本发明涉及激光器及非线性光学领域，具体涉及一种Littrow构型电光调Q倍频激光器。
背景技术：
电光调Q倍频激光是获得特定波长激光高峰值功率输出的一种有效方式。电光调Q倍频激光一般由泵浦源、激光工作介质、起偏器、检偏器、倍频晶体构成，涉及的光学元器件较多，因而影响了结构的紧凑性,通常电光调Q开关是基于电光效应来改变激光在谐振腔内的增益，振荡的激光必须具备良好的偏振特性，才能使电光调Q开关对激光进行调制。本发明设计的Littrow构型电光调Q倍频激光器，以倍频晶体制作的Littrow棱镜置于谐振腔内，同时承担起对基频激光的起偏、检偏和倍频三项功能，配合电光调Q开关实现对激光的调制，输出电光调Q倍频激光。
技术实现要素：
本发明的原理是在激光谐振腔中使用以倍频晶体制作的Littrow棱镜来获得单一偏振基频激光ν，并以电光调Q开关对其进行调制，调制后的基频激光在该棱镜中由于倍频效应转化为倍频激光。由于该Littrow棱镜以基频激光对应的Ⅰ类相位匹配方向作为棱镜反射面的法线方向，且Ⅰ类相位匹配的激光倍频中，基频激光和倍频激光在非线性晶体中沿相位匹配方向传播时偏振态相反，对应的折射率相等，因此Littrow棱镜入射面的法线和谐振腔轴线成一定角度时，基频激光ν和倍频激光2ν在激光谐振腔内的传播始终保持重合。本发明的具体技术路线为：一种Littrow构型电光调Q倍频激光器，基本构成包括激光谐振腔腔镜(a)、激光工作介质(b)、电光Q开关(c)及由倍频光学晶体制作的Littrow棱镜(d)，包含一个入射面（Ft）和一个反射面（Fr），反射面（Fr）的法线（lr）与基频激光在倍频晶体中的Ⅰ类相位匹配方向重合，入射面（Ft）的法线（lt）与谐振腔轴线(lc)之间的夹角（α），使得基频激光沿谐振腔轴线(lc)通过该面后折射到其对应的Ⅰ类相位匹配方向传播。本电光调Q倍频激光器的工作过程为：由激光器的设计要求确定各项光学参数，加工出合适的Littrow棱镜，基频激光在该棱镜上满足自准直条件时的入射角和折射角分别为α和θ，两者之间的关系满足折射率的表达公式：该激光器包含基频偏振激光的选择、电光Q开关的调制和倍频激光转换三个阶段：1、基频偏振激光的选择阶段：当激光工作介质（b）受到泵浦光源激发时，谐振腔内将会产生不同频率的信号光，根据谐振腔的损耗分析，只有沿谐振腔轴线传播的光才具有最小的离轴损耗，当它们沿着谐振腔轴线传播到1时，根据自准直条件，此时只有偏振状态P+信号光ν能够通过Littrow棱镜入射面（Ft）折射到沿着对应的Ⅰ类相位匹配方向上，继而垂直入射到Littrow棱镜反射面（Fr）上，通过该反射面的反射又回到原方向上反向行进，抵达入射面（Ft）后折射回谐振腔轴线，该过程为1→2→3→4；对于其它频率或偏振态的信号光（除了P-偏振状态的信号光2ν），当它们沿着谐振腔轴线传播到1时，由于不满足自准直条件，通过入射面（Ft）折射进入Littrow棱镜后，将偏离方向2传播，无法正入射反射面（Fr），所以反射后与原光路偏离，再次经过入射面（Ft）折射出Littrow棱镜，它们的传播方向也将与谐振腔轴线偏离，这种情况下信号光的离轴损耗将会大大增加。在该阶段，通过Littrow棱镜的色散作用，获得满足要求的偏振状态P+基频激光。2、电光Q开关的调制：偏振状态P+的基频激光沿着谐振腔轴线传播，具体为4→5→6→7→1。当电光Q开关c处于关断状态时，开关材料将等同于一个1/4波片，4→5过程中，偏振状态P+基频激光ν通过开关材料后，其偏振方向将会转过+45°，而激光工作介质对基频激光的偏振状态不产生作用，正入射腔镜a后，基频激光反射回原光路，5→6→7过程，基频激光的偏振状态不变，7→1过程，再次通过开关材料的基频激光的偏振方向又转过+45°，此时得到的是P-偏振状态的基频激光，其通过Littrow棱镜后将会由于离轴损耗而无法在谐振腔内获得足够的增益，谐振腔内无激光产生；当电光Q开关c打开时，开关材料将不会改变基频激光的偏振状态，亦即基频激光在4→5和7→1这两个过程后依然保持P+偏振状态，这时的基频激光会不断重复1→2→3→4→5→6→7→1过程，每次通过激光工作介质时都能得到增益，形成P+偏振状态基频激光的振荡。3、倍频激光转换：当P+偏振状态的基频激光振荡到一定强度时，在1→2及2→3这两个过程中，基频激光始终保持在对应的Ⅰ类相位匹配方向上传播，满足Ⅰ类相位匹配条件，转换为P-偏振状态的倍频激光。根据激光器设计的需要，腔镜a和反射面Fr镀上满足要求的介质膜，控制激光的输出，使得激光可以由Littrow棱镜的反射面Fr输出激光，即2→8过程，也可以由腔镜a输出激光，即2→8’过程；激光可以是单一的P-偏振状态倍频激光的输出，也可以是P+偏振状态基频激光和P-偏振状态倍频激光的同时输出。附图说明图1为本发明一种Littrow构型电光调Q倍频激光器的结构示意图，其中a为腔镜、b为激光工作介质、c为电光Q开关，d为倍频晶体制成的Littrow棱镜，Ft为入射面，Fr为反射面，lt为入射面法线方向，lr为反射面法线方向，1→2表示激光沿谐振腔轴线经过入射面Ft折射进入由倍频晶体制成的Littrow棱镜d，2→3表示激光沿倍频（d）的Ⅰ类相位匹配方向到达反射面（Fr）后反射回原光路，3→4表示激光经过入射面（Ft）折射出Littrow棱镜（d）并沿谐振腔轴线传播，4→5及6→7→1表示激光沿着谐振腔的轴线往返，5→6表示腔镜a对激光的反射，8和8’则为激光的出射方向。具体实施方式1、Littrow构型532nm电光调Q激光器（Nd:YAG-LN）以Nd:YAG激光晶体作为激光工作介质，LiNbO3晶体（LN）作为Littrow棱镜材料，基频激光波长为1064nm，采用KD*P电光Q开关进行调制。LN为负单轴晶体，1064nm激光在该晶体中对应的Ⅰ类相位匹配方式为：o+o→e，Ⅰ类相位匹配角θ为90°，该方向对应的折射率为2.23，由此确定Littrow棱镜的入射面、反射面及其它参数，根据图1加工出合适的Littrow棱镜，置于激光器中，倍频激光由Littrow棱镜的反射面出射。运转的激光器输出的激光，通过光谱仪分析确定其波长为532nm，经过电光调制的激光脉冲宽度小于20ns。2、Littrow构型473nm电光调Q激光器（Nd:YAG-LN）以Nd:YAG激光晶体作为激光工作介质，LiNbO3晶体（LN）作为Littrow棱镜材料，基频激光波长为946nm，采用KD*P电光Q开关进行调制。LN为负单轴晶体，946nm激光在该晶体中对应的Ⅰ类相位匹配方式为：o+o→e，根据折射率色散方程计算相关折射率参数，由此确定其Ⅰ类相位匹配角θ、Littrow棱镜的入射面、反射面及其它参数，根据图1加工出合适的Littrow棱镜，置于激光器中，倍频激光由Littrow棱镜的反射面出射。运转的激光器输出的激光，通过光谱仪分析确定其波长为473nm，经过电光调制的激光脉冲宽度小于20ns。3、Littrow构型532nm电光调Q激光器（Nd:YAG-LN）以Nd:YAG激光晶体作为激光工作介质，LiNbO3晶体（LN）作为Littrow棱镜材料，基频激光波长为1064nm，采用KD*P电光Q开关进行调制。LN为负单轴晶体，1064nm激光在该晶体中对应的Ⅰ类相位匹配方式为：o+o→e，Ⅰ类相位匹配角θ为41°，该方向对应的折射率为1.49，由此确定Littrow棱镜的入射面、反射面及其它参数，根据图1加工出合适的Littrow棱镜，置于激光器中，倍频激光由Littrow棱镜的反射面出射。运转的激光器输出的激光，通过光谱仪分析确定其波长为532nm，经过电光调制的激光脉冲宽度小于20ns。4、Littrow构型532nm电光调Q激光器（Nd:YVO4-LN）以Nd:YVO4激光晶体作为激光工作介质，LiNbO3晶体（LN）作为Littrow棱镜材料，基频激光波长为1064nm，采用KD*P电光Q开关进行调制。LN为负单轴晶体，1064nm激光在该晶体中对应的Ⅰ类相位匹配方式为：o+o→e，Ⅰ类相位匹配角θ为90°，该方向对应的折射率为2.23，由此确定Littrow棱镜的入射面、反射面及其它参数，根据图1加工出合适的Littrow棱镜，置于激光器中，倍频激光由Littrow棱镜的反射面出射。运转的激光器输出的激光，通过光谱仪分析确定其波长为532nm，经过电光调制的激光脉冲宽度小于20ns。5、Littrow构型532nm电光调Q激光器（Nd:YAGceramic-LN）以Nd:YAG激光陶瓷作为激光工作介质，LiNbO3晶体（LN）作为Littrow棱镜材料，基频激光波长为1064nm，采用KD*P电光Q开关进行调制。LN为负单轴晶体，1064nm激光在该晶体中对应的Ⅰ类相位匹配方式为：o+o→e，Ⅰ类相位匹配角θ为90°，该方向对应的折射率为2.23，由此确定Littrow棱镜的入射面、反射面及其它参数，根据图1加工出合适的Littrow棱镜，置于激光器中，倍频激光由Littrow棱镜的反射面出射。运转的激光器输出的激光，通过光谱仪分析确定其波长为532nm，经过电光调制的激光脉冲宽度小于20ns。