[發(fā)明專利]Ⅱ類KDP晶體對紅外光倍頻最佳匹配狀態(tài)的調(diào)節(jié)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210180289.0
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN102707542A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 儲玉喜;於亮紅;梁曉燕;李儒新;徐至展
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: G02F1/37
• 分類號: G02F1/37
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大能量倍頻激光系統(tǒng)，特別是一種Ⅱ類KDP晶體對紅外光倍頻最佳匹配狀態(tài)的調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)

超短超強(qiáng)激光將為強(qiáng)場超快科學(xué)、相對論非線性物理、天體物理等領(lǐng)域的發(fā)展提供新的研究手段，該技術(shù)自二十世紀(jì)八十年代中期以來得到飛速地發(fā)展，包括我國在內(nèi)的世界各科技大國相繼建立了大型的高功率超短脈沖激光裝置。在飛秒量級超快激光系統(tǒng)中，基于鈦寶石（Ti:Sapphire）晶體的啁啾脈沖放大（CPA）是主要的技術(shù)路線；而大口徑KDP晶體是1053nm基頻光的主要倍頻晶體，所以，盡可能的提高KDP晶體的輸出效率是提高泵浦能量，實(shí)現(xiàn)高能量激光輸出的關(guān)鍵技術(shù)之一。

在高能PW（怕瓦）激光系統(tǒng)中，優(yōu)化KDP晶體倍頻效率的方法主要是調(diào)節(jié)KDP晶體的相位匹配角和方位角使得倍頻光輸出效率最大；該方法的原理可概括如下：

Ⅱ類KDP晶體倍頻的表達(dá)式為o+e→e,?KDP晶體的倍頻效率與光線傳播方向（θ，φ）有關(guān)，deff=（d₁₄+d₃₆）sinθcosθcos2φ，最佳相位匹配問題就是在相位匹配角θ滿足的情況下，選擇光線傳播的方位角φ，使KDP晶體的倍頻效率達(dá)到最大。圖（1）給出了基頻光在KDP晶體中的倍頻過程；圖中的θ為相位匹配角，為基頻光傳播方向相對于晶體光軸Z方向的夾角，φ角為光線在xy平面的投影與光軸的夾角。為了減少反射損失和便于調(diào)節(jié)，實(shí)驗中一般總希望讓基頻光正入射晶體表面。所以加工倍頻晶體時，須按一定方向切割晶體，以使晶體法線方向和光軸方向成θ，見圖（2）。因此，在調(diào)節(jié)KDP晶體的相位匹配角時，只要使基頻光垂直入射至晶體表面即可。但是由于存在加工誤差，在確定基頻光正入射至晶體表面后，仍需微調(diào)相位匹配角使得KDP晶體達(dá)到最佳匹配狀態(tài)；Ⅱ類倍頻中入射的基頻光的偏振態(tài)為45⁰線偏光，當(dāng)輸出光為水平偏振光或垂直偏振光時，此時對應(yīng)的方位角φ為0°或90°，根據(jù)有效非線性系數(shù)的表達(dá)式可知，此時的有效非線性系數(shù)最大，轉(zhuǎn)換效率最高。當(dāng)倍頻光的偏振態(tài)不在這兩個狀態(tài)時，晶體沒有處在最佳倍頻狀態(tài)，輸出效率偏低。通過旋轉(zhuǎn)晶體，可以改變方位角的大小，且輸出光的偏振態(tài)隨相位角的改變而改變。

????目前，在高能PW激光系統(tǒng)中，大口徑KDP倍頻晶體的調(diào)節(jié)方法的主要步驟可概述如下：將KDP倍頻晶體放置在放大器后，使光入射至晶體中心；調(diào)整KDP晶體的相位匹配角和方位角，同時用白紙在KDP后觀察綠光的強(qiáng)弱，直至綠光最強(qiáng)時停止旋轉(zhuǎn)，固定KDP晶體架；該方法主要存在以下缺點(diǎn)：由于基頻光是不可見光，并且一般KDP晶體表面都鍍有1053nm增透膜，直接觀察基頻光是否垂直入射晶體表面是很困難的；利用人眼觀察綠光的強(qiáng)弱很容易引起眼睛疲勞，進(jìn)而造成判斷不準(zhǔn)確，影響了倍頻輸出；即使在輸出的綠光最強(qiáng)時，對應(yīng)的輸出光的偏振態(tài)不一定是水平偏振光，也有可能是垂直偏振光；該方法需要進(jìn)行多次的單發(fā)實(shí)驗才能得到較高的倍頻效率，耗時很長，且倍頻效率得不到最大化，不能確保輸出光的偏振態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有大口徑KDP倍頻晶體調(diào)節(jié)方法的缺點(diǎn)；提供一種Ⅱ類KDP晶體對紅外光倍頻最佳匹配狀態(tài)的調(diào)節(jié)方法，該方法既可以使倍頻效率最大化，又可以確保輸出光偏振態(tài)的調(diào)節(jié)方法，該方法不僅操作簡單、科學(xué)有效，而且實(shí)用性強(qiáng)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：??

一種Ⅱ類KDP晶體對紅外光倍頻最佳匹配狀態(tài)的調(diào)節(jié)方法，其特征在于該方法包括下列步驟：

①準(zhǔn)備：在設(shè)置KDP晶體的近紅外基頻光光路中，在KDP晶體設(shè)計位置之前的光路的兩個位置分別放置第一小孔光闌和第二小孔光闌，利用紅外光探測片探測基頻光束的同時，調(diào)整第一小孔光闌和第二小孔光闌，使所述的基頻光束的中心穿過所述的第一小孔光闌和第二小孔光闌，以確定基頻光的方向；

②粗調(diào)KDP晶體的相位匹配角：在基頻光光路中和第一小孔光闌之前放置He-Ne激光器，調(diào)節(jié)所述的He-Ne激光器的調(diào)整架，使He-Ne激光器輸出的He-Ne激光光束通過所述的第一小孔光闌和第二小孔光闌，此時He-Ne激光光束與基頻光方向重合；將固定在調(diào)整架上的KDP晶體放置在第二小孔光闌后的光路中KDP晶體的設(shè)計位置，并使得He-Ne激光光束入射至KDP晶體的中心，通過調(diào)節(jié)KDP晶體的調(diào)整架的俯仰和偏轉(zhuǎn)，使從KDP晶體表面反射的He-Ne光束與所述的第二小孔光闌的中心重合，然后鎖定所述的KDP晶體的調(diào)整架；