述非线性晶体单元包括非线性晶体，所述非线性晶体由β-硼酸钡晶体或β-硼酸钡晶体或硼酸铯锂晶体构成，所述走离补偿晶体单元（walk-off补偿晶体单元）包括单轴晶体，所述单轴晶体由钒酸钇晶体或α-硼酸钡晶体构成，所述非线性晶体单元与所述走离补偿晶体单元（walk-off补偿晶体单元）为分离式结构或者通过光学胶合粘结成为一个整体结构。

进一步地，所述走离补偿晶体的厚度l2由转换激光的走离角θ1和有效非线性作用距离l1及走离补偿晶体的走离角θ2决定，并且满足关系式l2=（l1tanθ1）/tanθ2。

进一步地，所述走离补偿晶体单元（walk-off补偿晶体单元）中的走离补偿晶体的光轴切割角度为40°~50°，优选的，所述走离补偿晶体单元（walk-off补偿晶体单元）中的走离补偿晶体的光轴切割角度为45°。

进一步地，所述走离补偿晶体单元（walk-off补偿晶体单元）还包括非线性晶体中相同的负单轴或负双轴晶体。

（2）有益效果

本发明的有益效果：相比于现有技术，本发明采用走离补偿晶体对经过非线性晶体频率转换后的激光光斑进行补偿整形处理，使得在不损耗转换激光的光功率的前提下得到圆形激光光斑，提高了光斑质量，并且操作简单，效果明显，成本低，解决了由于双折射效应带来的走离效应，在一定的有效非线性作用长度内所产生的转换激光被逐渐拉长，偏离了基频光路，导致输出的激光光斑质量变差的技术问题。

附图说明

图1是改善非线性晶体频率转换激光光斑质量的结构示意图；

图2是采用负单轴或是负双轴晶体改善非线性晶体频率转换激光光斑质量的的结构示意图；

图3是通过光学胶合或键合的方式改善非线性晶体频率转换激光光斑质量的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一

本实施案例提供一种改善非线性晶体频率转换激光光斑质量的装置，所述装置包括非线性晶体单元1和走离补偿晶体单元（walk-off补偿晶体单元）2；所述非线性晶体单元1包括非线性晶体，所述非线性晶体由β-硼酸钡晶体或β-硼酸钡晶体或硼酸铯锂晶体构成，所述走离补偿晶体单元（walk-off补偿晶体单元）2包括单轴晶体，所述单轴晶体由钒酸钇晶体或α-硼酸钡晶体构成，所述非线性晶体单元1与所述走离补偿晶体单元（walk-off补偿晶体单元）2为分离式结构或者通过光学胶合粘结成为一个整体结构。

所述走离补偿晶体的厚度l2由转换激光的走离角θ1和有效非线性作用距离l1及走离补偿晶体的走离角θ2决定，并且满足关系式l2=（l1tanθ1）/tanθ2，所述走离补偿晶体单元（walk-off补偿晶体单元）2中的走离补偿晶体的光轴切割角度为45°，所述走离补偿晶体单元（walk-off补偿晶体单元）2中的走离补偿晶体的光轴切割角度为，所述走离补偿晶体单元（walk-off补偿晶体单元）2还包括非线性晶体中相同的负单轴或负双轴晶体。

如图1所示，是本发明改善非线性晶体频率转换激光光斑质量装置示意图，其中走离补偿晶体为正单轴，入射基频激光101正入射非线性晶体单元1中的非线性晶体内，其中的箭头表示其光轴方向或是z轴方向，由于受到非线性晶体走离效应影响，使得转换激光102在有效非线性作用距离内不断地被拉长，光斑变差。在激光102输出非线性晶体的时候，其光斑在主平面内被拉长，基于此，通过计算设计了走离补偿晶体单元（walk-off补偿晶体单元）2，其中的箭头表示其光轴方向或是z轴方向，使得激光102刚好通过走离补偿晶体厚度l2，光斑重新压缩回初始圆形状态。

依据负单轴非线性晶体β-硼酸钡在满足ⅰ类相位匹配条件（o1064+o1064→e532）下，对基频1064nm波长激光的二倍频转换532nm激光为例，对以上改善补偿过程进行进一步说明。对β-硼酸钡晶体，相位匹配角为22.78°，倍频光的折射率为ne(532nm)=1.675、no(532nm)=1.556，可以计算出其走离的角度为3.17°。假设非线性晶体的长度l1为5mm，则走离的距离为d1=l1tanθ1=0.277mm，若选用钒酸钇晶体作为走离补偿晶体，且对其光轴进行45°切割，则钒酸钇晶体对532nm激光走离的角度为6.215°，由公式d2=l2tanθ2可以得出l2为2.544mm，即需要2.544mm厚钒酸钇晶体可以将光斑补偿为圆形。

如图2所示，其中走离补偿晶体2为负单轴或是负双轴晶体，由于正负轴补偿晶体中光轴设置不同，所以使用时放置的方向也不同，除此之外其它具体实施过程和原理与图1完全相同，在此不再赘述。

图3所示，可以通过光学胶合或键合的方式使非线性晶体和走离补偿晶体作为一个整体器件使用，进而使得实用更简洁更高效。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：

技术总结
本发明公布了一种改善非线性晶体频率转换激光光斑质量的装置，所述装置包括非线性晶体单元和走离补偿晶体单元；所述非线性晶体单元包括非线性晶体，所述非线性晶体由β‑硼酸钡晶体或β‑硼酸钡晶体或硼酸铯锂晶体构成，所述走离补偿晶体单元包括单轴晶体，所述单轴晶体由钒酸钇晶体或α‑硼酸钡晶体构成。本发明采用走离补偿晶体对经过非线性晶体频率转换后的激光光斑进行补偿整形处理，使得在不损耗转换激光的光功率的前提下得到圆形激光光斑，提高了光斑质量，并且操作简单，效果明显，成本低，解决了输出的激光光斑质量变差的技术问题。

技术研发人员：校金涛;陈基平
受保护的技术使用者：福建科彤光电技术有限公司
技术研发日：2017.10.11
技术公布日：2018.01.09