本發(fā)明涉及激光器及非線性光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種Littrow構(gòu)型電光調(diào)Q倍頻激光器。

背景技術(shù)：
電光調(diào)Q倍頻激光是獲得特定波長激光高峰值功率輸出的一種有效方式。電光調(diào)Q倍頻激光一般由泵浦源、激光工作介質(zhì)、起偏器、檢偏器、倍頻晶體構(gòu)成，涉及的光學(xué)元器件較多，因而影響了結(jié)構(gòu)的緊湊性,通常電光調(diào)Q開關(guān)是基于電光效應(yīng)來改變激光在諧振腔內(nèi)的增益，振蕩的激光必須具備良好的偏振特性，才能使電光調(diào)Q開關(guān)對激光進(jìn)行調(diào)制。本發(fā)明設(shè)計(jì)的Littrow構(gòu)型電光調(diào)Q倍頻激光器，以倍頻晶體制作的Littrow棱鏡置于諧振腔內(nèi)，同時(shí)承擔(dān)起對基頻激光的起偏、檢偏和倍頻三項(xiàng)功能，配合電光調(diào)Q開關(guān)實(shí)現(xiàn)對激光的調(diào)制，輸出電光調(diào)Q倍頻激光。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的原理是在激光諧振腔中使用以倍頻晶體制作的Littrow棱鏡來獲得單一偏振基頻激光ν，并以電光調(diào)Q開關(guān)對其進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的基頻激光在該棱鏡中由于倍頻效應(yīng)轉(zhuǎn)化為倍頻激光。由于該Littrow棱鏡以基頻激光對應(yīng)的Ⅰ類相位匹配方向作為棱鏡反射面的法線方向，且Ⅰ類相位匹配的激光倍頻中，基頻激光和倍頻激光在非線性晶體中沿相位匹配方向傳播時(shí)偏振態(tài)相反，對應(yīng)的折射率相等，因此Littrow棱鏡入射面的法線和諧振腔軸線成一定角度時(shí)，基頻激光ν和倍頻激光2ν在激光諧振腔內(nèi)的傳播始終保持重合。本發(fā)明的具體技術(shù)路線為：一種Littrow構(gòu)型電光調(diào)Q倍頻激光器，基本構(gòu)成包括激光諧振腔腔鏡(a)、激光工作介質(zhì)(b)、電光Q開關(guān)(c)及由倍頻光學(xué)晶體制作的Littrow棱鏡(d)，包含一個(gè)入射面（Ft）和一個(gè)反射面（Fr），反射面（Fr）的法線（lr）與基頻激光在倍頻晶體中的Ⅰ類相位匹配方向重合，入射面（Ft）的法線（lt）與諧振腔軸線(lc)之間的夾角（α），使得基頻激光沿諧振腔軸線(lc)通過該面后折射到其對應(yīng)的Ⅰ類相位匹配方向傳播。本電光調(diào)Q倍頻激光器的工作過程為：由激光器的設(shè)計(jì)要求確定各項(xiàng)光學(xué)參數(shù)，加工出合適的Littrow棱鏡，基頻激光在該棱鏡上滿足自準(zhǔn)直條件時(shí)的入射角和折射角分別為α和θ，兩者之間的關(guān)系滿足折射率的表達(dá)公式：該激光器包含基頻偏振激光的選擇、電光Q開關(guān)的調(diào)制和倍頻激光轉(zhuǎn)換三個(gè)階段：1、基頻偏振激光的選擇階段：當(dāng)激光工作介質(zhì)（b）受到泵浦光源激發(fā)時(shí)，諧振腔內(nèi)將會產(chǎn)生不同頻率的信號光，根據(jù)諧振腔的損耗分析，只有沿諧振腔軸線傳播的光才具有最小的離軸損耗，當(dāng)它們沿著諧振腔軸線傳播到1時(shí)，根據(jù)自準(zhǔn)直條件，此時(shí)只有偏振狀態(tài)P+信號光ν能夠通過Littrow棱鏡入射面（Ft）折射到沿著對應(yīng)的Ⅰ類相位匹配方向上，繼而垂直入射到Littrow棱鏡反射面（Fr）上，通過該反射面的反射又回到原方向上反向行進(jìn)，抵達(dá)入射面（Ft）后折射回諧振腔軸線，該過程為1→2→3→4；對于其它頻率或偏振態(tài)的信號光（除了P-偏振狀態(tài)的信號光2ν），當(dāng)它們沿著諧振腔軸線傳播到1時(shí)，由于不滿足自準(zhǔn)直條件，通過入射面（Ft）折射進(jìn)入Littrow棱鏡后，將偏離方向2傳播，無法正入射反射面（Fr），所以反射后與原光路偏離，再次經(jīng)過入射面（Ft）折射出Littrow棱鏡，它們的傳播方向也將與諧振腔軸線偏離，這種情況下信號光的離軸損耗將會大大增加。在該階段，通過Littrow棱鏡的色散作用，獲得滿足要求的偏振狀態(tài)P+基頻激光。2、電光Q開關(guān)的調(diào)制：偏振狀態(tài)P+的基頻激光沿著諧振腔軸線傳播，具體為4→5→6→7→1。當(dāng)電光Q開關(guān)c處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，開關(guān)材料將等同于一個(gè)1/4波片，4→5過程中，偏振狀態(tài)P+基頻激光ν通過開關(guān)材料后，其偏振方向?qū)D(zhuǎn)過+45°，而激光工作介質(zhì)對基頻激光的偏振狀態(tài)不產(chǎn)生作用，正入射腔鏡a后，基頻激光反射回原光路，5→6→7過程，基頻激光的偏振狀態(tài)不變，7→1過程，再次通過開關(guān)材料的基頻激光的偏振方向又轉(zhuǎn)過+45°，此時(shí)得到的是P-偏振狀態(tài)的基頻激光，其通過Littrow棱鏡后將會由于離軸損耗而無法在諧振腔內(nèi)獲得足夠的增益，諧振腔內(nèi)無激光產(chǎn)生；當(dāng)電光Q開關(guān)c打開時(shí)，開關(guān)材料將不會改變基頻激光的偏振狀態(tài)，亦即基頻激光在4→5和7→1這兩個(gè)過程后依然保持P+偏振狀態(tài)，這時(shí)的基頻激光會不斷重復(fù)1→2→3→4→5→6→7→1過程，每次通過激光工作介質(zhì)時(shí)都能得到增益，形成P+偏振狀態(tài)基頻激光的振蕩。3、倍頻激光轉(zhuǎn)換：當(dāng)P+偏振狀態(tài)的基頻激光振蕩到一定強(qiáng)度時(shí)，在1→2及2→3這兩個(gè)過程中，基頻激光始終保持在對應(yīng)的Ⅰ類相位匹配方向上傳播，滿足Ⅰ類相位匹配條件，轉(zhuǎn)換為P-偏振狀態(tài)的倍頻激光。根據(jù)激光器設(shè)計(jì)的需要，腔鏡a和反射面Fr鍍上滿足要求的介質(zhì)膜，控制激光的輸出，使得激光可以由Littrow棱鏡的反射面Fr輸出激光，即2→8過程，也可以由腔鏡a輸出激光，即2→8’過程；激光可以是單一的P-偏振狀態(tài)倍頻激光的輸出，也可以是P+偏振狀態(tài)基頻激光和P-偏振狀態(tài)倍頻激光的同時(shí)輸出。附圖說明圖1為本發(fā)明一種Littrow構(gòu)型電光調(diào)Q倍頻激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中a為腔鏡、b為激光工作介質(zhì)、c為電光Q開關(guān)，d為倍頻晶體制成的Littrow棱鏡，F(xiàn)t為入射面，F(xiàn)r為反射面，lt為入射面法線方向，lr為反射面法線方向，1→2表示激光沿諧振腔軸線經(jīng)過入射面Ft折射進(jìn)入由倍頻晶體制成的Littrow棱鏡d，2→3表示激光沿倍頻（d）的Ⅰ類相位匹配方向到達(dá)反射面（Fr）后反射回原光路，3→4表示激光經(jīng)過入射面（Ft）折射出Littrow棱鏡（d）并沿諧振腔軸線傳播，4→5及6→7→1表示激光沿著諧振腔的軸線往返，5→6表示腔鏡a對激光的反射，8和8’則為激光的出射方向。具體實(shí)施方式1、Littrow構(gòu)型532nm電光調(diào)Q激光器（Nd:YAG-LN）以Nd:YAG激光晶體作為激光工作介質(zhì)，LiNbO3晶體（LN）作為Littrow棱鏡材料，基頻激光波長為1064nm，采用KD*P電光Q開關(guān)進(jìn)行調(diào)制。LN為負(fù)單軸晶體，1064nm激光在該晶體中對應(yīng)的Ⅰ類相位匹配方式為：o+o→e，Ⅰ類相位匹配角θ為90°，該方向?qū)?yīng)的折射率為2.23，由此確定Littrow棱鏡的入射面、反射面及其它參數(shù)，根據(jù)圖1加工出合適的Littrow棱鏡，置于激光器中，倍頻激光由Littrow棱鏡的反射面出射。運(yùn)轉(zhuǎn)的激光器輸出的激光，通過光譜儀分析確定其波長為532nm，經(jīng)過電光調(diào)制的激光脈沖寬度小于20ns。2、Littrow構(gòu)型473nm電光調(diào)Q激光器（Nd:YAG-LN）以Nd:YAG激光晶體作為激光工作介質(zhì)，LiNbO3晶體（LN）作為Littrow棱鏡材料，基頻激光波長為946nm，采用KD*P電光Q開關(guān)進(jìn)行調(diào)制。LN為負(fù)單軸晶體，946nm激光在該晶體中對應(yīng)的Ⅰ類相位匹配方式為：o+o→e，根據(jù)折射率色散方程計(jì)算相關(guān)折射率參數(shù)，由此確定其Ⅰ類相位匹配角θ、Littrow棱鏡的入射面、反射面及其它參數(shù)，根據(jù)圖1加工出合適的Littrow棱鏡，置于激光器中，倍頻激光由Littrow棱鏡的反射面出射。運(yùn)轉(zhuǎn)的激光器輸出的激光，通過光譜儀分析確定其波長為473nm，經(jīng)過電光調(diào)制的激光脈沖寬度小于20ns。3、Littrow構(gòu)型532nm電光調(diào)Q激光器（Nd:YAG-LN）以Nd:YAG激光晶體作為激光工作介質(zhì)，LiNbO3晶體（LN）作為Littrow棱鏡材料，基頻激光波長為1064nm，采用KD*P電光Q開關(guān)進(jìn)行調(diào)制。LN為負(fù)單軸晶體，1064nm激光在該晶體中對應(yīng)的Ⅰ類相位匹配方式為：o+o→e，Ⅰ類相位匹配角θ為41°，該方向?qū)?yīng)的折射率為1.49，由此確定Littrow棱鏡的入射面、反射面及其它參數(shù)，根據(jù)圖1加工出合適的Littrow棱鏡，置于激光器中，倍頻激光由Littrow棱鏡的反射面出射。運(yùn)轉(zhuǎn)的激光器輸出的激光，通過光譜儀分析確定其波長為532nm，經(jīng)過電光調(diào)制的激光脈沖寬度小于20ns。4、Littrow構(gòu)型532nm電光調(diào)Q激光器（Nd:YVO4-LN）以Nd:YVO4激光晶體作為激光工作介質(zhì)，LiNbO3晶體（LN）作為Littrow棱鏡材料，基頻激光波長為1064nm，采用KD*P電光Q開關(guān)進(jìn)行調(diào)制。LN為負(fù)單軸晶體，1064nm激光在該晶體中對應(yīng)的Ⅰ類相位匹配方式為：o+o→e，Ⅰ類相位匹配角θ為90°，該方向?qū)?yīng)的折射率為2.23，由此確定Littrow棱鏡的入射面、反射面及其它參數(shù)，根據(jù)圖1加工出合適的Littrow棱鏡，置于激光器中，倍頻激光由Littrow棱鏡的反射面出射。運(yùn)轉(zhuǎn)的激光器輸出的激光，通過光譜儀分析確定其波長為532nm，經(jīng)過電光調(diào)制的激光脈沖寬度小于20ns。5、Littrow構(gòu)型532nm電光調(diào)Q激光器（Nd:YAGceramic-LN）以Nd:YAG激光陶瓷作為激光工作介質(zhì)，LiNbO3晶體（LN）作為Littrow棱鏡材料，基頻激光波長為1064nm，采用KD*P電光Q開關(guān)進(jìn)行調(diào)制。LN為負(fù)單軸晶體，1064nm激光在該晶體中對應(yīng)的Ⅰ類相位匹配方式為：o+o→e，Ⅰ類相位匹配角θ為90°，該方向?qū)?yīng)的折射率為2.23，由此確定Littrow棱鏡的入射面、反射面及其它參數(shù)，根據(jù)圖1加工出合適的Littrow棱鏡，置于激光器中，倍頻激光由Littrow棱鏡的反射面出射。運(yùn)轉(zhuǎn)的激光器輸出的激光，通過光譜儀分析確定其波長為532nm，經(jīng)過電光調(diào)制的激光脈沖寬度小于20ns。