一种腔内三倍频的复合腔

摘要

本发明属于激光变频技术领域，具体涉及一种腔内三倍频的复合腔。系统包括三部分：1.第一腔镜(1)、增益池(2)和第二腔镜(6)组成的负支共焦腔，腔内基频光振荡放大；2.二向色镜(3)、第二腔镜(6)和二倍频晶体(4)及三倍频晶体(5)组成的正支共焦腔，腔内二倍频光传播缩束，基频光和二倍频光重叠部分产生三倍频光。本发明可以实现大口径高能激光的高效率的三倍频转化。

说明书

技术领域

本发明属于激光变频技术领域，具体涉及一种腔内三倍频的新腔复合腔。本发明提供的一种新型的变频复合腔，实质是负支共焦腔实现基频激光震荡，正支共焦腔实现二倍频光的缩束振荡，从而提高三倍频光的转化效率。

技术背景

气体激光是激光器以气体作为工作介质，具有结构简单、造价低，操作方便，工作介质均匀，光束质量好以及能长时间较稳定地连续工作的优点，可以实现高功率输出。常见的高功率气体激光有CO₂激光和光解碘激光。

激光变频技术与高功率气体激光器结合，可以获得更多波长的高功率激光。变频方法主要有气体受激拉曼和晶体的倍频两种。

气体受激拉曼技术损伤阈值高但是输出波长变长量子损失较大。晶体的倍频技术可以实现更短波长输出，并且变频过程没有量子亏损。

基频光功率密度是影响转化效率的关键因素。高功率气体激光输出光斑口径很大，为实现高转化率晶体变频带来了困难。

发明内容

针对以上技术难题，本发明提供了一种腔内三倍频的新腔复合腔。

本发明具体方案包括第一腔镜、第二腔镜和凹凸型二向色镜；从左至右依次同轴设置有第一腔镜、激光增益池、二向色镜、二倍频晶体、三倍频晶体、第二腔镜，所述第一腔镜为凹面镜、第二腔镜为凹面镜，第一腔镜的凹面与第二腔镜凹面相对设置，第一腔镜的凹面焦点与第二腔镜的凹面焦点重合；所述二向色镜为凹凸镜(凹面和凸面曲率完全相同)，二向色镜的凸面与第二腔镜凹面相对设置，二向色镜的凸面焦点与第二腔镜的凹面焦点重合；二向色镜、第二腔镜之间设有二倍频晶体和三倍频晶体。第一腔镜的凹面曲率半径大于第二腔镜凹面曲率半径。第一腔镜凹面镀有基频光高反射膜，激光增益池为两边带有布鲁斯特窗口的气体池，凹凸二向色镜凹面镀有基频光增透膜，凹凸二向色镜凸面镀有基频光增透膜、二倍频光和三倍频光高反射膜，第二腔镜的凹面镀基频光和二倍频光高反膜、三倍频光增透膜；第二腔镜的平面镀三倍频光增透膜，本发明采用凹凸型二向色镜，凹凸面曲率相同，沿基频光方向两面距离相等，本发明适用于大口径高功率激光器。

本发明第一腔镜的凹面焦点与第二腔镜凹面镀有基频光的高反射膜。腔镜和凹面焦点重合，构成负支共焦腔，放大率M

式中F₁为第一腔镜的焦距，F₆为第二腔镜的焦距。负支共焦腔放大率M>1，基频光束振荡放大过程如附图中实线所示。由于共焦腔内基频光的储能决定了倍频转化效率，因此腔型设计要遵循如下原则：

1.激光增益池靠近第一腔镜凹面放置增加基频光的模体积；

2.共焦腔几何损耗：δ＝1-1/M²，因此M选取要适中，取值参考范围：1.05-1.2。

二向色镜的凸面与第二腔镜凹面相对设置，二向色镜的凸面焦点与第二腔镜的凹面焦点重合，构成倍频光的正支共焦缩束腔，缩束腔的放大率与前文中基频负支共焦腔的放大率一致。本发明具有以下优势：

1.倍频晶体放置在基频光振荡腔内，提高了基频光的功率密度。

2.二倍频光在正支共焦腔几何损耗趋近0。传播过程如附图中虚线所示，传播过程不断缩束，不断转化，增加了二倍频光的功率密度。

3.本设计极大的增加了基频光和二倍频光重合区域，提高了三倍频光的转化效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，图中：1：第一腔镜，2:激光增益池，3：二向色镜，4:二倍频晶体，5:三倍频晶体，6:第二腔镜。

具体实施方式

结合附图，以光解碘激光的腔内三倍频实验为例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

第一腔镜1为平凹镜，凹面曲率半径为4.6米，凹面镀膜，镀膜要求：R＝99.5％@1315nm的高反射。第二腔镜6为平凹镜，凹面曲率半径为4.18米，凹面镀膜，镀膜要求：R＝99.5％@1315nm，R＝99.5％@657.5nm,T＝99.5％@438.3nm。增益池2为内径50mm石英玻璃的圆管，长度2m，两边以布鲁斯特窗口封住，里面充入30torr的CF₃I。增益池靠近第一腔镜1放置。第一腔镜和第二腔镜凹面中心光程差4.5m(空腔距离4.39m+光学元件产生的光程差，本文为0.11m)。当紫外泵浦光从增益池侧面注入增益池后，生成碘原子并集居数反转，产生1315nm的基频光在两镜间振荡。

二相色镜3为凹凸镜，曲率半径都为3.8m。凹面镀膜要求：T＝99.9％@1315nm，凸面镀膜要求：T＝99.9％@1315nm，R＝99.5％@657.5nm,R＝99.5％@438.3nm。二相色镜3凸面与第二腔镜6凹面相对放置，中心距离0.19m。其间放置二倍频KD*P 4晶体和三倍频KD*P 5晶体。其中产生的657.5nm的二倍频光在二相色镜3和第二腔镜6缩束传播，与基频光共同作用在三倍额KD*P 5中产生438.3nm的光，从第二腔镜输出。