專利名稱：板條式的非線性頻率轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)彈性非線性頻率轉(zhuǎn)換的新方法，是一種利用高縱橫比
的光斑和非線性晶體在板條狀區(qū)域相互作用時(shí)減小溫差的影響，從而實(shí)現(xiàn)有效
的高平均功率頻率轉(zhuǎn)換的新方法。
背景技術(shù)：
頻率轉(zhuǎn)換是一種擴(kuò)大高功率激光器的應(yīng)用范圍的有效技術(shù)，它利用光學(xué)介 質(zhì)在強(qiáng)輻射場(chǎng)下的非線性光學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生新的頻率，包括諧波的產(chǎn)生等彈性過(guò)程 (保持光能)和受激拉曼散射和布里淵散射等非彈性過(guò)程(在介質(zhì)中儲(chǔ)存能量)。
通常有以下幾種彈性過(guò)程，利用二倍頻、三倍頻或者四倍頻效應(yīng)才能夠從
給定的高功率源中產(chǎn)生某種諧波；利用和頻與差頻發(fā)生的相關(guān)過(guò)程也能產(chǎn)生某
種新波長(zhǎng)，但需要兩個(gè)高功率源，這些過(guò)程能夠產(chǎn)生從紫外到遠(yuǎn)紅外的整個(gè)光
譜區(qū)的高功率輻射；光參量振蕩器和放大器可以從泵浦源產(chǎn)生兩個(gè)低頻波，它
們有時(shí)能夠從一個(gè)單頻源中產(chǎn)生跨越整個(gè)可見和近紅外區(qū)范圍的波長(zhǎng)。 本發(fā)明中討論的對(duì)象為彈性的非線性頻率轉(zhuǎn)換。
近年來(lái)，可用作泵浦光的固體激光器發(fā)展迅速，2006年Northrop Gru,an 更是推出了 19kw的連續(xù)Nd:YAG固體激光器，光束質(zhì)量只有2倍衍射極限左右。 (Gregory D. Goodno， Hiroshi Komine， Stuart J". McNaught， Ben Weiss, Shawn Redmond, William Long, Randy Simpson, Eric Cheung， Donna Howland， Paul Epp， Mark Weber， Michael McClellan， Jeff Sollee， Hagop Injeyan， 〃19-Kw Phase-Locked Mopa Laser Army, 〃 in Advanced Solid-State Photonics (Optical Society of America, 2006)， paper MA2.)
但是非線性轉(zhuǎn)換后的光平均功率卻遠(yuǎn)小于千瓦，迄今為止，最高的倍頻光 僅為315W (J. J. Chang, E. P. Dragon, and I. L. Bass, 〃315-W pulsed-green generation with a diode-pumped Nd:YAG laser, 〃 in Conference on Lasers
and Electro-Optics, Vol. 6 of 1998 OSA Technical Digests (Optical Society of America, Washington, D. C. ， 1998), papers CPD2-2-2CPD2-3.)
經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，我們認(rèn)為當(dāng)高平均功率非線性頻率轉(zhuǎn)換時(shí)，非線性晶體內(nèi) 的溫差大于非線性轉(zhuǎn)換的接受溫度范圍導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率低下，是目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)高 平均功率非線性有效轉(zhuǎn)換的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是非線性晶體內(nèi)的溫差大于非線性轉(zhuǎn)換的接受 溫度范圍導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率低下，側(cè)面冷卻時(shí)晶體內(nèi)的溫差是無(wú)法通過(guò)改變散熱邊 界條件來(lái)改變的。
本發(fā)明的原理為將非線性轉(zhuǎn)換的區(qū)域轉(zhuǎn)化成板條狀(或類似板條狀)，則 會(huì)導(dǎo)致即使在晶體內(nèi)的溫度梯度較大，但是由于在厚度方向尺寸較小，絕對(duì)溫 差仍然在非線性轉(zhuǎn)換的溫度接受范圍之內(nèi)。
以倍頻效應(yīng)舉例來(lái)說(shuō)，因?yàn)闇囟葘?duì)相位匹配的影響導(dǎo)致效率，從而使得在 周邊散熱圓柱體非線性轉(zhuǎn)換區(qū)域條件下，倍頻轉(zhuǎn)化最高的平均功率受限于
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而板條狀非線性轉(zhuǎn)換區(qū)域條件下，倍頻轉(zhuǎn)化最高的平均功率受限于
3.52辟雨尸薩廳r ^ & arctanh(《2)d(w2(y -W
可以從以上2式的比較中得出，板條狀非線性轉(zhuǎn)換區(qū)域條件下，平均功率 上限可以通過(guò)提高非線性轉(zhuǎn)化區(qū)域的縱橫比來(lái)加大。
本發(fā)明的技術(shù)方案是利用在X方向和Y方向相互獨(dú)立的2套柱面鏡望遠(yuǎn) 鏡系統(tǒng)，將基頻泵浦光束轉(zhuǎn)化為橫截面為長(zhǎng)方形(或類似長(zhǎng)方形，如橢圓)的 光束，將這樣的泵浦光注入一個(gè)非線性晶體中，它們相互作用的區(qū)域成板條狀， 在該區(qū)域中轉(zhuǎn)換頻率。
需要說(shuō)明的是，如果入射光束橫截面為方形或者長(zhǎng)方形，則經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡系 統(tǒng)轉(zhuǎn)換后的光束橫截面為長(zhǎng)方形，與非線性晶體相互作用的區(qū)域成板條狀；如
果入射光束的橫截面為圓形或者橢圓形，則經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后的光束橫截 面為橢圓形，與非線性晶體相互作用的區(qū)域成類似板條狀的橢圓柱體。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如如圖l所示基頻泵浦光束1在X方向經(jīng)過(guò)有3、 5兩 面鍍有泵浦激光增透膜的柱面鏡組成的望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)換到一個(gè)較小的尺寸，基頻泵
浦光束1在Y方向經(jīng)過(guò)有2、 4兩面鍍有泵浦激光增透膜的柱面鏡組成的望遠(yuǎn)鏡 轉(zhuǎn)換到一個(gè)較大的尺寸，注入到非線性晶體板條狀區(qū)域6進(jìn)行轉(zhuǎn)化。
采用本發(fā)明可以達(dá)到以下技術(shù)效果本發(fā)明通過(guò)二維尺度上的獨(dú)立變換，
將注入光束變成合適比例的長(zhǎng)方形的泵浦光束，從而使得非線性轉(zhuǎn)化在板條狀
的區(qū)域完成，由于板條狀區(qū)域的特點(diǎn)即使溫度梯度較大，絕對(duì)溫差依然較小。
從而保證的整個(gè)板條狀區(qū)域內(nèi)溫度都在非線性轉(zhuǎn)換的接受溫度范圍內(nèi)從而實(shí)現(xiàn)
高平均功率的有效非線性轉(zhuǎn)換。


圖1為本發(fā)明3D結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明XZ平面結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明YZ平面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
入射基頻泵浦光束1在x方向經(jīng)過(guò)X方向的入射面和出射面鍍有基頻光增 透膜的柱面鏡望遠(yuǎn)系統(tǒng)的第一面柱面鏡3和X方向的入射面和出射面鍍有基頻 光增透膜的柱面鏡望遠(yuǎn)系統(tǒng)的第二面柱面鏡5，轉(zhuǎn)換到一個(gè)較小的尺寸，基頻泵 浦光束1在Y方向經(jīng)過(guò)Y方向的入射面和出射面都鍍有基頻光增透膜柱面鏡望 遠(yuǎn)系統(tǒng)的第一面柱面鏡2和Y方向的入射面和出射面都鍍有基頻光增透膜柱面 鏡望遠(yuǎn)系統(tǒng)的第二面柱面鏡4，轉(zhuǎn)換到一個(gè)較大的尺寸。注入到非線性晶體板條 狀區(qū)域6進(jìn)行轉(zhuǎn)化。
權(quán)利要求
1、板條式的非線性頻率轉(zhuǎn)換方法，其特征在于在X方向和Y方向設(shè)有相互獨(dú)立的2套柱面鏡望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的板條式的非線性頻率轉(zhuǎn)換方法，其特征在于該2 套柱面鏡望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的每個(gè)柱面鏡的入射面和出射面鍍有基頻光增透膜。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的板條式的非線性頻率轉(zhuǎn)換方法，其特征在于基頻 泵浦光束經(jīng)過(guò)X方向和Y方向的相互獨(dú)立的2套柱面鏡望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)后，轉(zhuǎn)化為 橫截面為長(zhǎng)方形(或類似長(zhǎng)方形，如橢圓)的光束。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的板條式的非線性頻率轉(zhuǎn)換方法，其特征在于頻泵 浦光束與非線性晶體相互作用的區(qū)域成板條狀或類似板條狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種板條式的非線性頻率轉(zhuǎn)換方法。利用在X方向和Y方向相互獨(dú)立的2套柱面鏡望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，將基頻泵浦光束轉(zhuǎn)化為橫截面為長(zhǎng)方形(或類似長(zhǎng)方形，如橢圓)的光束，將這樣的泵浦光注入一個(gè)非線性晶體，它們相互作用的區(qū)域成板條狀，在該區(qū)域中轉(zhuǎn)換頻率。由于板條狀區(qū)域的特點(diǎn)，即使晶體內(nèi)的溫度梯度較大，絕對(duì)溫差依然較小。
文檔編號(hào)G02F1/35GK101169568SQ200710036048
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月5日
發(fā)明者劉澤金, 汪曉波, 程金寶, 許曉軍, 陸啟生 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)