[發(fā)明專利]用于諧波轉(zhuǎn)換裝置對溫度變化引起相位失配的補(bǔ)償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410552963.2
• 申請日: 2014-10-17
• 公開（公告）號: CN104283105B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔子健;劉德安;孫美智;劉亞群;繆潔;朱寶強(qiáng);朱健強(qiáng)
• 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: H01S3/13
• 分類號: H01S3/13
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 張澤純,張寧展

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光諧波轉(zhuǎn)換，特別是一種用于諧波轉(zhuǎn)換裝置對溫度變化引起相位失配的補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

基于二階非線性光學(xué)效應(yīng)的高效光學(xué)諧波轉(zhuǎn)換是最重要的非線性光學(xué)效應(yīng)之一。通過諧波轉(zhuǎn)換，比如和頻(SFG)、差頻(DFG)、光參量放大(OPA)及光參量振蕩(OPO)等可以開拓新的相干波段，提供從遠(yuǎn)紅外到紫外各種波段的相干光源，滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。目前，利用非線性光學(xué)晶體(BBO、LBO、KDP、DKDP、KTP等)進(jìn)行的激光諧波轉(zhuǎn)換已成為產(chǎn)生可調(diào)諧相干輻射的重要手段之一，也是紫外超短脈沖產(chǎn)生、激光慣性約束聚變等系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，諧波轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換效率直接影響著相應(yīng)系統(tǒng)裝置的各項性能。隨著激光應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深入和拓展，高功率、高效率的倍頻激光輸出已是非線性諧波轉(zhuǎn)換研究發(fā)展的重要方向。

目前，最常用的諧波轉(zhuǎn)換技術(shù)之一是雙折射相位匹配(BPM)技術(shù)，這種技術(shù)是利用非線性晶體的雙折射特性，通過選擇入射光的波矢方向和偏振方向來實(shí)現(xiàn)相位匹配。然而，非線性晶體的折射率與溫度有關(guān)，它會因溫度的不同而變化，與此技術(shù)相關(guān)的設(shè)備或?qū)嶒?yàn)裝置在運(yùn)行過程中會因?yàn)橥饨绻庠凑丈洹⒕w吸收以及實(shí)際環(huán)境的溫控精度有限等因素的影響導(dǎo)致晶體實(shí)際溫度偏離理想工作溫度。當(dāng)晶體實(shí)際溫度偏離理想工作溫度時，原本相位匹配的晶體將產(chǎn)生相位失配，導(dǎo)致諧波轉(zhuǎn)換效率下降，這一影響對于高峰值功率、高重復(fù)頻率的激光脈沖諧波轉(zhuǎn)換尤為明顯。所以非線性晶體(尤其對于一些折射率對溫度較為敏感的晶體，如：DKDP、LiNbO3等)的諧波轉(zhuǎn)換效率與周圍環(huán)境溫度的控制和晶體內(nèi)部溫度變化有著密切關(guān)系。

為解決晶體溫度變化導(dǎo)致相位失配而影響諧波轉(zhuǎn)換效率的問題，人們提出了一些補(bǔ)償措施：Hov提出將晶體加工成板條狀，增大熱傳導(dǎo)面積，改變基頻光光束分布來減少晶體的熱效應(yīng)；Eimerl和Wu Sheng提出了采用多片薄片晶體組合實(shí)現(xiàn)諧波過程，一方面提高光波在晶體中的互作用的長度，另一方面又增大了晶體的散熱面積來補(bǔ)償熱致相位失配；Yap等提出了采用冷卻氣體吹晶體使晶體出現(xiàn)相對相位匹配溫度負(fù)溫度變化，正好與倍頻過程中出現(xiàn)的溫度正變化相抵消，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償溫度系數(shù)的目的。但是這些方法都有不足之處，比如晶體加工成板條狀，改變基頻光光束分布、用冷卻氣體吹晶體都會使入射光束波面產(chǎn)生畸變，從而影響最終的光束質(zhì)量；而采用多片薄片晶體組合方式實(shí)現(xiàn)諧波過程需要較多的光學(xué)元器件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每塊晶體的通光面也不可能完全平整一致，光束通過每塊晶體都會在一定程度上產(chǎn)生不同的畸變，當(dāng)光束通過多塊晶體后，畸變會逐漸累積導(dǎo)致光束質(zhì)量下降嚴(yán)重，同時因?yàn)橄辔黄ヅ浼夹g(shù)對角度的調(diào)節(jié)精度要求非常高，當(dāng)采用多塊晶體級聯(lián)時，其相位匹配角的調(diào)節(jié)難度變得非常困難，也易受外界擾動的影響，因此此類方案難以維持高效穩(wěn)定的運(yùn)行。

錢列加等提出使用兩種不同的非線性晶體通過交叉級聯(lián)方式組成實(shí)現(xiàn)相位匹配對溫度不敏感的光參量倍頻轉(zhuǎn)換裝置(參見錢列加等.位相匹配條件對溫度不敏感的光參量倍頻轉(zhuǎn)換裝置:中國,201210039454.0[P].2014.07.09)，其原理是當(dāng)溫度變化時這兩種晶體導(dǎo)致的相位失配量對溫度的一階偏導(dǎo)的符號是相反的來互相補(bǔ)償。但由于使用不同類型的晶體，其晶格結(jié)構(gòu)不同，相位失配量對溫度的一階導(dǎo)符號、大小也都不盡相同，目前只能在一些波段找到符合要求的晶體，要尋找出在不同波段一一對應(yīng)的不同溫度變化時相位失配量變化滿足大小相近、符號相反的晶體，實(shí)現(xiàn)起來比較困難，甚至對于某些波段目前不存在滿足要求的晶體，所以這種方案適用的溫度范圍、波長范圍有一定的局限性，因此單純依靠晶體自身隨溫度變化來實(shí)現(xiàn)互相補(bǔ)償相位失配量所適用的范圍是比較有限的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有的諧波轉(zhuǎn)換技術(shù)中由于受溫度影響導(dǎo)致晶體折射率發(fā)生變化產(chǎn)生相位失配從而難以實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的光學(xué)諧波轉(zhuǎn)換問題，提出一種用于諧波轉(zhuǎn)換裝置對溫度變化引起相位失配的補(bǔ)償方法，從而實(shí)現(xiàn)對溫度不敏感的高效穩(wěn)定光學(xué)諧波轉(zhuǎn)換方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種用于諧波轉(zhuǎn)換裝置對溫度變化引起相位失配的補(bǔ)償方法，該方法包括下列步驟：

①在沿光束輸入方向的第一非線性晶體和第二非線性晶體之間設(shè)置電光晶體，該電光晶體)的Z軸垂直于所述的第一非線性晶體和第二非線性晶體的通光方向，在所述的電光晶體的Z軸方向施加可調(diào)電壓源；溫度傳感器對所述的第一非線性晶體和第二非線性晶體之間的溫度進(jìn)行測量；