[发明专利]一种可见到紫外波段光学频率转换器

说明书

本发明提供一种可见到紫外波段光学频率转换器。通过控制非线性光学晶体的加工周期提供附加周期相位满足相位匹配条件，从而实现有效光学频率转换。附加周期相位是通过激光微加工、离子刻蚀等技术于晶体内部形成不同折射率周期排布的相位光栅，由相位光栅中晶体周期性结构破坏来阻止非线性频率转换的逆过程并提供附加周期相位，弥补非线性光学晶体自然双折射不足造成的相位失配，实现有效的倍频或和频输出。本发明可以对非线性光学材料进行优选，也可以根据所需波长选取适当晶体通过激光光刻等工艺提供与之匹配的附加周期相位，从而实现对特定波长的有效输出。本发明为非线性光学频率转换器件提供新品种，具有光学频率转换效率高、易制备等优势。

技术领域

本发明涉及非线性光学晶体器件，尤其涉及一种可见到紫外波段光学频率转换器，属于激光技术领域。

背景技术

非线性光学频率变换是通过材料对光学的非线性响应，实现光的频率上转换或者下转换，其中倍频是利用其上转换效应，以实现光学频率增加一倍、波长缩短一倍的效果，是非线性光学领域研究最多、应用最广泛的一种效应。倍频效应的材料基础是非线性光学频率转换器件。在该效应中，动量守恒即相位匹配条件是高效光学频率转换的基本要求，一般基于双折射效应的色散关系，以特殊切角下实现基频光o光或者e光与倍频光e光或者o光的折射率相等，从而实现相位匹配，实现高效倍频光输出。目前基于双折射已经可以实现可见到紫外波段激光，并在关系国民经济和国家安全的众多领域获得应用，但晶体的双折射的相位匹配方式，要求晶体具有合适的双折射，而排除了大部分不具有合适双折射的晶体，限制了高效激光的获得特别是紫外甚至深紫外激光方面的应用。受相位匹配条件的限制，只有层状氟硼酸铍钾(KBBF)晶体实现了深紫外的有效倍频，但由于其层状习性使得晶体生长困难，并且原料的毒性也极大的限制了晶体的获得。

发明内容

针对现有非线性光学频率转换技术和非线性光学材料的不足，发明提供一种可见到紫外波段光学频率转换器，该器件可实现从可见光到紫外甚至深紫外波段的倍频及和频频率转换。

发明概述：

本发明所用晶体为非线性光学晶体，根据所利用非线性系数将晶体沿着一定方向切割，垂直于切向的表面抛光并镀膜或不镀膜，以激光加工或者离子束刻蚀等方式，破坏晶体内部均匀性，使其破坏区域不具有有效非线性效应，无法实现有效倍频过程，而实现基频光和倍频(或和频)光的相位变化，通过控制基频光和倍频光的相位差，以调节晶体内部光的相位并实现相位匹配，获得有效光学频率转换。

术语说明：

o光：振动方向垂直于晶体光轴与入射方向构成的主平面的偏振光。

e光：振动方向平行于于晶体光轴与入射方向构成的主平面的偏振光。

紫外光：是指波长短于400纳米的光。

光栅周期：即光栅常数，如图2所示，通过采用激光加工、离子刻蚀等技术对晶体进行加工，于晶体内部形成不同折射率周期排布的光栅，光栅周期Λ＝l_c+l_b，l_c是晶体通光方向未加工部分的宽度，l_b是晶体通光方向加工部分的宽度。

本发明的技术方案如下：

一种可见到紫外波段光学频率转换器件，采用非线性光学晶体，所述光学晶体内部设置有周期规律分布的无定型区域；该无定型区域不能实现非线性光学效应的相干叠加，从而阻断倍频光到基频光的转换过程，但该无定型区域能提供基频光与倍频光的相位差。

根据本发明，优选的，所述的无定型区域提供基频光与倍频光的相位差m为整数。