[發明專利]一種兼具非臨界相位匹配倍頻、三倍頻性能的紫外激光變頻器及其工作方法

有效

• 申請號: 201610144858.4
• 申請日: 2016-03-14
• 公開（公告）號: CN105549295B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 王正平;亓宏偉;于法鵬;劉彥慶;張少軍;趙顯;許心光
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G02F1/37
• 分類號: G02F1/37;G02F1/355
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊樹云

本發明涉及一種兼具非臨界相位匹配倍頻、三倍頻性能的紫外激光變頻器及其工作方法，包括基頻光源、縮束系統、第一反射鏡、非線性光學晶體、四分之一波片、第二反射鏡及濾波片，非線性光學晶體X軸和Z軸的角平分線，與基頻光的偏振方向的夾角為0?5°，四分之一波片的光軸方向與基頻光的偏振方向的夾角為0?5°；第一反射鏡與光路的中心軸的夾角為35?55°；非線性光學晶體為Gd_xY_1?xCOB晶體，當基頻光波長為1064nm時，x的取值范圍為0.18?0.22,當基頻光波長為1053nm時，x的取值范圍為0.11?0.15。本發明使得一塊Gd_xY_1?xCOB同時作為倍頻和三倍頻晶體，制作成本低。

技術領域

本發明涉及一種兼具非臨界相位匹配倍頻、三倍頻性能的紫外激光變頻器及其工作方法，屬于激光和非線性光學技術領域。

背景技術

現代技術中，激光器扮演著越來越重要的角色。其中，全固態紫外激光器在激光微加工(鉆孔、切割和腐蝕)、激光化學、光學雕刻、快速成型、激光印刷和光譜學等領域都有著非常重要的應用。由于實用固體激光器的波長大都位于紅外光譜區，為了獲得紫外光，需要用非線性光學晶體對紅外激光進行頻率變換，這種方法具有效率高、光束質量好、體積小、穩定性高和壽命長等優點。目前，最常用的技術路線是對摻釹釔鋁石榴石或釹玻璃激光(1064nm/1053nm)進行三倍頻，從而獲得355nm/351nm的紫外輸出，這個過程包含兩步：首先用一塊非線性光學晶體進行紅外基頻光的倍頻，所產生的倍頻綠光(532nm/526nm)與剩余基頻光再在另一塊非線性光學晶體中和頻，最終實現355nm/351nm紫外光輸出。如圖1(a)所示，兩塊晶體分別用作倍頻和三倍頻晶體。目前，常用的倍頻晶體是KH₂PO4(KDP)、KTiOPO₄(KTP)和LiB₃O₅(LBO)，三倍頻晶體是KDP、LBO和β-BaB₂O₄(BBO)。即使倍頻和三倍頻使用的是同一種晶體，由于相位匹配方向不同，所以空間切角不同，因此，不可避免地要用到兩塊晶體，從而使原料和加工成本大為提高。

為實現一塊非線性晶體直接輸出三倍頻光，必須解決兩個關鍵問題。(1)找到合適的Gd_xY_1-xCOB晶體，即確定出組分參數x。(2)滿足相位匹配方式對偏振態的要求。從原理上來看，即使找到合適的晶體組分使倍頻、三倍頻相位匹配方向都調整到Gd_xY_1-xCOB晶體的Y軸上，如果不對倍頻光的偏振態進行調整，也無法輸出三倍頻光。原因是II類非臨界相位匹配所產生倍頻光的偏振方向沿晶體的X軸(快軸方向)，而I類非臨界相位匹配三倍頻要求倍頻光偏振方向沿晶體的Z軸(慢軸方向)。

Gd_xY_1-xCa₄O(BO₃)₃(Gd_xY_1-xCOB)系列硼酸鹽晶體是一種折射率可以連續變化的置換型固溶體，進而可以實現非臨界相位匹配波長的連續可調。此類晶體具有有效非線性光學系數適中、透光波段寬、抗激光損傷閾值高、相位匹配范圍大、不潮解和物化性質穩定等優點，是一類性能優良的非線性光學晶體，具有廣闊應用前景。研究表明：沿Gd_xY_1-xCOB系列晶體Y軸，即(90°，90°)相位匹配方向，通過組分調節可以實現波長為1064nm/1053nm的非臨界相位匹配II類倍頻和I類三倍頻，并且與實現非臨界相位匹配倍頻和三倍頻的晶體組分非常接近。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種兼具非臨界相位匹配倍頻、三倍頻性能的紫外激光變頻器。

本發明還提供了上述紫外激光變頻器的工作方法。