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光諧振變頻器的制作方法

文檔序號(hào):2734418閱讀:262來源:國(guó)知局
專利名稱:光諧振變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種光諧振變頻器,其包括一個(gè)具有一個(gè)第一鏡、一個(gè)第二鏡及一個(gè)帶有一入射面和一出射面的非線性晶體的環(huán)形諧振器,其中在該環(huán)形諧振器中形成一個(gè)在一諧振器平面中環(huán)行的光波,該光波作為第一激光束通過入射面進(jìn)入非線性晶體且通過出射面再?gòu)脑摲蔷€性晶體出來,并在該非線性晶體中部分轉(zhuǎn)換成頻率與第一激光束不同的第二激光束。本發(fā)明尤其涉及一種光諧振倍頻器,即一種產(chǎn)生一個(gè)頻率為進(jìn)入光波兩倍的光波的變頻器。
一種光諧振變頻器用來以特別有效的方式將一種帶有一基波波長(zhǎng)的激光束(以下稱作基波)通過在一合適的非線性晶體中的非線性轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一種帶有較高頻率、尤其是倍頻的激光束(以下稱作轉(zhuǎn)換射線)。在未能提供一種合適活性的激光材料來直接產(chǎn)生所希望的波長(zhǎng)時(shí),總要采用非線性轉(zhuǎn)換技術(shù)??紤]到長(zhǎng)壽命和高效率,目前越來越多地使用在紅色和紅外光譜區(qū)產(chǎn)生連續(xù)光波的半導(dǎo)體激光器和二極管泵浦固體激光器(DPSS激光器)。此外,較短的波長(zhǎng)通常通過非線性轉(zhuǎn)換來產(chǎn)生。該轉(zhuǎn)換可以分多級(jí)來實(shí)現(xiàn)。在DPSS激光器中,用于產(chǎn)生可見光激光束的第一級(jí)轉(zhuǎn)換在激光諧振器中自行完成(“腔內(nèi)倍頻”)。其他用于更短波長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換優(yōu)選在激光諧振器外完成。尤其在非線性產(chǎn)生連續(xù)紫外線(UV)激光時(shí)在一外部諧振器中的諧振倍頻起重要的作用,因?yàn)榭商峁┰诖瞬ㄩL(zhǎng)區(qū)使用的晶體材料僅具有很低的非線性系數(shù),因而未諧振的轉(zhuǎn)換對(duì)實(shí)際應(yīng)用來說效率太低了。通過將一腔內(nèi)倍頻的DPSS激光器或一半導(dǎo)體激光器與一諧振變頻器結(jié)合起來得到一個(gè)用于產(chǎn)生連續(xù)UV激光的激光源,這在半導(dǎo)體工業(yè)、消費(fèi)電子工業(yè)(Konsum-elektronikindustrie)和通信工業(yè)中得到多方面的應(yīng)用。
諧振倍頻的原理很久以來就已公知(例如參見Ashkin等“ResonantOptical Second Harmonic Generation and Mixing”,Journal of QuantumElectronics,QE-2,1966,109頁(yè);M.Brieger等“Enhancement of SingleFrequency SHG in a Passive Ring Resonantor”,Optics Communications 38,1981,423頁(yè))。在那里,將基波耦合輸入到一個(gè)由一些鏡組成的、對(duì)基波頻率進(jìn)行調(diào)諧的光諧振器中。為此,該諧振器的光學(xué)長(zhǎng)度借助一合適的裝置這樣進(jìn)行調(diào)整,使得其為基波波長(zhǎng)的整數(shù)倍。如果在諧振器中的損失小,輸入鏡為局部透明且?guī)в杏欣x擇的反射率,則發(fā)生諧振增強(qiáng),即在諧振器中環(huán)行的光波的功率大于從外部射入基波的功率。輸入鏡的反射率R為R=1-V時(shí),則該反射率最佳,其中V表示環(huán)行光波在該諧振器中環(huán)行時(shí)的相對(duì)損失,以下稱作諧振器損失。在此稱作“阻抗匹配”的條件下,該增強(qiáng)系數(shù)(“enhancement”)為A=1/V,即在該諧振器中循環(huán)的光波為入射光波功率的A倍。在實(shí)踐中,該增強(qiáng)系數(shù)達(dá)到100至200。
在諧振器中設(shè)置一個(gè)供環(huán)行基波透射過的非線性晶體,通過非線性轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個(gè)倍頻的第二光波,該第二光波經(jīng)一個(gè)對(duì)此倍頻為透明的諧振器鏡從該諧振器輸出。
為產(chǎn)生帶有可利用效率的轉(zhuǎn)換射線,必須在非線性晶體中存在相位適配,即該晶體對(duì)基波波長(zhǎng)的折射率必須與其對(duì)轉(zhuǎn)換射線波長(zhǎng)的折射率相等。相位適配可通過角度調(diào)整(嚴(yán)格相位適配)或通過溫度匹配(不嚴(yán)格相位適配)來實(shí)現(xiàn)。在不嚴(yán)格相位適配時(shí)通常頻率轉(zhuǎn)換的效率較高,轉(zhuǎn)換射線的光束斷面有較高的質(zhì)量,即接近所希望的高斯射束形狀(Gauβsche Strahlform)。然而目前可提供使用的晶體材料僅對(duì)少量窄的波長(zhǎng)范圍可采用不嚴(yán)格的相位適配。尤其是目前還沒有晶體材料能在低UV區(qū)產(chǎn)生帶有不嚴(yán)格相位適配的激光。
由于轉(zhuǎn)換射線的功率正比于基波功率密度的平方,當(dāng)將基波聚焦到非線性晶體中,該非線性轉(zhuǎn)換的效率提高了。因而這些諧振器鏡通常帶有球形彎曲表面,從而在晶體中間形成一個(gè)射線窄區(qū)。通過減小射線窄區(qū)可以提高晶體中的功率密度。然而同時(shí)在晶體中增大的射線發(fā)散降低了在那些比射線窄區(qū)、即雷利長(zhǎng)度(Raleigh-lnge)長(zhǎng)得多的晶體中的轉(zhuǎn)換效率。因而存在一個(gè)最佳的射線窄區(qū)尺寸,其可以通過合適地選擇這些諧振器鏡的距離和曲率半徑來調(diào)節(jié)。
通過在諧振器中將基波功率調(diào)諧增強(qiáng),該轉(zhuǎn)換效率相對(duì)于一未調(diào)諧的裝置增加了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。例如為產(chǎn)生波長(zhǎng)為266nm的UV激光束,在基波功率為1W到5W時(shí),現(xiàn)有技術(shù)可達(dá)到的轉(zhuǎn)換效率介于20%至40%。在此功率區(qū)已出現(xiàn)了效率飽和,從而作進(jìn)一步努力至少對(duì)轉(zhuǎn)換效率來說成為多余。但是,在采用功率范圍為10mW至100mW(適于建造結(jié)構(gòu)特別緊湊的UV激光器)的基波激光器時(shí),現(xiàn)有技術(shù)的變頻器的轉(zhuǎn)換效率是令人不滿意地低,因?yàn)樵诖斯β史秶€存在一個(gè)基波功率的平方關(guān)系。
總體上基于各種在下面要討論的現(xiàn)象存在著一個(gè)帶有變頻器的激光器的輸出功率受影響的問題。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題也就是提供一種在很大程度上可避免功率減小的變頻器。
解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案建立在對(duì)功率減小現(xiàn)象分析的基礎(chǔ)上,并由后面將要作具體說明的、可分別單獨(dú)地或組合起來后得到一個(gè)嚴(yán)格相位適配的諧振變頻器的結(jié)構(gòu)特征來構(gòu)成,從而使該諧振變頻器與現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比其轉(zhuǎn)換射線具有一個(gè)更高的轉(zhuǎn)換效率、更好的射線質(zhì)量和更高的功率穩(wěn)定性。由于在較低的基波功率時(shí)有較高的轉(zhuǎn)換效率,尤其應(yīng)當(dāng)提供了這樣一種可能性為發(fā)射UV激光束制造一個(gè)比現(xiàn)有技術(shù)中所采用的激光源在尺寸上更緊湊的激光源。
在本說明書開始部分所提到的這一類變頻器中,可分別用來解決或經(jīng)相互組合后用來解決上述技術(shù)問題的特征為-該非線性晶體的出射面涂覆了既對(duì)第一激光束、又對(duì)第二激光束抗反射的涂層,且出射面的法線與從晶體出來的光波的夾角小于15°,其中第二激光束優(yōu)選通過該出射面離開該非線性晶體,而且第一激光束通過第一鏡進(jìn)入該環(huán)行諧振器,第二激光束通過該第一鏡離開該環(huán)行諧振器。
-作為一種替換方式,該非線性晶體出射面的法線與從該晶體出來的光波之間的夾角接近布魯斯特角,所述在環(huán)形諧振器中環(huán)行的光波平行于諧振器平面偏振,該非線性晶體的出射面設(shè)有一偏振分光層,該偏振分光層對(duì)第一激光束的頻率基本是透明的,對(duì)第二激光束的頻率則是反射的,該非線性晶體具有一個(gè)涂覆了對(duì)第二激光束的頻率為抗反射涂層的第三面,且該非線性晶體這樣成形,使得該第二激光束在該偏振分光層上反射,并通過第三面從該非線性晶體中出來。
-在將這些特征組合起來后或以與這些特征無關(guān)的方式將非線性晶體的晶軸相對(duì)于入射光波的入射方向這樣定向,使得該與角度成函數(shù)關(guān)系的有效非線性系數(shù)的平方接近或等于最大值,且該非線性晶體使得該入射光波在與其傳輸方向相反的方向上有盡可能少的散射。
-作為一種替代選擇,至少該非線性晶體的入射面或出射面具有一圓柱形的彎曲面,其中該非線性晶體的圓柱形面的對(duì)稱軸位于諧振器平面中,至少兩鏡之一具有一圓柱形的彎曲面,該圓柱形的彎曲面的對(duì)稱軸與該諧振器平面相垂直,其中,該非線性晶體的主斷面與該諧振器平面相垂直,且該光波在該非線性晶體中的光束斷面為一橢圓形,其長(zhǎng)半軸位于該非線性晶體的主斷面中。
分別通過這些特征或它們的組合相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的裝置減少了諧振損失,并減少了兩次折射對(duì)嚴(yán)格地相位適配的晶體中的轉(zhuǎn)換效率和射線質(zhì)量的影響,且減少了基波在非線性晶體中產(chǎn)生那種會(huì)導(dǎo)致輸出功率不穩(wěn)定的反向散射。
下面對(duì)作為本發(fā)明基礎(chǔ)的知識(shí)進(jìn)行討論。
此外,由于在嚴(yán)格的相位適配情況出現(xiàn)的偏離效應(yīng)、即兩次折射的結(jié)果,降低了轉(zhuǎn)換效率(如參見Boyd等,Journal ofApplied Physics 39,1968,第3597頁(yè))。為產(chǎn)生UV經(jīng)常采用的晶體材料BBO具有一個(gè)特別大的偏離效應(yīng)。在

圖1中示意地表示了光射線在一帶有嚴(yán)格相位適配的負(fù)單軸非線性晶體中按照第一種類型(Typ I)的倍頻方式所走過的光路?;?相對(duì)于該非線性晶體3的光軸9以一定的角度θ(相位適配角或“匹配”角)入射。在此角度,基波的折射率n0和所轉(zhuǎn)換射線的折射率ne一樣大。
基波表示正常的光束射線,亦即它垂直于一個(gè)包含該基波和該晶體光軸的平面偏振。此平面稱作主斷面(Hauptschnittebene)。在圖1中此主斷面位于紙平面內(nèi)。轉(zhuǎn)換射線8則平行于主斷面、即垂直于基波偏振,從而成為特殊射線。該特殊射線經(jīng)受兩次折射,即其在該主斷面內(nèi)相對(duì)于該正常的射線旋轉(zhuǎn)了偏離角p。如果該基波在該晶體內(nèi)有一個(gè)光束半徑w0,則這兩束光波射線從入射光束進(jìn)入該晶體的入射點(diǎn)起會(huì)按照如下的間距公式la=w0πρ]]>明顯地漸行漸遠(yuǎn)。如果晶體的長(zhǎng)度l大于1a,則在晶體內(nèi)部的這兩個(gè)光束場(chǎng)的耦合會(huì)明顯減弱,從而使得轉(zhuǎn)換效率降低(參見Ashkin等,Journal ofQuantum Electronics,QE-2,1966,109頁(yè))。由于偏離效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)換效率降低可以通過一個(gè)橢圓形的基波射束斷面來減少。代替一個(gè)光束半徑為wo的圓形光束斷面選擇一個(gè)半軸為wx和wy的橢圓形光束斷面wy=ρ*lπ]]>wx=w0wy,]]>其中wy為沿主斷面方向的長(zhǎng)半軸,wx為沿與主斷面相垂直方向的短半軸,這樣就基本排除了偏離效應(yīng)。在這種情況下保留了基波的功率密度,并避免了光束場(chǎng)的去耦合。
在美國(guó)專利文獻(xiàn)US 5943350中介紹了一種用于諧振倍頻的裝置,其中在非線形晶體內(nèi)的基波有一橢圓的形狀。在此采用了一個(gè)棱鏡形或梯形晶體,其中包含入射射線和入射面法線的一個(gè)平面應(yīng)當(dāng)平行于這樣一個(gè)方向,使得該晶體沿此方向具有一個(gè)小的用于相位適配的接收角(Akzep-tanzwinkel)。這意味著在此裝置中所述主斷面與晶體入射面的入射平面相重合。一個(gè)帶有圓形射束斷面的激光束按照所述方式進(jìn)入所述晶體中后,通過在光密度晶體介質(zhì)的折射自動(dòng)得到一個(gè)長(zhǎng)半軸位于主斷面中的橢圓形狀,由此減小了偏離效應(yīng)的影響。入射角選擇得越大,橢圓形射束斷面的長(zhǎng)、短軸比就越大。在材料為BBO和波長(zhǎng)為532nm的情況,對(duì)于橢圓形射束斷面的長(zhǎng)短軸比為2∶1時(shí)例如需要一個(gè)為65°的入射角。但是,為有效地排除偏離效應(yīng),對(duì)于通常尺寸的晶體長(zhǎng)度和射束斷面,需要數(shù)量級(jí)為10∶1的長(zhǎng)短軸比。這要求入射角為約85°。
在按照第一種類型倍頻時(shí),基波的偏振必須垂直于主斷面,在這種情況下也就是垂直于入射平面。在垂直于入射平面偏振(下面稱作s-偏振)和具有大的入射角情況下,在未涂覆涂層的晶體入射面上會(huì)出現(xiàn)明顯的反射損失。在入射角為85°時(shí),反射損失超過80%。在入射角高于50°和s-偏振時(shí)抗反射涂層通常僅起有限的作用。在此條件下未能將反射損失減少到低于1%范圍的可使用值,從而通過減少由效率損失造成的偏離效應(yīng)而得到的效率增益被增大的諧振損失再次抵消。與此相反,如果使基波平行于入射面偏振,下面稱作p-偏振,且同時(shí)使射束斷面的長(zhǎng)半軸位于主斷面中,可以得到一個(gè)較高的效率。
此外,所述偏離效應(yīng)對(duì)通過倍頻產(chǎn)生的激光束的射束斷面有一個(gè)不利的影響。正如在德國(guó)專利文獻(xiàn)DE 198 32 647中所描述的那樣,該射束斷面在近場(chǎng)區(qū)(在典型條件下該區(qū)域從射線源處開始延伸幾十厘米到一米)具有干涉條紋,該干涉條紋使得該射束斷面不能應(yīng)用到許多在此距離范圍內(nèi)的應(yīng)用場(chǎng)合。由于在近場(chǎng)區(qū)存在成像光學(xué)元件,被干涉后失真的射束斷面甚至擴(kuò)張到無窮遠(yuǎn)處。在德國(guó)專利文獻(xiàn)DE 198 32 647中描述了應(yīng)當(dāng)防止在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的射束斷面中出現(xiàn)這種不希望的失真的措施。然而還未給出改善近場(chǎng)區(qū)射束斷面的措施。
如果所發(fā)射的激光束被一面鏡部分或甚至全部反射回到該激光器中,則大多數(shù)激光源以其輸出功率和頻率的波動(dòng)作出響應(yīng)。在一臺(tái)帶有線性諧振器的諧振變頻器中原則上應(yīng)考慮到會(huì)出現(xiàn)這樣的問題,因?yàn)樵撝C振器的輸入鏡垂直于入射射線,于是這些射線精確反射回到激光源。與此相反,在一個(gè)環(huán)形諧振器中入射角不等于零,因而不會(huì)出現(xiàn)激光束由該諧振器的輸入鏡直接反射返回到激光源中的情況。出于此原因,環(huán)形諧振器通常優(yōu)于線性諧振器。然而在環(huán)形諧振器中環(huán)行的基波通過非線性晶體時(shí)會(huì)有一定份額沿不同的空間方向散射。由于基波在諧振器中被諧振增強(qiáng),該散射光的強(qiáng)度明顯增加。正好沿與入射基波方向完全相反的方向被散射的那一部分光在該諧振器中同樣像該入射基波自身一樣也作循環(huán),只是方向相反。由于散射光具有與入射激光一樣的頻率,該散射光也發(fā)生諧振增強(qiáng),因而由此成為一束帶有不可忽略強(qiáng)度的定向激光束。所述在諧振器中反向行進(jìn)的光波部分由該諧振器的輸入鏡發(fā)射,由此精確地回送到該激光源。該諧振增強(qiáng)、散射回來的光在某些激光源的情況已足以明顯影響頻率穩(wěn)定性和功率穩(wěn)定性。這例如完全符合單模式運(yùn)行(Einmodenbetrieb)的氬離子激光器情況。在單模運(yùn)行的半導(dǎo)體激光器中,此現(xiàn)象表現(xiàn)得特別強(qiáng)烈。在這種情況下轉(zhuǎn)換射線的功率處于很強(qiáng)的波動(dòng)之下,因?yàn)槠浼让舾械厝Q于基波的頻率,又敏感地取決于基波的功率。
在非線形晶體中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換射線的功率P2在諧振倍頻時(shí)按下式計(jì)算P2=γ*(A*P1)2其中P1為入射到該諧振器中的基波的功率,γ為轉(zhuǎn)換系數(shù),其取決于波長(zhǎng)、晶體中的射束直徑、所使用晶體的材料性質(zhì)和晶體的長(zhǎng)度。
諧振倍頻器的轉(zhuǎn)換效率η由下式給出η=P2/P1=γ*A2*P1在給定基波功率P1的情況下,該轉(zhuǎn)換效率η既可以通過加大增強(qiáng)系數(shù)A來增大,也可以通過加大轉(zhuǎn)換系數(shù)γ來增大。
為提高增強(qiáng)系數(shù)A=1/V,必須減小諧振損失V。由于與增強(qiáng)系數(shù)A成平方關(guān)系,轉(zhuǎn)換效率十分敏感地取決于諧振損失。該諧振損失主要由除輸入鏡外的所有諧振器鏡的剩余透射、晶體界面的反射損失、晶體材料中的散射損失和吸收損失及非線性轉(zhuǎn)換損失組成。在這里所考慮的用于產(chǎn)生UV光的基波功率和晶體材料的情況下,由非線性轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的損失起到次要的作用,因?yàn)檫@種材料的非線性系數(shù)很低,以致穿過晶體的轉(zhuǎn)換功率部分小到可以忽略不計(jì)。
非線性晶體中的散射損失和吸收損失占諧振損失的主要部分。通常這是諧振損失中最大的一部分。此損失正比于基波在晶體中的光程長(zhǎng)度。于是通過減少光程可減少損失??紤]到要有盡可能高的轉(zhuǎn)換效率,若布置成使基波沿著對(duì)轉(zhuǎn)換不提供貢獻(xiàn)的光程穿過晶體顯然是不利的。例如,在單片的(如參見美國(guó)專利文獻(xiàn)US 5027361)或半單片的(如參見美國(guó)專利文獻(xiàn)US6069903)裝置中就是這種情況,其中一個(gè)或多個(gè)晶體面構(gòu)成諧振器鏡,且在晶體內(nèi)的基波相對(duì)于入射射線方向成一個(gè)角度反射。在晶體中的光程則由多段彼此不平行的路段組成。于是,可僅僅對(duì)其中的一路段存在相位適配,然而所有的路段都會(huì)產(chǎn)生散射損失。因此在本發(fā)明中優(yōu)選這樣布置,使得在晶體內(nèi)部不會(huì)發(fā)生基波反射,并因此使晶體中的光程在其整個(gè)長(zhǎng)度上用于頻率轉(zhuǎn)換。
基波在非線性晶體中的散射不僅通過增加諧振損失減小了轉(zhuǎn)換效率,而且還會(huì)導(dǎo)致功率不穩(wěn)定,因?yàn)橐徊糠稚⑸涔馀c入射基波方向相反,激光源會(huì)受到該散射回來的光的影響而變得不穩(wěn)定。由于激光束的散射在有些非線性晶體中較強(qiáng)地取決于方向(參見Augustov等,Appl.Phys.A29,1982,169頁(yè)),通過合適地將晶體的光軸相對(duì)于入射基波的方向進(jìn)行定向可以減少會(huì)形成干擾的反向散射。
為滿足嚴(yán)格相位適配的條件,即正常射線和特殊射線的折射角相等,在晶體光軸與基波傳輸方向之間的夾角、亦即所謂的相位適配角具有一個(gè)確定的與波長(zhǎng)相關(guān)的量。然而該相位適配與這兩個(gè)方向的符號(hào)無關(guān)。同樣,該轉(zhuǎn)換系數(shù)的大小取決于基波入射方向和晶體晶軸的夾角,但與該方向的符號(hào)無關(guān)。
正如在圖6中對(duì)帶有晶體BBO的按照第一種類型的、波長(zhǎng)為532nm的激光束的倍頻示例所描述的,存在著多種將射線方向和晶體晶軸相對(duì)定向的可能性,此時(shí)就其相位適配和轉(zhuǎn)換系數(shù)大小而言數(shù)值相等,但基波的反向散射強(qiáng)度不一樣。圖6中晶體的晶軸x和z分別位于紙平面內(nèi),而y軸與紙平面垂直。該z軸通常稱作晶體的光軸,θ和φ是基波傳輸方向相對(duì)于晶體晶軸的偏振角。在波長(zhǎng)為532nm時(shí),對(duì)BBO晶體來說相位適配角為θ=47.6°由于相位適配條件與激光束的傳輸方向的符號(hào)無關(guān),則在θ=180°-47.6°=132.4°時(shí)同樣存在相位適配。
轉(zhuǎn)換系數(shù)γ正比于有效非線性系數(shù)deff的平方(參見Boyd等,Journal ofApplied Physics 39,1968,第3597頁(yè)),該有效非線性系數(shù)deff取決于所述兩個(gè)偏振角θ和φ,且在BBO時(shí)由下式給出deff=(d11cos3φ-d22sin3φ)cosθ+d31sinθ在這里,d11、d22和d31是第二級(jí)非線性系數(shù)(參見如Kato,IEEE Journal ofQuantum Electronics,QE-22,1986,第1013頁(yè))。由于系數(shù)d22和d31相對(duì)于d11可忽略,有效非線性系數(shù)的平方近似為deff2=d112cos23φ*cos2θ因此,φ角除通常采用的0°值外,還可以采用60°、120°和180°,而不必考慮轉(zhuǎn)換系數(shù)γ值的損失。尤其是圖6中所示出的四個(gè)帶有θ=47.6°或132.4°及φ=0°或180°的情況在轉(zhuǎn)換效率和相位適配方面是相同的。
在晶體為BBO時(shí),業(yè)已確定按圖6a)和6b)所示兩種布置情況中的反向散射要大于6c)和6d)的情況。在一個(gè)借助腔內(nèi)校準(zhǔn)器(Etalon)強(qiáng)迫作單模式運(yùn)行的氬離子激光器中作諧振倍頻時(shí)在按照?qǐng)D6a)和6b)來布置時(shí)出現(xiàn)了模式躍變和強(qiáng)度波動(dòng),而在圖6c)和6d)所示的布置情況下則可以穩(wěn)定運(yùn)行。因而,由諧振倍頻所產(chǎn)生的激光束的穩(wěn)定性能通過將晶軸相對(duì)于基波傳輸方向正確定向而得到改善。
在鏡像對(duì)稱的立方體形或如圖3所示棱柱形或者點(diǎn)對(duì)稱的平行四邊形、而入射角為布魯斯特角的晶體中,通過合適地旋轉(zhuǎn)晶體可將圖6a)和6b)所示布置狀況轉(zhuǎn)變成圖6c)和6d)所示布置狀況。于是,在制造這種晶體時(shí)不必特別花費(fèi)精力來考慮晶軸的符號(hào),因?yàn)橥ㄟ^相應(yīng)旋轉(zhuǎn)該晶體也可以使其事后按照?qǐng)D6c)和6d)所示來布置。與此相反,在一種如圖2所示的非對(duì)稱晶體3情況下,基波在晶體中的優(yōu)選傳輸方向已通過對(duì)于晶體面的設(shè)計(jì)給出。在圖2所示的晶體情況下,所述傳輸方向的反轉(zhuǎn)會(huì)大大增加轉(zhuǎn)換射線離開晶體時(shí)的損失。因此,生產(chǎn)商在制造這種晶體時(shí)必須得到比目前更精確的有關(guān)晶軸定向的數(shù)據(jù)。迄今為止通常僅規(guī)定了角度值而未考慮晶軸的方向符號(hào)。
因此,本發(fā)明的一個(gè)特征是在諧振器中非線性晶體的晶軸的位置不僅通過相位適配角度來確定,而且還通過晶軸的方向符號(hào)來確定。
在晶體的入射面和出射面上的反射損失是構(gòu)成諧振損失的另一重要部分。反射損失既可以通過抗反射涂層來減少,也可以通過使光在布魯斯特角度下入射來減小。
在采用布魯斯特角時(shí)反射損失可以減小到低于0.1%。在抗反射涂層時(shí)通常反射率可達(dá)到在0.1%和0.2%之間。因此在許多用于諧振倍頻的裝置中光束優(yōu)選按布魯斯特角度入射。(例如參見Adams等,Optics Communications79,1990,第219頁(yè);Angelis等,Applied Physics B 62,1996,第333頁(yè);Bourzeix等,Optics Communications 99,1993,第89頁(yè))。在這些裝置中,該晶體被切割成平行四邊形,其入射面和出射面與激光束成布魯斯特角。另一些裝置優(yōu)選立方體形晶體斷面,此時(shí),晶體的入射面和出射面幾乎與激光束相垂直,且涂覆了抗反射涂層(例如參見Kondo等,Optics Letters 23,1998,第195頁(yè))。
在按照布魯斯特角入射時(shí)反射損失很強(qiáng)地取決于光波的偏振。為了達(dá)到低諧振損失,基波必須作p-偏振。由于在晶體中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換射線具有另一個(gè)偏振方向,它在布魯斯特面上會(huì)承受一個(gè)高反射損失。在最經(jīng)常采用的第一種類型的轉(zhuǎn)換中,轉(zhuǎn)換射線的偏振與基波的偏振相垂直,即s-偏振。在這種情況下轉(zhuǎn)換射線的反射損失約為20%。雖然這種反射損失在此入射角時(shí)還可以通過一抗反射涂層來減小,然而這樣一種涂層同時(shí)加大了基波的損失。而這是應(yīng)當(dāng)避免的,因?yàn)榛〒p失對(duì)輸出功率有更強(qiáng)的影響。在公知裝置中容忍了此轉(zhuǎn)換射線在布魯斯特面上的反射損失,因?yàn)檩^小的基波損失補(bǔ)償了此損失,此外制造無涂覆層的布魯斯特面相當(dāng)簡(jiǎn)單和成本低廉。
與布魯其特角相反,對(duì)于小的入射角(低于15°)情況,應(yīng)當(dāng)這樣建立抗反射涂層,使得所述兩個(gè)偏振方向的反射損失介于0.1%和0.2%之間。因此合適的做法是僅僅在非線性晶體管的入射側(cè)設(shè)置一未涂層的布魯斯特面(因?yàn)榇嗣娌槐匕l(fā)射UV光),而出射側(cè)卻設(shè)有小入射角或垂直入射的帶有抗反射涂層的面,該面確保既對(duì)基波也對(duì)二次諧波具有低反射損失。這樣一種非對(duì)稱晶體形式最后得到的轉(zhuǎn)換效率好于目前通用的或者為立方體形或者為平行四邊形的布魯斯特形式晶體的轉(zhuǎn)換效率。
在入射角接近布魯斯特角的情況下,也可以涂覆一層對(duì)p-偏振具有很低反射損失和對(duì)于s-偏振具有很高反射率的涂層。這樣的涂層通常稱作偏振分光層。如果該晶體處于布魯斯特角的出射側(cè)設(shè)有一偏振分光層,則該p-偏振的基波以很小的損失發(fā)射,而轉(zhuǎn)換射線幾乎完全反射。通過該晶體涂覆了抗反射涂層的第三面可以使轉(zhuǎn)換射線幾乎無損失地輸出。由于轉(zhuǎn)換射線不再與基波共軸傳輸,因此它不必再通過該諧振器的出射鏡導(dǎo)送,因而也不再承受在此鏡上的反射損失。因?yàn)檗D(zhuǎn)換射線在一個(gè)抗反射層上的反射損失小于其在一個(gè)對(duì)基波為高反射的諧振器鏡上的損失,所以該轉(zhuǎn)換射線在這種情況下可更有效地輸出。上述方法的優(yōu)點(diǎn)在于不會(huì)由于UV射線對(duì)一個(gè)諧振器鏡產(chǎn)生降解損害(Degradationsschden)。
諧振器鏡的剩余透射是諧振損失的另一個(gè)成因。在通常的涂層情況下,剩余透射在0.1%和0.2%之間。因此除輸入鏡外每個(gè)諧振器鏡均明顯造成諧振損失。于是合適的做法是將諧振器鏡減少到所必需的最少數(shù)量。只要在此諧振器中不再有其他元件,在一個(gè)環(huán)形諧振器中諧振器鏡的最少數(shù)量可為三個(gè)。因此在本發(fā)明中將非線性晶體設(shè)計(jì)成梯形,使其入射面與其出射面形成一個(gè)不為零的角度。由于在該諧振器中環(huán)行的基波被非線性晶體折射,所以用兩個(gè)諧振器鏡就足夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)環(huán)形諧振器。
下面結(jié)合附圖所示實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明圖1示出了轉(zhuǎn)換射線(konvertierter Strahl)在非線性晶體中由于偏離效應(yīng)(Walk-Off-Effekt)而發(fā)生的偏轉(zhuǎn);圖2示意描述了第一種實(shí)施方式;圖3示意描述了第二種實(shí)施方式;圖4示意描述了第三種實(shí)施方式;圖5示出激光束按照第三種實(shí)施方式在諧振器中走過的光跡;圖6示出了非線性晶體的晶軸相對(duì)于激光束方向的四種具有相同轉(zhuǎn)換效率、但不同散射的定向。
在圖2所示的實(shí)施方式中,鏡1既用作基波7的輸入鏡,又用作轉(zhuǎn)換射線8的輸出鏡。因此,鏡1涂覆了一層對(duì)基波波長(zhǎng)來說其反射率R盡可能接近最佳值R=1-V(其中V表示諧振損失)的涂層。對(duì)于轉(zhuǎn)換射線的波長(zhǎng),該涂層有盡可能高的透射率。諧振器鏡2涂覆了一層對(duì)基波波長(zhǎng)有盡可能高反射率的涂層,且固定在一壓電元件4上,從而通過施加一個(gè)電壓使該鏡運(yùn)動(dòng),該諧振器因此可以調(diào)諧到基波的頻率。由于該鏡2既不用來輸入基波,又不用來輸出轉(zhuǎn)換射線,則該鏡和該壓電元件都可以有很小的尺寸,而不會(huì)出現(xiàn)一束傾斜穿過的射線的孔徑限制(Aperturbegrenzung)。鑒于與此相關(guān)由鏡和壓電元件構(gòu)成的整個(gè)系統(tǒng)的有效質(zhì)量較小,由外界影響(如聲波)產(chǎn)生的干擾可以通過該諧振器長(zhǎng)度的有效穩(wěn)定得到特別好的補(bǔ)償,由此改善了所得到的轉(zhuǎn)換射線的功率穩(wěn)定性。
兩個(gè)諧振器鏡具有球狀彎曲表面,其半徑這樣確定,使得在該諧振器中環(huán)行的基波周期性地被復(fù)制,在晶體中間形成一個(gè)射線窄區(qū)(Strahltaille),此處的半徑盡可能地有利于轉(zhuǎn)換效率。由于該環(huán)行的光波在一個(gè)環(huán)形諧振器中不垂直于諧振器鏡,所以它在入射面方向上的焦距及與此相垂直方向上的焦距不一樣大。因此,這兩個(gè)方向的射線窄區(qū)位于該諧振器中的不同位置,且不一樣大,此通常稱作散光(像散現(xiàn)象)。在激光束非垂直入射地穿過晶體時(shí)同樣出現(xiàn)散光,然而有一個(gè)方向相反的作用(例如參見Kogelnik eta1.,IEEE Journal of Quantum Electronics,QE-8,1972,第373頁(yè))。通過合適地選擇在該鏡上的入射角、晶體面彼此間的夾角和各不同光學(xué)元件間的距離,可以實(shí)現(xiàn)在該諧振器中介于鏡1和鏡2間的一段不會(huì)出現(xiàn)散光,即激光束的斷面在該兩鏡之間的任何位置是圓形的。由于大多數(shù)激光源都投射一個(gè)圓形的射束斷面,因此入射的基波與該諧振器的主模(Grundmode)的匹配,即“模式匹配(Mode Matching)”大大簡(jiǎn)化了。該模式匹配可以利用一普通的球形透鏡來實(shí)現(xiàn),而不需要其他必需的散光校正。
非線性晶體3的入射面5設(shè)置得與激光束成布魯斯特角(Brewster-winkel)。出射面6基本上與激光束相垂直,并有一層抗反射涂層,該抗反射涂層對(duì)基波波長(zhǎng)和對(duì)轉(zhuǎn)換波波長(zhǎng)都具有一盡可能高的透射。該非線性晶體的晶軸相對(duì)于激光束方向的定向出于在相位適配和轉(zhuǎn)換效率方面是等效的這種可能性將這樣進(jìn)行選擇,即,使得基波通過晶體材料的反向散射盡可能地小。在一個(gè)BBO-晶體中,這例如可以是如圖6c)和6d)中所示的那種取向。正如在此之前所說明的那樣,該措施改善了在采用對(duì)反向散射敏感的激光源時(shí)所得到的倍頻射線的功率穩(wěn)定性。
在另一個(gè)如圖3所示的實(shí)施方式中,出射面6與激光束成布魯斯特角,且具有一層偏振分光層(Polarisationsstrahlteilerschicht),該偏振分光層對(duì)基波是高透射的,而對(duì)于倍頻射線則是高反射的。在晶體中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換射線在面6上反射,且通過另一個(gè)對(duì)倍頻射線是抗反射層的面10離開該晶體。這樣一來,在此實(shí)施方式中該轉(zhuǎn)換射線的輸出損失比圖2所示的實(shí)施方式更小。在其他方面,圖3所示實(shí)施方式與圖2中的實(shí)施方式相應(yīng)。
在圖4所示的另一個(gè)實(shí)施方式中,所述非線性晶體在入射側(cè)5和出射側(cè)6都具有圓柱形的彎曲表面。為便于理解,在圖4的結(jié)構(gòu)中以夸大射束的透視圖方式來表示。該諧振器鏡不是象其他常規(guī)的那樣為球面彎曲形表面,而是圓柱形彎曲表面。其他方面該實(shí)施方式與圖2中的實(shí)施方式相應(yīng)。在圖4中示出的坐標(biāo)系統(tǒng)用于表示不同的空間方向,與該晶體的晶軸無關(guān)。在環(huán)形諧振器中環(huán)行的光波位于xz平面,下面稱作諧振器平面(Resonator-ebene)。入射的基波7沿z向傳輸,且沿x向偏振。它通過輸入鏡1進(jìn)入諧振器。同時(shí)此鏡還用作轉(zhuǎn)換射線8的輸出鏡。為對(duì)諧振器進(jìn)行調(diào)諧,將鏡2安裝在一壓電元件4上。所述晶體未涂覆的入射面5與入射基波成布魯斯特角,而抗反射涂層出射面6幾乎處于垂直入射。在圖4中晶體入射面的入射平面與諧振器平面相重合,主斷面(Hauptschnittebene)與其相垂直。于是,基波的偏振方向位于入射平面(p-偏振),從而布魯斯特面5上的反射損失小。
晶體面在主斷面上是彎曲的,也就是說所述圓柱形晶體面的對(duì)稱軸位于該諧振器平面內(nèi)。與此相反,所述圓柱形鏡面的對(duì)稱軸則與該諧振器平面相垂直。通過圓柱形面的這種交叉布置在晶體內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)橢圓的射束斷面。該橢圓的長(zhǎng)半軸位于主斷面中。通過這種形式的射束斷面減少了在嚴(yán)格相位適配的晶體3中出現(xiàn)的偏離效應(yīng),因?yàn)橛善x效應(yīng)引起的偏轉(zhuǎn)在主斷面中(在圖4中亦即沿y方向)進(jìn)行。射線沿y方向的擴(kuò)張可以通過該圓柱形晶體表面的曲率半徑來改變,而不會(huì)由此影響沿x方向的射束擴(kuò)張。與美國(guó)專利文獻(xiàn)US5943350的解決方案(在那里增大橢圓的長(zhǎng)短軸比伴隨著加大反射損失)不同,在本發(fā)明中晶體面上的反射損失受長(zhǎng)短軸比的影響僅僅是次要的。因此,在本發(fā)明中可以實(shí)現(xiàn)很大的長(zhǎng)短軸比,10∶1或更大,從而在具有特別大的偏離角的晶體中、如在BBO晶體中,基本上可以排除偏離效應(yīng)。這樣一來既提高了轉(zhuǎn)換效率,又改善了轉(zhuǎn)換射線的射束形狀的質(zhì)量,因?yàn)樵诘聡?guó)專利文獻(xiàn)DE 198 32 647中所描述的由偏離效應(yīng)而引起的干擾類失真實(shí)際上不再發(fā)生。
通過合適地選擇圓柱形鏡面的曲率半徑(可以與晶體面曲率半徑無關(guān)地進(jìn)行選擇),可以實(shí)現(xiàn)使射束斷面在介于鏡2和鏡3之間的諧振器部分中任何位置處都是圓形的。如同在前面實(shí)施方式中所述的那樣,由此簡(jiǎn)化了基波進(jìn)入諧振器的匹配模式。
諧振器中各光學(xué)元件間的距離同樣可用作自由選擇的參數(shù)。它們可以這樣選擇,使得在晶體中的射束橫截面斷面在一個(gè)給定的晶體長(zhǎng)度情況下就轉(zhuǎn)換效率而言具有一個(gè)最佳尺寸。
在圖5中對(duì)基波在x和y兩個(gè)方向的擴(kuò)張分開來作了描述。為清楚起見,諧振器的射線途徑以展開線和直線的方式來表示。諧振元件按照其沿各自觀察方向的作用描述成透鏡或直線。為清楚起見圖中對(duì)射束擴(kuò)張作了夸大描述。輸入鏡1在圖5中一次按其作用描述成左側(cè)的輸入元件,一次按其作用描述成右側(cè)的諧振鏡?;◤淖竺嬉跃劢沟膱A形高斯射線進(jìn)入諧振器。在此,輸入鏡1在x方向和y方向都不具有投影成像功能,因而用直線來表示。在輸入鏡1和諧振鏡2之間形成一射線窄區(qū)。其在x方向和y方向具有同樣的尺寸。諧振鏡2在y方向無投影成像功能,于是這里同樣用直線表示。因而,在鏡2通往晶體入射面5的行程中沿y方向的射束擴(kuò)張繼續(xù)增加。晶體入射面5起到一個(gè)具有一個(gè)會(huì)聚透鏡的作用,該會(huì)聚透鏡的焦距大體與該晶體入射面5到鏡1和鏡2間射線窄區(qū)的距離相一致。這樣一來,射線接近準(zhǔn)直,在晶體內(nèi)部有一個(gè)相當(dāng)大的直徑和一個(gè)小的發(fā)散。出射面6同樣起到一個(gè)帶有相同焦距的透鏡的作用。且將射線再次聚焦到鏡1和鏡2間相同的射線窄區(qū)。位于其間的鏡1對(duì)射線沒有投影成像功能。
鏡2在x方向具有一會(huì)聚透鏡的作用,它將鏡1和鏡2間的射線窄區(qū)投影成像到晶體內(nèi)的射線窄區(qū)上。在此晶體面5和6無投影成像功能。諧振鏡1最后將晶體中的射線窄區(qū)再次投影成像到鏡1和鏡2間的射線窄區(qū)上。
本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式。更確切地說,還可以通過特征組合得到其他的實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種光諧振變頻器,其包括一個(gè)具有一個(gè)第一鏡、一個(gè)第二鏡及一個(gè)帶有一入射面和一出射面的非線性晶體的環(huán)形諧振器,該第一鏡和第二鏡及非線性晶體被這樣設(shè)置,使得一光波以第一激光束的形式通過該入射面進(jìn)入該非線性晶體,再通過出射面離開該非線性晶體,其中該光波在非線性晶體中部分轉(zhuǎn)換成另一頻率的第二激光束,其特征在于所述非線性晶體入射面的法線與入射到該晶體中的光波之間的夾角接近布魯斯特角,且該入射光波平行于諧振器平面偏振,該非線性晶體的出射面涂覆了既對(duì)第一激光束、又對(duì)第二激光束抗反射的涂層,且該出射面的法線與從晶體出來的光波的夾角小于15°。
2.按照權(quán)利要求1所述的光諧振變頻器,其特征在于所述第一鏡和第二鏡以及非線性晶體被這樣布置,使得在所述環(huán)形諧振器中形成一個(gè)在一諧振器平面內(nèi)環(huán)行的光波,該光波作為第一激光束通過入射面進(jìn)入非線性晶體且通過出射面再?gòu)脑摲蔷€性晶體出來,并在該非線性晶體中部分轉(zhuǎn)換成頻率比第一激光束高的第二激光束,同時(shí)該第二激光束通過出射面從該非線性晶體出來,其中該第一激光束通過該第一鏡進(jìn)入該環(huán)形諧振器,該第二激光束同樣通過該第一鏡從該環(huán)形諧振器出來。
3.一種光諧振變頻器,其包括一個(gè)具有一個(gè)第一鏡、一個(gè)第二鏡及一個(gè)帶有一入射面和一出射面的非線性晶體的環(huán)形諧振器,該第一鏡和第二鏡及非線性晶體被這樣設(shè)置,使得在該環(huán)形諧振器中形成一個(gè)在一諧振器平面內(nèi)環(huán)行的光波,該光波作為第一激光束通過入射面進(jìn)入非線性晶體且通過出射面再?gòu)脑摲蔷€性晶體出來,并在該非線性晶體中部分轉(zhuǎn)換成頻率比第一激光束高的第二激光束,其特征在于所述非線性晶體入射面的法線與入射到該晶體中的光波之間的夾角接近布魯斯特角,且該非線性晶體出射面的法線與從該晶體出來的光波之間的夾角接近布魯斯特角,所述在環(huán)形諧振器中環(huán)行的光波平行于諧振器平面偏振,該非線性晶體出射面設(shè)有一偏振分光層,該偏振分光層對(duì)第一激光束的頻率基本是透明的,對(duì)第二激光束的頻率是反射的,該非線性晶體具有一個(gè)涂覆了對(duì)第二激光束的頻率為抗反射涂層的第三面,且該第二激光束在該偏振分光層上反射后通過第三面從該非線性晶體中出來。
4.一種光諧振變頻器,其包括一個(gè)具有一個(gè)第一鏡、一個(gè)第二鏡及一個(gè)帶有一入射面和一出射面的嚴(yán)格相位適配的非線性晶體的環(huán)形諧振器,該非線性晶體的入射面和出射面彼此不平行,該第一鏡和第二鏡及非線性晶體被這樣設(shè)置,使得在該環(huán)形諧振器中形成一個(gè)環(huán)行的光波,該光波作為第一激光束通過入射面進(jìn)入非線性晶體且通過出射面再?gòu)脑摲蔷€性晶體出來,并在該非線性晶體中部分轉(zhuǎn)換成頻率比第一激光束高的第二激光束,其特征在于所述非線性晶體的晶軸相對(duì)于入射光波這樣定向,使得該與角度成函數(shù)關(guān)系的有效非線性系數(shù)的平方接近或等于最大值,且該非線性晶體使得該入射光波在與其傳輸方向相反的方向上有盡可能少的散射。
5.按照權(quán)利要求4所述的光諧振變頻器,其特征在于所述第一激光束通過所述第一鏡進(jìn)入該環(huán)形諧振器,且所述第二激光束同時(shí)通過該第一鏡離開環(huán)形該諧振器。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述光諧振變頻器,其特征在于所述兩鏡的反射面成球面彎曲,對(duì)這兩個(gè)面的曲率半徑、在這兩個(gè)面上的入射角、在所述環(huán)形諧振器中各光學(xué)元件間的距離和在所述晶體面上的入射角這樣進(jìn)行選擇,使得在該環(huán)形諧振器內(nèi)形成一個(gè)在該第一鏡和第二鏡間的自由區(qū)段的任何位置都具有一個(gè)圓形射束斷面的主模。
7.一種光諧振變頻器,其包括一個(gè)具有一個(gè)第一鏡、一個(gè)第二鏡及一個(gè)帶有一入射面和一出射面的嚴(yán)格相位適配的非線性晶體的環(huán)形諧振器,該第一鏡和第二鏡及非線性晶體被這樣設(shè)置,使得在該環(huán)形諧振器中形成一個(gè)在一諧振器平面中環(huán)行的光波,該光波作為第一激光束通過入射面進(jìn)入非線性晶體且通過出射面再?gòu)脑摲蔷€性晶體出來,并在該非線性晶體中部分轉(zhuǎn)換成頻率為第一激光束頻率兩倍的第二激光束,其特征在于至少所述非線性晶體的兩個(gè)面之一具有一圓柱形的彎曲面,其中所述非線性晶體的圓柱形面的對(duì)稱軸位于所述諧振器平面中,至少所述兩鏡之一具有一圓柱形的彎曲面,其中所述鏡的圓柱形面的對(duì)稱軸與該諧振器平面相垂直,所述非線性晶體的主斷面與該諧振器平面相垂直,且所述光波在該非線性晶體中的射束斷面為一橢圓形,其長(zhǎng)半軸位于該非線性晶體的主斷面中。
8.按照權(quán)利要求7所述的光諧振變頻器,其特征在于對(duì)所述彎曲面的曲率半徑和所述環(huán)形諧振器中各光學(xué)元件間的距離進(jìn)行選擇,使得在該環(huán)形諧振器內(nèi)形成一個(gè)在該第一鏡和第二鏡間的任何位置都具有一個(gè)圓形射束斷面的主模。
9.按照權(quán)利要求7或8所述的光諧振變頻器,其特征在于至少所述非線性晶體的兩個(gè)面之一無涂覆層,且一個(gè)無涂覆層面的位于所述諧振器平面中的法線與入射到該晶體中或從該晶體中出來的光波基本上成布魯斯特角,在所述諧振器中的環(huán)行光波的偏振平行于該諧振器平面。
10.按照權(quán)利要求7或8所述的光諧振變頻器,其特征在于至少所述非線性晶體的兩個(gè)面之一涂覆了既對(duì)第一激光束的頻率、又對(duì)轉(zhuǎn)換后的激光束頻率抗反射的涂層,且一被涂覆面的位于所述諧振器平面中的法線與入射到該晶體中或從該晶體中出來的光波的夾角小于15°。
11.按照權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的光諧振變頻器,其特征在于所述第一鏡、第二鏡及非線性晶體被設(shè)置成,使得所述第一激光束通過該第一鏡進(jìn)入所述環(huán)形諧振器,所述第二激光束同樣通過該非線性晶體的出射面離開非線性晶體,且通過該第一鏡離開該環(huán)形諧振器。
12.按照權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的光諧振變頻器,其中,該非線性晶體出射面設(shè)有一偏振分光層,該偏振分光層對(duì)第一激光束的頻率基本是透明的,對(duì)第二激光束的頻率是反射的,該非線性晶體具有一個(gè)涂覆了對(duì)第二激光束的頻率為抗反射涂層的第三面,且該第二激光束在該偏振分光層上反射后,通過第三面從該非線性晶體中出來。
13.按照權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)所述的光諧振變頻器,其特征在于所述非線性晶體的晶軸相對(duì)于入射光波這樣定向,使得出現(xiàn)一個(gè)嚴(yán)格的相位適配,此時(shí)該與角度成函數(shù)關(guān)系的有效非線性系數(shù)的平方基本上等于最大值,且該非線性晶體使得該入射光波在與其傳輸方向相反的方向上有盡可能少的散射。
14.按照權(quán)利要求7至13中任一項(xiàng)所述的光諧振變頻器,其特征在于具有一個(gè)用于移動(dòng)所述兩鏡之一的移動(dòng)裝置,以將所述環(huán)形諧振器調(diào)諧到所述被該環(huán)形諧振器接收的第一激光束的頻率,從而在該環(huán)形諧振器內(nèi)形成在所述諧振器平面中環(huán)行的光波。
15.按照權(quán)利要求14所述的光諧振變頻器,其特征在于所述第二鏡安裝在一個(gè)作為所述移動(dòng)裝置組成部件的壓電元件上,利用該壓電元件移動(dòng)該第二鏡來實(shí)現(xiàn)調(diào)諧。
16.一種用于權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述光諧振變頻器中的非線性晶體,其特征在于所述非線性晶體這樣構(gòu)成,使得在該變頻器中使用時(shí)其晶軸相對(duì)于入射光波的方向這樣定向,從而存在一個(gè)嚴(yán)格的相位適配,此時(shí)該與角度成函數(shù)關(guān)系的有效非線性系數(shù)的平方接近或等于最大值,且該非線性晶體使得該入射光波在與其傳輸方向相反的方向上有盡可能少的散射。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光諧振變頻器,它由設(shè)置在諧振器中的兩塊鏡和一非線性晶體構(gòu)成,用于將激光束倍頻。非線性晶體基于其棱鏡形的折射作用,結(jié)合兩塊鏡就足以構(gòu)成一個(gè)帶有總共為三個(gè)光學(xué)元件的諧振器。通過適當(dāng)?shù)剡x擇晶體晶軸相對(duì)于激光束方向的定向,減少了激光束在晶體中的散射。在一種實(shí)施方式中,在出射面垂直于入射光束且涂覆了抗反射涂層時(shí),該晶體的入射面與入射光束成布魯斯特角。在另一種實(shí)施方式中,該轉(zhuǎn)換射線通過在其中一個(gè)非線形晶體面上的一偏振分光層被輸出耦合。在又一種實(shí)施方式中,該晶體面為圓柱形曲面。由此在晶體中產(chǎn)生一個(gè)橢圓形射束斷面,這減少了偏移效應(yīng)。
文檔編號(hào)G02F1/37GK1488084SQ01822401
公開日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2001年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月14日
發(fā)明者??斯隆べ澑? 曼弗雷德·薩爾茲曼, ??斯?贊格, 德 薩爾茲曼 申請(qǐng)人:Nlg-新激光發(fā)生有限責(zé)任公司
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