[发明专利]532nm半高斯激光束发生器

说明书

技术领域

本发明属于激光器技术领域，涉及激光光束整形技术，具体为一种基于侧向调制的光学超晶格的532nm半高斯激光束发生器的研制。

背景技术

半高斯激光束是横向空间光强分布在一个方向为半个高斯线型，在另外一个正交方向为高斯线型的一种激光束。

激光自上世纪六十年代问世以来，通过技术的不断更新，在科学研究领域以及人类日常生活中保持着永久的魅力。随着激光技术的飞速发展和激光应用领域的拓展，具有特殊光强分布的激光束变得炙手可热。因此人们通过改变激光器内部的结构或者在激光器外部加上一些辅助设备，如透镜、光栅、棱镜等光学元件，获得自己所需的特殊光强分布的激光束。例如，空心激光束、平顶激光束、半高斯激光束、艾里激光束等等。其中半高斯激光束是我们最感兴趣的。因为半高斯激光束在应用光学以及基础物理研究领域有广泛的应用。例如，利用半高斯激光束在非线性克尔介质中的自弯曲现象，可以用来探测介质的非线性折射率。利用半高斯激光束实现原子分子、介质粒子、生物分子等的光学微操控。通常产生半高斯激光束的方法是在高斯激光束的中心垂直插入半无限大不透明片(刀片)的方法截去高斯激光束的一半，得到半个高斯光束。根据光学知识我们知道，这种方法得到的半高斯激光束具有很多振荡的衍射条纹。并不是真正的半高斯激光束。由于该方法产生的半高斯激光束中的衍射条纹是由激光相干性引起的，在实际操作中很难在保证光束传输方向性的同时消除衍射条纹。到目前为止，还没有研究者在实验上产生无衍射条纹的半高斯激光束。因此促使人们在全固态、小型化和性能稳定的半高斯激光束发生器方面进行研究，并将该半高斯激光束发生器进行商品化。本发明我们提出采用侧向调制的周期性极化的LiTaO₃晶体进行频率变换以及光束整形。我们首次在实验上发现入射的1064nm高斯激光束经过设计好的变频整形光学超晶格之后变为532nm半高斯激光束。

发明内容

本发明目的是：解决以上提出的传统方法产生的半高斯激光束具有衍射条纹的缺点，提出一种基于侧向调制的光学超晶格产生无衍射条纹的半高斯激光束发生器的方案。该发生器设计灵活，易于实施、易于集成化。

本发明的技术方案是：532nm半高斯激光束发生器，其特征是包括泵浦光源、准直系统、柱透镜、一片侧向调制的变频整形光学超晶格、控温炉、对1064nm激光的滤波系统；周期性极化的光学超晶格材料为LiTaO₃，周期为7.505μm，用以实现1064nm激光频率变换为532nm激光，所述超晶格的极化畴边缘在晶体的通光方向分布为e指数型；泵浦光源发出的1064nm的高斯激光入射到准直系统、经柱透镜聚焦到光学超晶格中，并且超晶格的畴边缘通过入射的泵浦光源的高斯激光束的中心；在超晶格出射光路上用对1064nm激光的高反镜以及干涉滤波片构建滤波系统滤掉出射光束中的1064nm泵浦光，得到纯净的532nm半高斯激光。

本发明的侧向调制的变频整形晶体是周期性极化的LiTaO₃光学超晶格，超晶格的周期设计条件为：匹配温度为200摄氏度，泵浦光为1064nm高斯激光，出射光为倍频的532nm半高斯激光。通过理论计算得到晶体畴的极化周期为7.505μm。另外超晶格的极化畴边缘在通光方向的分布设计为e指数函数分布，并且该分布的畴边缘通过泵浦高斯光束的中心。在准直系统与光学超晶格之间加入柱透镜，将准直之后的泵浦光束聚焦到光学超晶格中。用柱透镜可以提高晶体能承受的入射泵浦光束的光强，从而提高该器件的出射半高斯激光束光强。

进一步的，作为频率转换以及整形的光学超晶格的极化畴结构可以拓展为周期、准周期、双周期和非周期。光学超晶格的材料可以包括同成分LiTaO₃、同成分LiNbO₃、化学计量比LiTaO₃、化学计量比LiNbO₃、掺MgO的LiNbO₃、掺MgO的LiTaO₃。

再进一步的，该半高斯激光束发生器的泵浦光源可以是连续的、脉冲的，因此我们可以得到相应的连续的、脉冲的半高斯激光束，从而满足不同的应用需求。