[發(fā)明專利]一種用于頻率變換的整體光學(xué)諧振腔

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011023292.2
• 申請(qǐng)日: 2020-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN112130395B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張寬收;姜振宇;馮晉霞;李淵驥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 主分類號(hào): G02F1/35
• 分類號(hào): G02F1/35
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 崔玥

本發(fā)明公開了一種用于頻率變換的整體光學(xué)諧振腔。該整體光學(xué)諧振腔包括：外殼、可調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)裝置、控溫裝置以及設(shè)在控溫裝置中的非線性晶體；可調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)裝置包括的第一平凹鏡、第二平凹鏡以及非線性晶體構(gòu)成光學(xué)諧振腔；光線依次通過第一平凹鏡、非線性晶體以及第二平凹鏡。本發(fā)明通過整體化設(shè)計(jì)提高光學(xué)諧振腔的腔長(zhǎng)穩(wěn)定性，并通過控溫裝置提高整體光學(xué)諧振腔中非線性晶體的溫度穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了腔內(nèi)參與頻率變換過程的光場(chǎng)之間穩(wěn)定的相對(duì)位相控制。同時(shí)通過可調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)裝置實(shí)現(xiàn)整體光學(xué)諧振腔腔長(zhǎng)的精確控制。實(shí)現(xiàn)了光學(xué)頻率變換過程中，相位匹配條件、阻抗匹配和模式匹配的最佳條件，獲得高非線性轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)諧振腔領(lǐng)域，特別是涉及一種用于頻率變換的整體光學(xué)諧振腔。

背景技術(shù)

光學(xué)頻率變換過程在經(jīng)典光學(xué)和量子光學(xué)等領(lǐng)域都是非常重要必不可少的手段。在光學(xué)頻率變換過程中，高的非線性效率是大家所追求的重要指標(biāo)之一。利用高效率的光學(xué)頻率變換過程可以獲得高功率輸出的短波段、中紅外和遠(yuǎn)紅外波段激光，可為光刻技術(shù)、激光雷達(dá)等關(guān)鍵技術(shù)突破提供必需且優(yōu)質(zhì)的激光光源。利用高效率的光學(xué)頻率變換過程還可以獲得穩(wěn)定輸出的高質(zhì)量量子糾纏態(tài)光場(chǎng)和壓縮態(tài)光場(chǎng)，可為量子精密測(cè)量、量子信息處理、量子計(jì)算機(jī)等科學(xué)研究方面提供必需的高質(zhì)量量子光源。

目前，常用的高效率光學(xué)頻率變換過程裝置通常采用分離元件構(gòu)建。如中國(guó)發(fā)明專利201711487633X中涉及的“一種高轉(zhuǎn)換效率的長(zhǎng)波紅外光學(xué)參量振蕩器”和文獻(xiàn)“高效率外腔倍頻產(chǎn)生低噪聲連續(xù)單頻780nm激光，中國(guó)激光，41(5)：0502003(2014)”，是由兩個(gè)或多個(gè)光學(xué)腔鏡和非線性晶體分離放置搭建成用于光學(xué)頻率變換的諧振腔。兩鏡駐波腔結(jié)構(gòu)是由輸入凹面鏡、輸出凹面鏡組成，其中心處于同一直線上，在腔內(nèi)同一直線上放置非線性晶體構(gòu)成用于光學(xué)頻率變換的諧振腔。環(huán)形腔是由輸入凹面鏡、輸出凹面鏡和多個(gè)平面反射鏡構(gòu)成環(huán)形結(jié)構(gòu)，鏡子以Z字型或8字型等放置，非線性晶體放置在環(huán)形腔內(nèi)構(gòu)成用于光學(xué)頻率變換的諧振腔。

上述方案中，光學(xué)腔鏡、非線性晶體都是分離獨(dú)立放置的，整個(gè)裝置對(duì)外界環(huán)境的干擾敏感，從而影響光學(xué)頻率變換過程的非線性轉(zhuǎn)換效率。比如，外界機(jī)械振動(dòng)、空氣流動(dòng)、溫度變化都會(huì)引起光學(xué)諧振腔內(nèi)兩個(gè)光場(chǎng)之間相對(duì)位相的變化，不滿足最佳相位匹配條件；而且這些因素也會(huì)導(dǎo)致光學(xué)諧振腔腔長(zhǎng)的變化，引起模式匹配的變化。分離的光學(xué)元件裝置也不可能有效保持光學(xué)元件的潔凈度，受到外界灰塵等污染的光學(xué)腔鏡和非線性晶體會(huì)導(dǎo)致整個(gè)諧振腔的損耗增大。上述因素都會(huì)導(dǎo)致光學(xué)頻率變換過程的非線性轉(zhuǎn)換效率大幅降低。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明的目的是提供一種用于頻率變換的整體光學(xué)諧振腔，用以實(shí)現(xiàn)光學(xué)頻率變換過程中，相位匹配、阻抗匹配和模式匹配的最佳條件，獲得高非線性轉(zhuǎn)換效率，并且整個(gè)光學(xué)諧振腔一體化的設(shè)計(jì)能夠保證里面的光學(xué)腔鏡和非線性晶體的潔凈度，使得光學(xué)諧振腔的精細(xì)度保持不變。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種用于頻率變換的整體光學(xué)諧振腔，包括：外殼、可調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)裝置、控溫裝置以及設(shè)在所述控溫裝置中的非線性晶體；所述可調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)裝置設(shè)置在所述外殼的兩端；所述控溫裝置設(shè)置在所述外殼中；

所述可調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)裝置包括第一平凹鏡和第二平凹鏡；所述第一平凹鏡、所述第二平凹鏡以及所述非線性晶體構(gòu)成光學(xué)諧振腔；光線依次通過所述第一平凹鏡、所述非線性晶體以及所述第二平凹鏡。

進(jìn)一步地，所述外殼包括U型底座和U型蓋，所述U型底座設(shè)有凹槽，所述U型蓋以封閉所述U型底座的凹槽兩側(cè)及上部開口的方式設(shè)置于所述U型底座的上方；所述控溫裝置設(shè)置在所述U型底座的凹槽中。

進(jìn)一步地，所述可調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)裝置包括可調(diào)鏡套、第一鏡座、壓電陶瓷、第一平凹鏡、第二鏡座、第二平凹鏡；

所述可調(diào)鏡套設(shè)置于所述U型底座的左端通光孔處，所述第一鏡座設(shè)置于所述可調(diào)鏡套的通光孔內(nèi)；所述U型底座的左端面的凸面螺紋與所述可調(diào)鏡套的右內(nèi)面的凹面螺紋相互咬合，通過旋轉(zhuǎn)螺紋實(shí)現(xiàn)光學(xué)諧振腔的腔長(zhǎng)的調(diào)節(jié)；