[发明专利]非共线高效率频率转换实现方法

权利要求书

1.一种非共线高效率频率转换实现方法，其特征在于，通过将呈一定角度的基频光和倍频光先经过一个聚焦透镜进行预聚焦，然后再经过非线性光学晶体，从而使得产生的三倍频光自动聚焦，其中：三倍频光通过负单轴晶体生成，匹配方式为Ⅰ类匹配方式，即o+o→e，Ⅰ类有效倍频系数不为0，且在θ＝90°时达到最大；基频光与倍频光呈一定角度是指：基频光与倍频光在非线性光学晶体外的夹角不为零。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的负单轴晶体由以下方式获得：选取厚度为1cm的KDP或掺杂氘的DKDP晶体，切割角度为θ＝90°,Z向为晶体光轴方向，两面通光，通光面为YOZ面，当基频光倍频光三倍频光的波矢方向在同一主截面内，其Ⅰ类有效倍频系数的表达式为在θ₃＝90°,时有效倍频系数最大，其Ⅱ类有效倍频系数的表达式为在θ₃＝90°,时有效倍频系数为0。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的非线性光学晶体内的夹角由以下方式获得：基频光k₁、倍频光k₂和三倍频光k₃满足矢量三角形的关系其中k＝nω/c，匹配方式为Ⅰ类匹配方式o+o→e，三倍频光k₃设置为90°，则矢量三角形的三条边长已经确定，分别为和由三角线余弦定理，可计算得到晶体内矢量三角形三个角度，从而得到基频光与倍频光在晶体内的夹角。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是，所述的非线性光学晶体外的夹角由以下方式获得：由折射定律及晶体内矢量三角形的三个角度计算得到对应晶体外的角度，从而得到基频光与倍频光在晶体外的夹角。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的负单轴晶体具有较大角度带宽由以下方式获得：采用非线性相位匹配，三倍频光k₃为90°，则基频光k₁和倍频光k₂与三倍频光k₃满足角度关系，使基频光和倍频光均沿逆时针偏离匹配角θ角度或均沿顺时针偏离匹配角θ角度，则三倍频光自动偏离原来90°方向逆时针或顺时针θ角度，即保持矢量三角形形状不变；由于o光折射率与入射方向θ无关，e光与入射方向θ有关，则基频光k₁和倍频光k₂的大小保持不变，三倍频光k₃相对原来90°方向时稍稍变大，即引入相位失配；由于这种情况下相位失配较小，类似共线相位匹配中的非临界相位匹配情况，因而具有较大的角度带宽，即非共线相位匹配中三倍频光在90°附近具有较大的角度带宽，上述θ角度与角度带宽的关系由以下公式决定：

k3=3n3ωe,]]>Δk＝k′₃-k₃，其中：k₃为原来的三倍频光的波矢，k′₃为引入偏离角度θ后新的三倍频光的波矢，Δk为引入的相位失配，η为三倍频光的转换效率，而角度带宽即为三倍频光转换效率的半高宽。

6.一种实现上述任一权利要求所述方法的装置，其特征在于，包括：纳秒激光器以及设置于其两个输出端的两块全反射镜、聚焦透镜、半波片和非线性光学晶体，其中：第一全反射镜依次经第一聚焦透镜到达非线性光学晶体，第二全反射镜依次经半波片、第二聚焦透镜到达非线性光学晶体。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述的第一聚焦透镜和第二聚焦透镜或采用单块聚焦透镜实现，或为一体式结构。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述的非线性光学晶体采用KDP或DKDP晶体。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述的第一全反射镜与非线性光学晶体的连线与第二全反射镜与非线性光学晶体的连线的夹角为30.49°。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述的纳秒激光器的第一输出端输出1064nm，偏振方向为水平方向；第二输出端输出为532nm，偏振方向为竖直方向。