基于BBO晶体的非线性倍频器

摘要

本发明公开了一种基于BBO晶体的非线性倍频器，用于谐振腔内倍频的产生，该非线性晶体倍频器包括第一BBO晶体、偏振方向旋转装置和第二BBO晶体，其中：将第二BBO晶体沿通光方向旋转90°，然后和第一BBO晶体对称放置于该偏振方向旋转装置的两侧。利用本发明，第一BBO晶体和第二BBO晶体的参数完全一样，所以基频光在谐振腔中经历多个周期后，基频光的倍频转换效率将得到良好的补偿，倍频光斑沿线段AB方向的拉长程度与沿线段AD方向的拉长程度将趋向一致，倍频光斑将呈现出良好的圆形，即此倍频器可以实现较高的倍频转换效率以及良好的倍频光光束质量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种非线性激光倍频器，特别是涉及一种基于BBO晶体 的非线性倍频器。

背景技术

激光倍频技术是非线性光学中最重要、应用最广泛的技术，它使激光 波长不断地向紫外甚至深紫外光谱区扩展，不断拓宽着激光的应用领域。 如何获得高效的倍频转换效率，是国内外研究的热点问题。β相偏硼酸钡 晶体(β-BaB₂O₄，BBO)是由中国科学院物质结构研究所首次发现和研制 的新型倍频晶体，具有有效非线性系数大、光学均匀性好、高损伤阈值以 及温度接收角宽等优点，特别地，BBO晶体具有可透过波段范围宽 (190-3500nm)的特性，使其成为目前紫外波段激光倍频晶体的上佳选择。

但是，在许多倍频操作中，却发现经过BBO晶体后出射的倍频激光 光斑均成长短轴相差较大的椭圆形，而且倍频转换效率明显地低于理论计 算值。杭州电子科技大学通信工程学院的胡淼等人在论文《强会聚入射时， BBO晶体倍频效率和束腰半径的关系》(物理学报，第58卷第3期，2009 年3月)中提出了原因。BBO晶体为负单轴晶体，当用于I类相位匹配倍 频时，e光振动面和o光振动面内的倍频接受角相差很大。如果定义倍频 接受角为当角度相位失配引起的倍频效率下降一半时的激光束发散角全 角宽度，那么可以计算出BBO晶体在e光振动面和o光振动面上的倍频 接受角。

举例而言，对于8mm长的BBO晶体，当用于532nm激光倍频得到 266nm激光时，e光振动面内的倍频接受角为0.346mrad，而同时在o光振 动面内的倍频接受角则为50.33mrad。如此大的差别，将导致入射的532nm 光束在晶体中e光振动面内和o光振动面内的倍频转换效率相差巨大，以 至于倍频得到的266nm光斑在这互相垂直的两个方向上的强度有很大差 别，最终导致266nm激光光斑成长短轴相差很大的椭圆形。这既不利于倍 频转换效率的提高，也不利于倍频光光束质量的提高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了提高BBO晶体的倍频转换效率以及倍频激光的光束质量，本发 明提供了一种基于BBO晶体的非线性倍频器。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于BBO晶体的非线性倍频 器，用于谐振腔内倍频的产生，该非线性晶体倍频器包括第一BBO晶体1、 偏振方向旋转装置2和第二BBO晶体3，其中：将第二BBO晶体3沿通 光方向旋转90°，然后和第一BBO晶体1对称放置于该偏振方向旋转装置 2的两侧。

上述方案中，所述第一BBO晶体1和所述第二BBO晶体3是两块参 数完全相同的用于倍频作用的BBO晶体。

上述方案中，所述偏振方向旋转装置2用于将基频激光偏振方向旋转 90度。

上述方案中，所述偏振方向旋转装置2是半波片、天然旋光片、磁光 调制器或者电光调制器。

上述方案中，在第一BBO晶体1的两个通光侧面和第二BBO晶体3 的两个通光侧面，以及偏振方向旋转装置2的两个通光侧面，均镀制相应 波长的增透光学薄膜。

(三)有益效果

本发明提供的这种基于BBO晶体的非线性倍频器，第一BBO晶体1 和第二BBO晶体3的参数完全一样，所以基频光在谐振腔中经历多个周 期后，基频光的倍频转换效率将得到良好的补偿，倍频光斑沿线段AB方 向的拉长程度与沿线段AD方向的拉长程度将趋向一致，倍频光斑将呈现 出良好的圆形，即此倍频器可以实现较高的倍频转换效率以及良好的倍频 光光束质量。

附图说明

图1为根据本发明实施例基于BBO晶体的非线性倍频器的结构示意 图。

主要元件符号说明：

1-第一BBO晶体；  2-偏振方向旋转装置；

3-第二BBO晶体；  4-通光方向。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种非线性晶体倍频器，用于谐振腔内倍 频的产生，它包含两块参数完全相同的用于倍频作用的第一BBO晶体1、 偏振方向旋转装置2和第二BBO晶体3，该偏振方向旋转装置2可以将基 频激光偏振方向旋转90度，此装置可以是半波片、天然旋光片、磁光调 制器或者电光调制器。将第二BBO晶体3沿通光方向旋转90°，然后和第 一BBO晶体1对称放置于该偏振方向旋转装置2的两侧，且第一BBO晶 体1和第二BBO晶体3尽可能的靠近该偏振方向旋转装置2，并在第一 BBO晶体1的两个通光侧面和第二BBO晶体3的两个通光侧面，以及偏 振方向旋转装置2的两个通光侧面镀制相应波长的增透光学薄膜。示意图 如图1所示。对第一BBO晶体1而言，在晶体内部，光轴方向如箭头c 所示，e光振动面平行于面ABFE，o光振动面平行于面ADHE；对第二 BBO晶体3而言，在晶体内部，光轴方向如箭头c’所示，e光振动面平行 于面A’B’F’E’，即平行于面ADHE，与第一BBO晶体1的o光振动面重 合，o光振动面平行于面D’A’E’H’，即平行于面ABFE，与第一BBO晶 体1的e光振动面重合。

如此，将该非线性晶体倍频器放置于谐振腔内部，当满足相位匹配条 件的偏振基频光通过第一BBO晶体时，在平行于面ABFE的e光振动面 上的倍频接受角远小于平行于面ADHE的o光振动面上的倍频接受角，故 在平行于面ABFE的e光振动面上的倍频转换效率远小于平行于面ADHE 的o光振动面上的倍频转换效率，此时倍频光斑呈沿着线段AD方向拉长 的椭圆形；随后，经过偏振方向旋转装置2的基频光偏振方向旋转90°， 对于第二BBO晶体3，仍然满足相位匹配条件；基频光进入第二BBO晶 体3时，在平行于面ADHE的e光振动面上的倍频接受角远小于平行于面 ABFE的o光振动面上的倍频接受角，故在平行于面ADHE的e光振动面 上的倍频转换效率远小于平行于面ABFE的o光振动面上的倍频转换效率， 此时倍频光斑呈沿着线段AB方向拉长的椭圆形，经过第一BBO晶体1 所引起的e光振动面上的较低的倍频效率得到了第二BBO晶体3的o光 振动面上较高的倍频效率的补偿。又因为此倍频器处于谐振腔中，所以基 频光会沿相反方向再次通过此倍频器，即先通过第二BBO晶体3，再通过 第一BBO晶体1，倍频过程同理。第一BBO晶体1和第二BBO晶体3 的参数完全一样，所以基频光在谐振腔中经历多个周期后，基频光的倍频 转换效率将得到良好的补偿，倍频光斑沿线段AB方向的拉长程度与沿线 段AD方向的拉长程度将趋向一致，倍频光斑将呈现出良好的圆形。即此 倍频器可以实现较高的倍频转换效率以及良好的倍频光光束质量。

请再参阅图1，下面结合实施例对本发明专利进一步详细说明如下： 制作一台基于BBO晶体的非线性倍频器，用于532nm绿光倍频得到266nm 紫外激光，采用I类相位匹配方式，第一BBO晶体1和第二BBO晶体3 采用的参数均为：尺寸3×3×8mm³、切割角θ＝47.7°，(满足相位匹 配条件)、通光表面镀制532nm以及266nm激光增透膜层；偏振方向旋转 装置2采用天然旋光石英片，石英片厚度3.33mm，可以将532nm基频光 偏振方向旋转90°，表面镀制532nm以及266nm激光增透膜层；通光方向 4垂直于各个元件光学表面。

将第二BBO晶体3以通光方向4为轴旋转90°，并对称放置于偏振方 向旋转装置2两侧，两晶体尽可能的靠近2，如图示，点A、B、C、D、 E、F分别对应点A’、B’、C’、D’、E’、F’，光轴方向c对应光轴方向c’。 如此，将此倍频器放置于谐振腔中，532nm基频光在谐振腔中经历多个周 期后，窄的倍频接受角引起的基频光较低倍频转换效率将通过对称的BBO 晶体对得到良好的补偿，倍频光斑的形状亦可得到补偿成为良好的圆形。 即此倍频器可以实现较高的倍频转换效率以及良好的倍频光光束质量。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而 已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。