一种高效率激光谐波倍频增强器的制造方法
【专利摘要】一种高效率激光谐波倍频增强器，使单次倍频剩下的基频光再次通过另一倍频晶体参与倍频，以充分利用二倍频转换效率，而为了避免倍频光的逆转成基频特性，在增加的倍频晶体前放置一双色波片，使第一次的倍频光的偏振方向旋转了90度，但原基频光偏振方向不变，从而实现倍频效应的增强；同理可实现多次变频效率的增强。与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：简单方便、安装调试容易、便于工程化推广。适用于固体调Q腔内、腔外激光器中使用，也可在多级倍频激光器中使用，还可以对于偏振方向不固定的如光纤激光器中使用，对于非偏振激光倍频或退偏很严重的偏振光倍频更是会大大改善倍频效率。
【专利说明】一种高效率激光谐波倍频增强器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及固体激光器【技术领域】，尤其涉及一种高效率激光谐波倍频增强器。
【背景技术】
[0002]近年来，激光应用日新月异，激光技术以其所蕴藏的创造力为越来越多的领域带来技术变革。短波长激光加工机已主导了精细加工，特别是用于多层、高密度印刷电路板PCB的精密打孔设备市场。在特种材料打标、集成电路修复、生物荧光分析、环境污染监测、DNA分析等的应用上，也显示出巨大优势。在同一个输出功率量级，越是波长短的激光，其应用领域也越广泛；而一股说来，激光波长越短，越容易被更多的材料所吸收；同样的光束质量因子的激光输出，波长越短，光束因子乘积也就越好，也就是说短波长激光会同比具有更好的准直性和可聚焦性。而短波长激光通常最简单易行的办法就是通过倍频来实现。
[0003]倍频方式有两种，一种是腔内倍频，一种是腔外倍频。腔内倍频由于基频光多次经过倍频晶体，效率好的时候可以做到接近100%，但由于腔内倍频有很多限制条件，比如说要想在高功率输出高光束质量的激光光束非常困难，技术上通常采用振荡级+放大级的方案，这样倍频就只能在腔外来实现，腔外倍频效率通常很难超过60%，一股都在50%—下，而到三倍频或四倍频效率更低。
[0004]对倍频效率的追逐，几乎伴随激光技术的发展全过程。理论上，倍频效率由如下公式表述:
'.Akl ,1
「 ^P1'0 %παχ?2?Ρω sm( ο )
[0005]η=—r =-^--τρ7~
P1 cn~{n,A
L I _
[0006]其中，Ρ2ω为倍频光出光功率，P"为基频光功率，d为倍频晶体的非线性系数，L为倍频晶体的长度，A为激光光斑的横截面积，可见，倍频效率的提高可以通过选用高非线性系数的倍频晶体，提高入射激光峰值功率密度，适当增加倍频晶体长度来实现。实际上，现有技术中，普遍使用的也几乎都是这类办法，但不论怎样，如前所述，还是存在大量的剩余的没倍频的基频光被白白浪费。而三倍频或四倍频过程中，这种浪费更加严重。
[0007]典型的腔外倍频激光器光路图参考《高峰值266nm紫外激光器》论文，这类腔外倍频的方案，存在明显的缺陷:首先，如果是二倍频，那么基频光只参与了一次倍频，剩下的都被作为垃圾光被反走，直接影响三倍频的效率；如果是三倍频过程，那么基频光同二倍频光只参加了一次合频，转换效率有限；如果是四倍频，由于可供选择的四倍频晶体几乎都存在走离角大，接收角小或非线性系数小，温度接收带宽窄等这样那样问题，通常四倍频效率都低于30%，从而造成二倍频光只通过一次四倍频晶体，其他的剩余的二倍频光白白浪费。
实用新型内容
[0008]本实用新型的目的在于提供一种高效率激光谐波倍频增强器，使单次倍频剩下的基频光再次通过另一倍频晶体参与倍频，以充分利用二倍频转换效率，而为了避免倍频光的逆转成基频特性，在增加的倍频晶体前放置一双色波片，使第一次的倍频光的偏振方向旋转了 90度，但原基频光偏振方向不变，从而实现倍频效应的增强；同理可实现多次变频效率的增强。
[0009]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现:
[0010]一种高效率激光谐波倍频增强器，包括基频光激光器、第一二倍频晶体、第一双色波片一、第二二倍频晶体、分光镜一，所述第一双色波片一设置在第一二倍频晶体和第二二倍频晶体中间，并垂直设置在光路上；分光镜一的数量为两个，与第二二倍频晶体连接，与水平呈45度角；第二二倍频晶体的设置相对第一二倍频晶体旋转绕光轴90度；旋转第一双色波片一，二倍频光偏振方向旋转90度,原基频光偏振方向不变,所述的第一双色波片一对基频光是全波片，对倍频光是1/2波片；所述的分光镜一对基频光增透，对倍频光全反。
[0011]所述的第一双色波片一还可以替换为第一双色波片二 ；
[0012]所述的第一双色波片二对基频光是1/2波片，对倍频光是全波片，并垂直设置在光路上。
[0013]所述的第一双色波片一对基频光是全波片，对倍频光是1/2波片分光镜一对基频光增透，对倍频光全反。
[0014]一种高效率激光谐波倍频增强器，包括基频光激光器、第一二倍频晶体、第一三倍频晶体、第一三色波片一、第二三倍频晶体、分光镜二，所述的第一二倍频晶体与第一三倍频晶体依次连接，第一三色波片一设置在第一三倍频晶体和第二三倍频晶体中间，并垂直设置在光路上；分光镜二数量为两个，与第二三倍频晶体连接，与水平呈45度角；第二三倍频晶体的设置相对第一三倍频晶体旋转绕光轴90度；旋转第一三色波片一，三倍频光偏振方向旋转90度，原基频光偏振方向不变；所述的分光镜二对基频光增透和二倍频光增透，对三倍频光全反。
[0015]所述的第一三色波片一对基频光和二倍频光都是全波片，对三倍频光是1/2波片。
[0016]所述的第一二倍频晶体、第一三倍频晶体之间还设置有第一双色波片一和第二二倍频晶体。
[0017]一种高效率激光谐波倍频增强器，包括基频光激光器、第一二倍频晶体、第一四倍频晶体、第一三色波片二、第二四倍频晶体、分光镜三，所述的第一二倍频晶体与第一四倍频晶体依次连接，第一三色波片二设置在第一四倍频晶体和第二四倍频晶体中间，并垂直设置在光路上；所述的分光镜三的数量为两个，与第二四倍频晶体连接，与水平呈45度角；第二四倍频晶体的设置相对第一四倍频晶体旋转绕光轴90度；旋转第一三色波片，四倍频光的偏振方向旋转90度，原基频光偏振方向不变；所述的分光镜三对基频光和二倍频光增透，对四倍频光全反。
[0018]所述的第一三色波片二对基频光和二倍频光都是全波片，对四倍频光是1/2波片。
[0019]所述的第一二倍频晶体、第一四倍频晶体中间还设置第一双色波片一和第二二倍频晶体。
[0020]与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0021 ] 简单方便、安装调试容易、便于工程化推广。通过插入一双色波片或一三色波片，可使第一次倍频后的二倍频光和第二次倍频后的二倍频光偏振方向正交，从而避免进行第二次倍频时，发生二倍频光的逆变成基频光，从而提高转换效率。适用于固体调Q腔内、腔外激光器中使用，也可在多级倍频激光器中使用，还可以对于偏振方向不固定的如光纤激光器中使用，对于非偏振激光倍频或退偏很严重的偏振光倍频更是会大大改善倍频效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是二倍频的效率增强时的结构图。
[0023]图2是二倍频的效率增强时更换第一双色波片的结构图。
[0024]图3是三倍频的效率增强时的结构图。
[0025]图4是三次谐波倍频增强时增强二倍频的结构图。
[0026]图5是四倍频的效率增强时的结构图。
[0027]图6是四次谐波倍频增强时增强二倍频的结构图。
[0028]1-基频光激光器2-第一二倍频晶体3-第一双色波片一 4-第二二倍频晶体5-分光镜一 6-第一双色波片二 7-第一三倍频晶体8-第一三色波片一 9-第二三倍频晶体10-分光镜二 11-第一四倍频晶体12-第一三色波片二 13-第二四倍频晶体14-分光镜三
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进一步说明:
[0030]如图1?图2所示，一种高效率激光谐波倍频增强器，进行二倍频的效率增强时，包括基频光激光器1、第一二倍频晶体2、第一双色波片一 3、第二二倍频晶体4、分光镜一 5,所述第一双色波片一 3设置在第一二倍频晶体2和第二二倍频晶体4中间，并垂直设置在光路上；分光镜一 5的数量为两个，与第二二倍频晶体4连接，与水平呈45度角；第二二倍频晶体4的设置相对第一二倍频晶体2旋转绕光轴90度；旋转第一双色波片一 3，二倍频光偏振方向旋转90度，原基频光偏振方向不变，所述的第一双色波片二 6对基频光是1/2波片，对倍频光是全波片。
[0031]所述的第一双色波片一 3对基频光是全波片，对倍频光是1/2波片，第一双色波片一3还可以替换为第一双色波片二 6,并垂直设置在光路上。
[0032]所述的分光镜一 5对基频光增透，对倍频光全反。
[0033]如图3?图4，一种高效率激光谐波倍频增强器，进行三倍频的效率增强时，包括基频光激光器1、第一二倍频晶体2、第一三倍频晶体7、第一三色波片一 8、第二三倍频晶体9、分光镜二 10，所述的第一二倍频晶体2与第一三倍频晶体7依次连接，第一三色波片一8设置在第一三倍频晶体7和第二三倍频晶体9中间，并垂直设置在光路上。分光镜二 10数量为两个，与第二三倍频晶体9连接，与水平呈45度角；第二三倍频晶体9的设置相对第一三倍频晶体7旋转绕光轴90度；旋转第一三色波片一 8，三倍频光偏振方向旋转90度，原基频光偏振方向不变。
[0034]所述的分光镜二 10对基频光增透和二倍频光增透，对三倍频光全反。
[0035]所述的第一三色波片一 8对基频光和二倍频光都是全波片，对三倍频光是1/2波片。
[0036]所述的第一二倍频晶体2、第一三倍频晶体7之间还设置有第一双色波片一和第二二倍频晶体。
[0037]如图5?图6，一种高效率激光谐波倍频增强器，进行四倍频的效率增强时，包括基频光激光器1、第一二倍频晶体2、第一四倍频晶体11、第一三色波片二 12、第二四倍频晶体13、分光镜三14，所述的第一二倍频晶体2与第一四倍频晶体11依次连接，第一三色波片二 12设置在第一四倍频晶体11和第二四倍频晶体13中间，并垂直设置在光路上。所述的分光镜三14的数量为两个，与第二四倍频晶体13连接，与水平呈45度角；第二四倍频晶体13的设置相对第一四倍频晶体11旋转绕光轴90度；旋转第一三色波片二 12，四倍频光的偏振方向旋转90度,原基频光偏振方向不变。
[0038]所述的分光镜三14对基频光和二倍频光增透，对四倍频光全反。
[0039]所述的第一三色波片二 12对基频光和二倍频光都是全波片，对四倍频光是1/2波片。
[0040]所述的第一二倍频晶体2、第一四倍频晶体11中间还设置第一双色波片一 3和第二二倍频晶体4。
[0041]实施例1:
[0042]如图1，微调第一二倍频晶体的方位和俯仰，将倍频效率调到最佳。放入第一双色波片一 3其对基频光是全波片，对倍频光是1/2波片，旋转该波片，使倍频光的偏振方向旋转90度；放入第二二倍频晶体4，微调倍频晶体的方位和俯仰，将倍频光出光总功率调到最大即可。
[0043]本实施例结构简单，成本低，操作方便，可靠，利于工程化的推广。可以较大程度上满足科研、医疗、晶体测试、激光加工等领域对高功率激光器倍频效率改善提高的要求。
[0044]实施例2:
[0045]如图2，将实施例1中的第一双色波片一替换为改成第一双色波片二，对基频光是1/2波片，对倍频光是全波片，具体实施如下:从左至右依次摆放输出基频光的激光器1，第一二倍频晶体2,分光镜一 5,两个分光镜一 5都对基频光增透,对倍频光全反；微调第一二倍频晶体2的方位和俯仰，将倍频效率调到最佳。放入第一双色波片二，旋转该波片，使基频光的偏振方向旋转90度；放入第二倍频晶体4，微调倍频晶体的方位和俯仰，将倍频光出光总功率调到最大即可，第二倍频晶体4的摆放相对第一倍频晶体2旋转绕光轴90度。
[0046]实施例3:
[0047]如图3所示，如果进行三倍频的效率增强，光路中依次摆放输出基频光的激光器1，第一二倍频晶体2，第一三倍频晶体7，分光镜二 10，两个分光镜10都对基频光和二倍频光增透，对三倍频光全反；微调第一二倍频晶体2的方位和俯仰，将二倍频效率调到最佳。再微调第一三倍频晶体7的方位和俯仰，将三倍频效率调到最佳；放入第一三色波片一 8其对基频光和二倍频光是全波片，对三倍频光是1/2波片，旋转该波片，使三倍频光的偏振方向旋转90度；放入第二三倍频晶体9，微调第二三倍频晶体的方位和俯仰，将倍频光出光总功率调到最大即可。第二三倍频晶体9的摆放相对第一三倍频晶体7绕光轴旋转90度。
[0048]本实施例结构简单，成本低，操作方便，可靠，利于工程化的推广。可以较大程度上满足科研、医疗、晶体测试、激光加工等领域对高功率激光器三倍频效率改善提高的要求。
[0049]实施例4:
[0050]如图4所示，进行三次谐波倍频增强时，如果觉得二倍频效率不够好，也可以在实施例3的基础上，参考实施例1，进行二倍频的增强，在第一二倍频晶体2、第一三倍频晶体7之间设置第一双色波片一 3和第二二倍频晶体4，然后再进行三倍频变频增强。
[0051]实施例5:
[0052]如图5所示，如果进行四倍频的效率增强，光路中依次摆放输出基频光的激光器1，第一二倍频晶体2，第一四倍频晶体11，分光镜三14，两个分光镜三14都对基频光和二倍频光增透，对四倍频光全反；微调第一二倍频晶体2的方位和俯仰，将二倍频效率调到最佳。再微调第一四倍频晶体11的方位和俯仰，将四倍频效率调到最佳；放入第一三色波片二12，该波片对基频光和二倍频光都是全波片，对四倍频光是1/2波片，旋转该波片，使四倍频光的偏振方向旋转90度；放入第二四倍频晶体13，微调第二四倍频晶体13的方位和俯仰，将倍频光出光总功率调到最大即可。第二四倍频晶体13的摆放相对第一四倍频晶体11绕光轴旋转90度。
[0053]本实施例结构简单，成本低，操作方便，可靠，利于工程化的推广。可以较大程度上满足科研、医疗、晶体测试、激光加工等领域对高功率激光器四倍频效率改善提高的要求。实施例6:
[0054]如图6，进行四次谐波倍频增强时，如果觉得二倍频效率不够好，也可以在实施例5的基础上，参考实施例1，进行二倍频的增强，在第一二倍频晶体2、第一四倍频晶体11中间还设置第一双色波片一 3和第二二倍频晶体4，然后再进行四倍频变频增强。
【权利要求】
1.一种高效率激光谐波倍频增强器，包括基频光激光器、第一二倍频晶体、第一双色波片一、第二二倍频晶体、分光镜一，其特征在于，所述第一双色波片一设置在第一二倍频晶体和第二二倍频晶体中间，并垂直设置在光路上；分光镜一的数量为两个，与第二二倍频晶体连接，与水平呈45度角；第二二倍频晶体的设置相对第一二倍频晶体旋转绕光轴90度；旋转第一双色波片一，二倍频光偏振方向旋转90度,原基频光偏振方向不变,所述的第一双色波片一对基频光是全波片，对倍频光是1/2波片；所述的分光镜一对基频光增透，对倍频光全反。
2.根据权利要求1所述的一种高效率激光谐波倍频增强器，其特征在于，所述的第一双色波片一还可以替换为第一双色波片二，所述的第一双色波片二对基频光是1/2波片，对倍频光是全波片，并垂直设置在光路上。
3.根据权利要求1所述的一种高效率激光谐波倍频增强器，其特征在于，所述的第一双色波片一对基频光是全波片，对倍频光是1/2波片分光镜一对基频光增透，对倍频光全反。
4.一种高效率激光谐波倍频增强器，包括基频光激光器、第一二倍频晶体、第一三倍频晶体、第一三色波片一、第二三倍频晶体、分光镜二，其特征在于，所述的第一二倍频晶体与第一三倍频晶体依次连接，第一三色波片一设置在第一三倍频晶体和第二三倍频晶体中间，并垂直设置在光路上；分光镜二数量为两个，与第二三倍频晶体连接，与水平呈45度角；第二三倍频晶体的设置相对第一三倍频晶体旋转绕光轴90度；旋转第一三色波片一，三倍频光偏振方向旋转90度，原基频光偏振方向不变；所述的分光镜二对基频光增透和二倍频光增透，对三倍频光全反。
5.根据权利要求4所述的一种高效率激光谐波倍频增强器，其特征在于，所述的第一三色波片一对基频光和二倍频光都是全波片，对三倍频光是1/2波片。
6.根据权利要求4所述的一种高效率激光谐波倍频增强器，其特征在于，所述的第一二倍频晶体、第一三倍频晶体之间还设置有第一双色波片一和第二二倍频晶体。
7.一种高效率激光谐波倍频增强器，包括基频光激光器、第一二倍频晶体、第一四倍频晶体、第一三色波片二、第二四倍频晶体、分光镜三，其特征在于，所述的第一二倍频晶体与第一四倍频晶体依次连接，第一三色波片二设置在第一四倍频晶体和第二四倍频晶体中间，并垂直设置在光路上；所述的分光镜三的数量为两个，与第二四倍频晶体连接，与水平呈45度角；第二四倍频晶体的设置相对第一四倍频晶体旋转绕光轴90度；旋转第一三色波片，四倍频光的偏振方向旋转90度，原基频光偏振方向不变；所述的分光镜三对基频光和二倍频光增透，对四倍频光全反。
8.根据权利要求7所述的一种高效率激光谐波倍频增强器，其特征在于，所述的第一三色波片二对基频光和二倍频光都是全波片，对四倍频光是1/2波片。
9.根据权利要求7所述的一种高效率激光谐波倍频增强器，其特征在于，所述的第一二倍频晶体、第一四倍频晶体中间还设置第一双色波片一和第二二倍频晶体。
【文档编号】H01S3/109GK203932666SQ201420212562
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】崔建丰 申请人:鞍山紫玉激光科技有限公司