[發(fā)明專利]連續(xù)波單頻內(nèi)腔倍頻激光器倍頻晶體最佳長(zhǎng)度的選取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810092930.2
• 申請(qǐng)日: 2018-01-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108365514B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧華東;郭永瑞;蘇靜;彭堃墀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/109
• 分類號(hào): H01S3/109
• 代理公司: 14110 太原晉科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)
• 代理人: 任林芳

本發(fā)明公開(kāi)了一種連續(xù)波單頻內(nèi)腔倍頻激光器倍頻晶體最佳長(zhǎng)度的選取方法，本發(fā)明在對(duì)內(nèi)腔倍頻激光器倍頻晶體的最佳長(zhǎng)度進(jìn)行選取時(shí)，考慮了倍頻晶體的長(zhǎng)度對(duì)內(nèi)腔倍頻激光器單頻穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)特性的影響；本發(fā)明在對(duì)連續(xù)波單頻內(nèi)腔倍頻激光器倍頻晶體的最佳長(zhǎng)度進(jìn)行選取時(shí)，無(wú)需在實(shí)驗(yàn)上通過(guò)不斷更換不同長(zhǎng)度的倍頻晶體來(lái)被動(dòng)的實(shí)現(xiàn)內(nèi)腔倍頻激光器的單頻穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)；本發(fā)明具有普遍適用性，在高功率、中等功率和低功率內(nèi)腔倍頻激光以及腔內(nèi)含有標(biāo)準(zhǔn)具等選模元件的內(nèi)腔倍頻激光器中均適用；本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置和過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)需其他系統(tǒng)，成本低廉。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種連續(xù)波單頻內(nèi)腔倍頻激光器倍頻晶體最佳長(zhǎng)度的選取方法。

背景技術(shù)

連續(xù)波單頻內(nèi)腔倍頻激光器因其輸出功率高，光束質(zhì)量好，線寬窄，長(zhǎng)期功率穩(wěn)定性高，噪聲低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)運(yùn)于量子信息，量子通訊，冷原子物理等多個(gè)領(lǐng)域。在連續(xù)波單頻內(nèi)腔倍頻激光器的研究與生產(chǎn)中，腔內(nèi)倍頻晶體長(zhǎng)度是一個(gè)關(guān)鍵的量。因?yàn)閮?nèi)腔倍頻激光器中倍頻晶體的長(zhǎng)度不僅影響倍頻光的輸出功率，同時(shí)決定著內(nèi)腔倍頻激光器的單頻運(yùn)轉(zhuǎn)特性。

目前，選取內(nèi)腔倍頻激光器中倍頻晶體的長(zhǎng)度最常用的方法是根據(jù)Boyd-Kleiman聚焦定理，當(dāng)倍頻晶體長(zhǎng)度為由高斯光束聚焦定理所推導(dǎo)的瑞利長(zhǎng)度的兩倍時(shí)為最佳；另一種選取倍頻晶體最佳長(zhǎng)度的方法為Smith內(nèi)腔倍頻理論模型，該理論中，結(jié)構(gòu)一定的諧振腔中非線性耦合參數(shù)與非線性晶體長(zhǎng)度的平方成正比的關(guān)系來(lái)選取倍頻晶體的最佳長(zhǎng)度；另一種選取倍頻晶體最佳長(zhǎng)度的方法是從速率方程出發(fā)，推導(dǎo)出二次諧波產(chǎn)生的功率密度與倍頻晶體的長(zhǎng)度和泵浦速率的依賴關(guān)系。以上三種方法中均未考慮倍頻晶體的長(zhǎng)度對(duì)內(nèi)腔倍頻激光器單頻運(yùn)轉(zhuǎn)特性的影響。

此外，還有一種由選取倍頻晶體最佳長(zhǎng)度的方法是基于space-dependent rate-equation model。該方法中，倍頻晶體同時(shí)起到了二次諧波產(chǎn)生的媒介與雙折射濾波片的作用，結(jié)合增益晶體的偏振選擇進(jìn)而迫使激光器實(shí)現(xiàn)單頻運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，該種方法缺乏考慮腔內(nèi)的線性損耗對(duì)內(nèi)腔倍頻激光器單頻運(yùn)轉(zhuǎn)特性的影響，不適用于線性損耗不可忽略的高功率內(nèi)腔倍頻激光器中倍頻晶體最佳長(zhǎng)度的選取。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于連續(xù)波單頻內(nèi)腔倍頻激光器中倍頻晶體最佳長(zhǎng)度的選取存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種具有普遍適用性的、簡(jiǎn)單可靠的、易于在研究和生產(chǎn)中對(duì)連續(xù)波單頻內(nèi)腔倍頻激光器倍頻晶體最佳長(zhǎng)度進(jìn)行選取的方法。

本發(fā)明提供了一種連續(xù)波單頻內(nèi)腔倍頻激光器倍頻晶體最佳長(zhǎng)度的選取方法，包括以下步驟：

提供一內(nèi)腔倍頻激光器，并在所述內(nèi)腔倍頻激光器進(jìn)行單頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，獲取運(yùn)轉(zhuǎn)所需的最小非線性損耗ε₁；

ε₁是利用公式(1)進(jìn)行計(jì)算；

其中，Δλ_g為增益帶寬，l_c為內(nèi)腔倍頻激光器中倍頻晶體的長(zhǎng)度，cons表示倍頻晶體的非線性接收帶寬與倍頻晶體的長(zhǎng)度的乘積對(duì)應(yīng)的常數(shù)；α₀為歸一化的線性損耗，表示為：其中，L為腔內(nèi)的線性損耗，g₀為增益系數(shù)，l_c為倍頻晶體長(zhǎng)度，t為透射率；

在所述內(nèi)腔倍頻激光器中設(shè)置倍頻晶體，并獲取在設(shè)置倍頻晶體后的內(nèi)腔倍頻激光器進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的最大非線性損耗ε₂；

ε₂是利用公式(2)進(jìn)行計(jì)算；

其中，S₀為飽和功率密度，η為非線性轉(zhuǎn)化因子，表示為：