[發明專利]532nm半高斯激光束發生器

有效

• 申請號: 201110005840.3
• 申請日: 2011-01-12
• 公開（公告）號: CN102097741A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 尹亞玲;呂新杰;趙麗娜;袁燁;祝世寧
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01S3/107
• 分類號: H01S3/107
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明屬于激光器技術領域，涉及激光光束整形技術，具體為一種基于側向調制的光學超晶格的532nm半高斯激光束發生器的研制。

背景技術

半高斯激光束是橫向空間光強分布在一個方向為半個高斯線型，在另外一個正交方向為高斯線型的一種激光束。

激光自上世紀六十年代問世以來，通過技術的不斷更新，在科學研究領域以及人類日常生活中保持著永久的魅力。隨著激光技術的飛速發展和激光應用領域的拓展，具有特殊光強分布的激光束變得炙手可熱。因此人們通過改變激光器內部的結構或者在激光器外部加上一些輔助設備，如透鏡、光柵、棱鏡等光學元件，獲得自己所需的特殊光強分布的激光束。例如，空心激光束、平頂激光束、半高斯激光束、艾里激光束等等。其中半高斯激光束是我們最感興趣的。因為半高斯激光束在應用光學以及基礎物理研究領域有廣泛的應用。例如，利用半高斯激光束在非線性克爾介質中的自彎曲現象，可以用來探測介質的非線性折射率。利用半高斯激光束實現原子分子、介質粒子、生物分子等的光學微操控。通常產生半高斯激光束的方法是在高斯激光束的中心垂直插入半無限大不透明片(刀片)的方法截去高斯激光束的一半，得到半個高斯光束。根據光學知識我們知道，這種方法得到的半高斯激光束具有很多振蕩的衍射條紋。并不是真正的半高斯激光束。由于該方法產生的半高斯激光束中的衍射條紋是由激光相干性引起的，在實際操作中很難在保證光束傳輸方向性的同時消除衍射條紋。到目前為止，還沒有研究者在實驗上產生無衍射條紋的半高斯激光束。因此促使人們在全固態、小型化和性能穩定的半高斯激光束發生器方面進行研究，并將該半高斯激光束發生器進行商品化。本發明我們提出采用側向調制的周期性極化的LiTaO₃晶體進行頻率變換以及光束整形。我們首次在實驗上發現入射的1064nm高斯激光束經過設計好的變頻整形光學超晶格之后變為532nm半高斯激光束。

發明內容

本發明目的是：解決以上提出的傳統方法產生的半高斯激光束具有衍射條紋的缺點，提出一種基于側向調制的光學超晶格產生無衍射條紋的半高斯激光束發生器的方案。該發生器設計靈活，易于實施、易于集成化。

本發明的技術方案是：532nm半高斯激光束發生器，其特征是包括泵浦光源、準直系統、柱透鏡、一片側向調制的變頻整形光學超晶格、控溫爐、對1064nm激光的濾波系統；周期性極化的光學超晶格材料為LiTaO₃，周期為7.505μm，用以實現1064nm激光頻率變換為532nm激光，所述超晶格的極化疇邊緣在晶體的通光方向分布為e指數型；泵浦光源發出的1064nm的高斯激光入射到準直系統、經柱透鏡聚焦到光學超晶格中，并且超晶格的疇邊緣通過入射的泵浦光源的高斯激光束的中心；在超晶格出射光路上用對1064nm激光的高反鏡以及干涉濾波片構建濾波系統濾掉出射光束中的1064nm泵浦光，得到純凈的532nm半高斯激光。

本發明的側向調制的變頻整形晶體是周期性極化的LiTaO₃光學超晶格，超晶格的周期設計條件為：匹配溫度為200攝氏度，泵浦光為1064nm高斯激光，出射光為倍頻的532nm半高斯激光。通過理論計算得到晶體疇的極化周期為7.505μm。另外超晶格的極化疇邊緣在通光方向的分布設計為e指數函數分布，并且該分布的疇邊緣通過泵浦高斯光束的中心。在準直系統與光學超晶格之間加入柱透鏡，將準直之后的泵浦光束聚焦到光學超晶格中。用柱透鏡可以提高晶體能承受的入射泵浦光束的光強，從而提高該器件的出射半高斯激光束光強。

進一步的，作為頻率轉換以及整形的光學超晶格的極化疇結構可以拓展為周期、準周期、雙周期和非周期。光學超晶格的材料可以包括同成分LiTaO₃、同成分LiNbO₃、化學計量比LiTaO₃、化學計量比LiNbO₃、摻MgO的LiNbO₃、摻MgO的LiTaO₃。

再進一步的，該半高斯激光束發生器的泵浦光源可以是連續的、脈沖的，因此我們可以得到相應的連續的、脈沖的半高斯激光束，從而滿足不同的應用需求。