[发明专利]一种宽带倍频晶体器件

说明书

本发明涉及一种宽带倍频晶体器件，器件的材质为DADP晶体，在20‑30℃温度条件下，DADP晶体相位匹配折返点波长λ_c与晶体中氘含量占比X_D满足线性关系：λ_c＝1.0272+0.1394×X_D，考虑晶体的定向精度，折射率测试精度，原料纯度、生长条件、截取部位对氘含量的影响，该公式中X_D的误差范围为±2％。器件的切割方向为宽带激光中心波长的倍频相位匹配方向。本发明器件能同时满足中心波长的相位匹配和中心波长附近的群速匹配，并且非线性系数大，抗光伤阈值高，工作波段宽，折返点波长易受温度调整。本发明省去了其它色散补偿元件，具有光路简单，结构紧凑，装配和调整便利，生产成本低，使用方便等优点。

技术领域

本发明涉及一种可以有效实现1μm波段I类宽带倍频的氘化NH₄H₂PO₄(DADP)晶体器件，属于非线性光学技术领域。

背景技术

超短脉冲激光因具有快速和高分辨等特性，在瞬态成像、超快光开关、高速光通信和存储、激光微加工、生物医疗、强场激光与物质相互作用和激光受控核聚变的快速点火等领域具有独特的优势，近年来备受人们重视。

1μm激光波段包含了Nd:YAG激光器和Nd:glass激光器等的主要波长，是应用最成熟、最广泛的固体激光波段。通过非线性谐波转换技术，可以把近红外超短脉冲激光转换到可见光和紫外光波段。超短激光脉冲包含很宽的频率范围，想要有效地进行超短脉冲谐波转换，必须同时满足相位匹配(PM)和群速度匹配(GVM)来实现色散补偿。目前，主要有四种途径可以实现这种补偿：(1)角色散补偿方案；(2)晶体级联匹配方案；(3)啁啾脉冲匹配方案；(4)折返点匹配方案。其中角色散补偿方案能获得最宽的有效转换，但其光路复杂，附加损耗大，在高功率激光器中应用受限；晶体级联匹配方案光路简单，易于调校，但仅在一定程度上能拓宽转换带宽；啁啾脉冲匹配方案既能实现宽带转换又可以进行波长调谐，但也存在光路复杂的问题，且无法补偿高价色散，这限制了其大带宽谐波转换的能力；折返点匹配方案既能实现大带宽转换，又能实现高转换效率，其光路最简单，无附加元件，调校简便，被认为是有希望实现低成本普遍应用的宽带谐波转换方案，但可应用的材料有限，目前只有少数晶体材料实现了特定波段的宽带转换。因此，进一步发掘新的相位匹配角具有光谱折返点的材料具有特别重要的价值。

目前，在1μm波段可以有效实现I类宽带倍频的晶体为部分氘化的KDP晶体(DKDP)，通过调整晶体中氘含量，DKDP晶体可以实现从1.038μm到1.179μm波段的宽带倍频。但DKDP晶体抗光伤能力相对较弱，非线性系数相对较小，这限制了其转换效率的提升；其温度系数较小，温度带宽较大，不易采用变温的方式拓展工作波段。另外，其最短的折返点波长仍然比较大，无法实现Yb掺杂介质在1.030μm附近的宽带激光倍频。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种宽带倍频晶体器件，目的是提供一种对于1μm宽带激光(特别是Yb离子的1.030μm宽带激光)可以实现折返点相位匹配的高效倍频晶体器件。

本发明涉及的DADP器件容易生长出大尺寸高质量单晶，与DKDP相比，其抗光伤阈值更高，非线性系数更大，因而可工作的功率范围更宽，倍频转换效率更高；其折射率温度系数更大，温度带宽更小，更容易用温度调节中心工作波长；并且其折返点相位匹配的工作波段覆盖1.030μm，因此，可用于Yb光纤激光或固体激光的宽带倍频，这是以往的DKDP晶体所不具备的。

术语解释：

1.相位匹配(PM)