[发明专利]自分光式非线性光频变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种自分光式非线性光频变换器，属于一种光学仪器。

背景技术

目前固体激光器中的短波激光（波长小于400nm）主要由可见光和近红外波段的激光作为基频光，通过非线性效应倍频产生，在这一过程中倍频产生的短波激光会与基频光同时从非线性晶体的同一位置出射。由于短波激光的光子能量较高，容易在晶体出光界面造成老化损伤，进而增加基频光的损耗，导致激光腔内倍频效率显著下降。本发明技术可以使短波倍频光与基频光在传输到晶体与空气的交接界面之前分离，可避免短波激光的损伤机制对基频光的影响，减少基频光的损耗，由于基频光的损耗增加是导致激光器功率衰减的主要影响因素，所以该方法可显著增加紫外激光器的寿命。

短波激光非线性频率变换技术中，主要采用直接入射非线性晶体然后同光路出射的方式，该方案中基频光与非线性变换产生的倍频光同光路传输，不可避免的会出现短波激光损伤传输介质并导致基频光损耗增加，进而导致激光功率出现下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种自分光式非线性光频变换器，其同时实现了光频变换和晶体内分离倍频光与基频光两个功能，使倍频产生的短波长激光与基频光在晶体的不同位置出射，避免了短波长激光对晶体出光界面的损伤影响到基频光，可适用于激光器腔外倍频也可以适用于腔内倍频中，插入损耗低。

本发明的技术方案是这样实现的：自分光式非线性光频变换器，由第一部分单轴晶体和第二部分单轴晶体组成，其特征在于：第一部分单轴晶体和第二部分单轴晶体为相同材料的单轴晶体，单轴晶体为偏硼酸系单轴晶体，第一部分单轴晶体和第二部分单轴晶体键合成一个块状晶体；块状晶体具有5个特征面，5个特征面均经过光学精密抛光，其中第一部分单轴晶体为倍频部分，倍频部分包含第一特征面，第二特征面和第三特征面，还包括最佳倍频匹配角θ方向与第一部分晶体z轴形成的主平面A；

第二部分晶体为自分光部分, 自分光部分包含第四特征面和第五特征面，自分光部分的 z轴同时平行于倍频部分的晶体主平面A和第四特征面；第一特征面为入射面，基频光以满足晶体最佳倍频非线性匹配角θ方向进入晶体倍频部分，自分光部分的结晶学光轴与倍频部分的主平面A平行，且与倍频部分的基频光最佳非线性匹配角θ方向垂直；第二特征面与主平面A的夹角为θ_m，第三特征面与第二特征面的夹角范围为[90°+θ_m- atan（n0/n1）]至（90°-θ_m），n0为基频光在空气中的折射率，n1为基频光在晶体倍频部分的折射率,倍频部分晶体与自分光部分晶体的交界面M由第四特征面与第二特征面通过键合形成，即第二特征面与第四特征面与交界面M重合，交界面M两侧分别为倍频部分晶体和自分光部分晶体，第五特征面为基频光出射面，与主平面A夹角为[90°-atan（n0/n2）]，第五特征面的表面蒸镀有一层基频光减反膜;n0为基频光在空气中的折射率，n2为基频光在晶体自分光部分的折射率；

倍频部分的基频光最佳非线性匹配角θ方向与该倍频部分的结晶学光轴形成主平面A，则交界面M与所述主平面A的夹角为θ_m，第二特征面和第四特征面与主平面A之间的关系为θ_m≤[90°-asin（n4/n3）]，n3为倍频光在晶体倍频部分的折射率，n4为倍频光在晶体自分光部分的折射率。

所述第一特征面，第二特征面和第三特征面中，每两个面之间可设置0至10个平面构成相应的多面体，但不影响所述3个特征面的相互关系和功能，可认为是装饰性处理。

所述第四特征面，第五特征面之间可设置0至10个平面构成相应的多面体，但不影响所述3个特征面的相互关系和功能，可认为是装饰性处理。

所述的第一特征面，第二特征面，第三特征面，第四特征面和第五特征面均经过光学精密抛光处理，面型误差由于λ/4，表面粗糙度Ra＜0.5nm。

所述的单轴晶体可由偏硼酸系单轴晶体β-BBO，替换为硼酸盐系单轴晶体CLBO。

所述的第一特征面上可蒸镀一层第一膜系，第三特征面上可蒸镀一层第二膜系，第五特征面上可蒸镀一层第三膜系。

本发明的积极效果是其同时实现了光频变换和晶体内分离倍频光与基频光两个功能，使倍频产生的短波长激光与基频光在晶体的不同位置出射，避免了短波长激光对晶体出光界面的损伤影响到基频光，可适用于激光器腔外倍频也可以适用于腔内倍频中，插入损耗低。

附图说明

图1为本发明的整体结构图。

图2为本发明的第一部分单轴晶体结构图。