一種群速失配在線補(bǔ)償三次諧波激光裝置及其應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了一種群速失配在線補(bǔ)償三次諧波脈沖激光裝置，包括倍頻晶體、群速補(bǔ)償晶體以及和頻晶體；所述群速補(bǔ)償晶體位于所述倍頻晶體與所述和頻晶體之間；基頻光經(jīng)過(guò)所述倍頻晶體產(chǎn)生的倍頻光與基頻光一起經(jīng)過(guò)所述群速補(bǔ)償晶體后，再經(jīng)過(guò)所述和頻晶體，得到和頻激光。本申請(qǐng)的裝置，通過(guò)對(duì)基頻光和倍頻光的群速失配進(jìn)行在線補(bǔ)償，解決了群速失配的問(wèn)題，在很大程度上提高了三次諧波的轉(zhuǎn)換效率。本申請(qǐng)的裝置操作簡(jiǎn)單，成本較低，光路的復(fù)雜化得到改善，尤其適用于超短脈沖激光裝置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種群速失配在線補(bǔ)償H次諧波激光裝置及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及一種群速失配在線補(bǔ)償H次諧波激光裝置，屬于激光領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 超短紫外脈沖激光在超精細(xì)加工，納米生物工程、保密通訊、現(xiàn)代生物技術(shù)、材料 加工、光譜分析和科學(xué)研究等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 非線性頻率變換技術(shù)是實(shí)現(xiàn)超短紫外脈沖激光輸出最常用的方法，然而對(duì)于強(qiáng)場(chǎng) 超短激光脈沖，群速失配是影響其倍頻效率的主要因素之一。所謂群速失配是指，由于不同 頻率的光在非線性晶體中的傳播速度不同，導(dǎo)致基頻波的群速與二次諧波的群速不一致， 使得它們?cè)诤皖l晶體中在時(shí)域上不能夠完全疊加，從而降低了 H次諧波的轉(zhuǎn)換效率。為了 解決群速失配問(wèn)題，最常用的方式是利用時(shí)間延遲線技術(shù)，延遲線由分束片和反射鏡組成， 通過(guò)調(diào)整基頻光和倍頻光在光路中的傳播距離，最終使得通過(guò)和頻晶體時(shí)在時(shí)域上完全重 疊，從而獲得較高的倍頻效率。然而，由于反射鏡和分束片受到鍛膜技術(shù)的限制，基頻光和 倍頻光在通過(guò)上述鏡片后會(huì)造成不可避免的能量損耗，同時(shí)受到超短脈沖自身的限制，兩 束光在光路上的傳播距離匹配要非常精確，例如：飛砂激光的脈沖寬度為35fs，通過(guò)倍頻 晶體后，倍頻光將落后于基頻光幾十個(gè)微米。延遲線技術(shù)的另一個(gè)缺陷在于，對(duì)于不同波長(zhǎng) 的基頻光，延遲線之間的距離匹配長(zhǎng)度不同，該對(duì)于產(chǎn)生可調(diào)諧的超短激光脈沖來(lái)說(shuō)，增加 了光路的復(fù)雜化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供了一種群速失配在線補(bǔ)償H次諧波脈沖激光裝置， 通過(guò)對(duì)基頻光和倍頻光的群速失配進(jìn)行在線補(bǔ)償，從而解決了群速失配的問(wèn)題，在很大程 度上提高了H次諧波的轉(zhuǎn)換效率。所述裝置操作簡(jiǎn)單，成本較低，光路的復(fù)雜化得到改善， 尤其適用于超短脈沖激光裝置。
[0005] 所述群速失配在線補(bǔ)償H次諧波脈沖激光裝置，其特征在于，包括倍頻晶體、群速 補(bǔ)償晶體W及和頻晶體；所述群速補(bǔ)償晶體位于所述倍頻晶體與所述和頻晶體之間；基頻 光經(jīng)過(guò)所述倍頻晶體產(chǎn)生的倍頻光與基頻光一起經(jīng)過(guò)所述群速補(bǔ)償晶體后，再經(jīng)過(guò)所述和 頻晶體，得到和頻激光。
[0006] 本申請(qǐng)?jiān)贖次諧波激光裝置的倍頻晶體和和頻晶體之間加入了群速補(bǔ)償晶體，通 過(guò)縮小經(jīng)過(guò)和頻晶體之前基頻光和倍頻光之間的時(shí)域差，使得基頻光和倍頻光在通過(guò)和頻 晶體時(shí)群速能夠匹配，提高了和頻激光的輸出功率和效率。
[0007] 優(yōu)選地，基頻光進(jìn)入所述倍頻晶體的入射角度滿足第一類(lèi)相配匹配條件；基頻光 和倍頻光進(jìn)入所述和頻晶體的入射角度滿足第二類(lèi)相位匹配條件。
[0008] 優(yōu)選地，基頻光和倍頻光進(jìn)入所述基頻光和倍頻光進(jìn)入群速補(bǔ)償晶體的入射角滿 足正入射條件。
[0009] 優(yōu)選地，所述倍頻晶體中倍頻光的群速小于基頻光的群速；所述群速補(bǔ)償晶體中 所述倍頻光的群速大于所述基頻光的群速；所述和頻晶體中所述倍頻光的群速大于所述基 頻光的群速。
[0010] 本申請(qǐng)的群速失配在線補(bǔ)償H次諧波脈沖激光裝置的工作過(guò)程是：
[0011] (a)基頻光進(jìn)入倍頻晶體后，通過(guò)調(diào)整倍頻晶體的入射角，滿足第一類(lèi)相位匹配條 件，產(chǎn)生二次諧波，即倍頻激光輸出；
[0012] 化）基頻光和倍頻光進(jìn)入群速補(bǔ)償晶體，調(diào)整群速補(bǔ)償晶體的入射角度，倍頻光 在通過(guò)群速補(bǔ)充晶體后，基頻光和倍頻光的時(shí)域差縮小，倍頻光在時(shí)域上稍微落后于基頻 光；
[0013] (C)當(dāng)基頻光和倍頻光進(jìn)入和頻晶體時(shí)，通過(guò)調(diào)整和頻晶體的入射角，滿足第二類(lèi) 相位匹配條件，最終基頻光和倍頻光在群速匹配的情況下得到H倍頻和頻激光。
[0014] 優(yōu)選地，所述群速補(bǔ)償晶體選自目相偏測(cè)酸頓晶體、BBSAG、方解石的至少一種。 [00巧]本申請(qǐng)中，所述BBSAG晶體的化學(xué)式為Bai-A了z〇4SixAlyGaz，其X = 0?0. 15, y = 0 ?0. 01，Z = 0 ?0. 04, x2+y2+z2 聲 0。
[0016] 更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述群速補(bǔ)償晶體為目相偏測(cè)酸頓晶體（可簡(jiǎn)寫(xiě) 為目-BB0)。目-BB0晶體的化學(xué)式為目-BaB2〇4,立方晶系，3m點(diǎn)群；晶胞參數(shù)為 a=b=12..532 A，c=12.717A。
[0017] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可W根據(jù)實(shí)際裝置的需要和條件選擇所述群速補(bǔ)償晶體的厚度， 在一定范圍內(nèi)，均起到可W改善群速失配的問(wèn)題，當(dāng)群速補(bǔ)償晶體的厚度與所述倍頻晶體 的厚度、所述和頻晶體的厚度滿足一定關(guān)系時(shí)，可W使得基頻光和倍頻光在通過(guò)所述和頻 晶體時(shí)的群速完全匹配。
[0018] 優(yōu)選地，所述群速補(bǔ)償晶體在光線入射方向上的厚度Ucp滿足如式I所示的關(guān)系：
[0019]

【權(quán)利要求】
1. 一種群速失配在線補(bǔ)償三次諧波脈沖激光裝置，其特征在于，包括倍頻晶體、群速補(bǔ) 償晶體以及和頻晶體； 所述群速補(bǔ)償晶體位于所述倍頻晶體與所述和頻晶體之間； 基頻光經(jīng)過(guò)所述倍頻晶體產(chǎn)生的倍頻光與基頻光一起經(jīng)過(guò)所述群速補(bǔ)償晶體后，再經(jīng) 過(guò)所述和頻晶體，得到和頻激光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，基頻光進(jìn)入所述倍頻晶體的入射角度滿 足第一類(lèi)相配匹配條件；基頻光和倍頻光進(jìn)入所述和頻晶體的入射角度滿足第二類(lèi)相位匹 配條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，基頻光和倍頻光進(jìn)入所述群速補(bǔ)償晶體 的入射角滿足正入射條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述倍頻晶體中，倍頻光的群速小于基頻 光的群速；所述群速補(bǔ)償晶體中，倍頻光的群速大于基頻光的群速；所述和頻晶體中，倍頻 光的群速大于基頻光的群速。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述群速補(bǔ)償晶體選自β相偏硼酸鋇晶 體、方解石、BBSAG晶體中的至少一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述群速補(bǔ)償晶體為β相偏硼酸鋇晶體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述群速補(bǔ)償晶體在光線入射方向上的 厚度Lfinp滿足如式I所不的關(guān)系：
其中，Lsre是所述倍頻晶體的厚度，Lrae是所述和頻晶體的厚度，Vf是基頻光在所述倍頻 晶體中的群速，V'F是基頻光在所述群速補(bǔ)償晶體中的群速，V" F是基頻光在所述和頻晶 體中的群速，Vsiffi是倍頻光在所述倍頻晶體中的群速，ViSHe是倍頻光在所述群速補(bǔ)償晶體 中的群速，V"SHe是倍頻光在所述和頻晶體中的群速。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，基頻光的波長(zhǎng)選自770nm?830nm之間的 任意值；根據(jù)基頻光的波長(zhǎng)，將基頻光進(jìn)入所述倍頻晶體的入射角度滿足第一類(lèi)相位匹配 條件，基頻光和倍頻光進(jìn)入群速補(bǔ)償晶體的入射角度滿足正入射條件，基頻光和倍頻光進(jìn) 入所述和頻晶體的入射角度滿足第二類(lèi)相位匹配條件，經(jīng)過(guò)所述和頻晶體，得到和頻激光 的波長(zhǎng)為256. 6nm?276. 6nm之間對(duì)應(yīng)于基頻光的三倍頻值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還具備分束片。
10. -種脈沖激光器，其特征在于，含有權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的群速失配在線補(bǔ)償 三次諧波脈沖激光裝置。
【文檔編號(hào)】H01S3/109GK104466652SQ201410825549
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】孟祥昊, 劉華剛, 黃見(jiàn)洪, 陳金明, 李錦輝, 林文雄 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所