[发明专利]一种防止晶体损伤的激光分光方法

说明书

技术领域

本发明涉及非线性光学领域，具体涉及一种防止晶体损伤的激光分光方法。

背景技术

不同领域需要不同波长的激光，例如激光生物显微镜需要的560nm激光、激光测距需要的532nm激光、激光直接制版印制需要的400nm激光以及工业微加工领域需要的355nm甚至更短波长的激光，而激光器能够直接输出的激光波长很有限，现有技术往往利用非线性频率变换的方法，对激光频率进行变换和扩展。

设第一束光的频率为ω₁，第二束光的频率为ω₂，利用非线性晶体的双折射以补偿折射率的色散，可以满足相位匹配条件ω₁n₁+ω₂n₂=ω₃n₃，获得频率为ω₃的激光。一般地，在非线性晶体出射面镀有三束光的增透膜以减少反射损耗，并利用腔内或者腔外的分光元件（例如布儒斯特棱镜或者双色镜）将三束光分离开，以获得纯的激光输出。但是，三束光在出射面上相互交叠，功率密度很高，易对晶体出射面造成损伤，限制了非线性频率变换功率的扩展。同时，分光元件的加入也增加了激光的损耗，使整体系统趋于复杂。因此，研究如何减小非线性晶体出射面的损伤，以及如何有效地将三束光分离开一直是本领域的热点。

Lightwave Electronics Corporation的William M.Grossman在美国专利US5850407A“Third-harmonic generation with uncoated Brester-cut dispersive output facet”中提出，在出射面上不再镀增透膜，而是在出射面上切一个斜角，使p偏振的三倍频光与出射面法线方向的夹角等于布儒斯特角，从而实现三倍频光的无损输出。这种方法的优点在于不使用增透膜，避免了因增透膜损伤而导致的出射面损坏，提高了非线性晶体的损伤阈值。缺点是三束光在出射面上相互交叠，功率密度很高，长时间工作会导致出射面损伤甚至炸裂。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种防止晶体损伤的激光分光方法。该方法具有操作简单，分光效果好的优点。

根据本发明实施例的防止晶体损伤的激光分光方法，包括以下步骤：第一基频光与第二基频光在非线性光学晶体内，在满足相位匹配条件下部分地进行非线性频率变换，产生转换光；在所述非线性光学晶体的内表面发生全反射前，所述转换光、剩余的所述第一基频光和剩余的所述第二基频光相互平行或者近似平行，在空间上相互交叠地传播；在所述非线性光学晶体的内表面发生全反射后，所述转换光、剩余的所述第一基频光和剩余的所述第二基频光相互之间有一定夹角，在空间上相互分离地出射。

在本发明的一个实施例中，所述第一基频光、第二基频光和转换光为线偏振光。

在本发明的一个实施例中，所述第一基频光与第二基频光的光源相同或不同，并且所述第一基频光与第二基频光的频率相同或不同。

在本发明的一个实施例中，所述相位匹配条件为一类相位匹配或二类相位匹配。

在本发明的一个实施例中，所述非线性频率变换为合频转换或差频转换。

在本发明的一个实施例中，所述非线性光学晶体为磷酸二氢钾、磷酸二氘钾、磷酸二氢铵、铌酸锂、碘酸锂、偏硼酸钡、三硼酸锂、硼酸铯锂、磷酸氧钛钾、砷酸氧钛钾、砷酸氧钛铷或铌酸钾中的一种或多种的组合。

在本发明的一个实施例中，所述非线性光学晶体为三倍频变换、四倍频变换、五倍频变换、光参量振荡、光参量放大或拉曼变换。

在本发明的一个实施例中，所述非线性光学晶体的出射面具有镀增透膜，或者具有与所述转换光全透射方向匹配的布儒斯特斜面。

本发明降低了非线性光学晶体出射面的功率密度，保护非线性光学晶体不受损伤的同时，获得了纯的频率转换光的输出。本发明至少具有以下优点：

1、利用非线性晶体内全反射分光，可以有效地将三束光分开，降低了晶体出射面上的功率密度，提高了非线性晶体的损伤阈值。

2、无需插入分光元件就能分离出纯的第三束激光，避免了分光元件引起的损耗，提高了激光输出功率，降低了系统复杂度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明