[发明专利]一种基于Ⅱ类非临界相位匹配的共振增强腔倍频装置

说明书

本发明公开了一种基于Ⅱ类非临界相位匹配的共振增强腔倍频装置，包括：至少由输入耦合镜、输出耦合镜、第一非线性晶体和第二非线性晶体组成的共振增强腔；其中，所述输入耦合镜用于将基频光耦合入所述共振增强腔；所述第一非线性晶体用于对通过所述第一非线性晶体内的基频光的第一偏振光分量与第二偏振光分量进行相位补偿，以使从所述第一非线性晶体通过的基频光的第一偏振光分量和第二偏振光分量的相位差为2π的整数倍；所述第二非线性晶体用于使通过所述第二非线性晶体内的基频光满足第Ⅱ类非临界相位匹配条件，以得到从所述第二非线性晶体产生并输出的倍频光；所述输出耦合镜用于将所述共振增强腔内的倍频光输出。

技术领域

本发明属于激光领域，具体涉及一种基于Ⅱ类非临界相位匹配的共振增强腔倍频装置。

背景技术

共振增强腔可以实现连续或者准连续高重频激光的高效倍频。基频光在满足模式匹配条件、相位匹配条件、以及共振条件的情况下，可以使共振腔内的功率比基频光功率高约2个数量级，因而有更大的单程转换系数，可以大大提高基频光的总倍频效率。相位匹配分为临界相位匹配和非临界相位匹配。由于非临界相位匹配的走离角为0°，所以它的单程转换效率更高，光束质量更好，因而非临界相位匹配比临界相位匹配更有优势。

然而对于某些晶体在某些特定波长范围的常用温度下(约10℃～150℃)的倍频只能通过Ⅱ类相位匹配实现非临界(基波同时取两种不同的线偏振光，如o光和e光的形式入射(两者的偏振方向垂直)，而产生的倍频波为单一状态的线偏振光，如e光)，而无法通过Ⅰ类相位匹配实现非临界(基波取单一的线偏振光，例如o光，形式入射，而倍频波为另一状态的线偏振光，例如e光)。然而这种模式由于倍频光的走离效应，使得单程转换效率有所降低。基于Ⅱ类非临界相位匹配共振腔倍频对于基频光和倍频光都无走离，具有更高的单程转换效率。然而，对于o光与e光的相位差变化2π对应的温度调节范围大于非临界相位匹配条件温度容限范围的非线性晶体，由于无法同时满足共振条件与相位匹配条件，Ⅱ类非临界相位匹配倍频的应用依然受到限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何实现Ⅱ类非临界相位匹配下的共振增强腔倍频。

针对以上问题，本发明提供了一种基于Ⅱ类非临界相位匹配的共振增强腔倍频装置，包括：至少由输入耦合镜、输出耦合镜、第一非线性晶体和第二非线性晶体组成的共振增强腔；

其中，所述输入耦合镜用于将基频光透射入所述共振增强腔；

所述第一非线性晶体用于对通过所述第一非线性晶体内的基频光进行相位补偿，以使从所述第一非线性晶体通过的基频光的第一偏振光分量和第二偏振光分量的相位差为2π的整数倍；

所述第二非线性晶体用于使通过所述第二非线性晶体内的基频光满足第Ⅱ类非临界相位匹配条件，以得到从所述第二非线性晶体产生并输出的倍频光；

所述输出耦合镜用于将所述共振增强腔内的倍频光输出。

优选地，所述第一偏振光分量与所述第二偏振光分量之间的相位差变化量和所述第一非线性晶体的温度变化量之间满足如下关系式：

Δφ＝aL·ΔT

其中，a为所述第一偏振光分量和所述第二偏振光分量在所述第一非线性晶体的相位延迟系数，表示单位长度的倍频晶体，单位温度改变量引起的两个偏振光分量的相位差变化量；L为所述第一非线性晶体的长度；ΔT为所述第一非线性晶体的温度变化量；Δφ为所述第一偏振光分量和所述第二偏振光分量的相位差变化量。

优选地，所述相位延迟系数a定义为：

其中，k_o、k_e分别为所述第一偏振光分量与所述第二偏振光分量在所述第一非线性晶体内的波矢，α_l为晶体在光传播方向的热膨胀系数，

令：