[发明专利]通过光学谐振器中的非线性介质对激光辐射进行变频和放大的方法以及装置

说明书

本发明涉及一种用于通过温度控制的光学结构产生激光辐射的方法，所述光学结构包括设置在谐振器中的、光学非线性的、具有有效区域的固体介质，向所述固体介质中引入的泵浦辐射通过结构性干涉辅助地产生输出激光辐射，其特征在于，通过在所述有效区域的第一部段内部设置第一温度对谐振器长度进行调整，并且通过在所述有效区域的第二部段内部设置第二温度来对所产生的并且参与产生所述激光辐射的波长的相位进行调整。

技术领域

本发明涉及一种用于通过温度控制的光学结构产生激光辐射的方法和装置。所述方法和装置特别是用于通过光学谐振器中的非线性介质对激光辐射进行变频和放大。

背景技术

包含非线性介质的光学谐振器由一个或多个射入谐振器的泵浦波产生具有一个或多个新波长的辐射。通过这种转换可以产生激光辐射，所述激光辐射的波长不同与入射的泵浦波的波长并且特别是位于可供使用的主动激光介质的波长之外。也可以通过具有其他波长的泵浦射束来放大入射的信号射束的功率。在这两种情况下，都涉及光学的非线性过程。相应的结构通常由光学谐振器中的光学非线性的固体介质、特别是晶体组成。入射的泵浦辐射以及在需要时还有信号辐射这里聚焦到所述固体介质中。非线性的固体介质必须确保在所有入射的和所有新产生的波长之间实现相位匹配(英文：phase matching)。否则转换过程或放大过程的效率较低。通过个别或优选所有参与其中的波长的光学谐振进一步提高了处理的效率或这样才能实现可用的数值。相位匹配通常通过设置所述固体介质的(与材料相关的)相位匹配温度来实现。在相位匹配温度下，希望的非线性过程会出现涉及部分波的结构性干涉，所述部分波在固体介质中沿光的传播方向在不同的位置处产生。在这个温度下，晶体的折射率对于所有参与其中的波长都是近似相等的(但不是完全相同，因为还必须对由聚焦导致的古依相移进行补偿)。

所述谐振器例如可以通过两个反射镜形成，所述非线性固体介质设置在所述反射镜之间，所述反射镜使入射的波阵面精确地回射，从而光在谐振器中在原理上可以无限多次地循环传播。为了使光学谐振器对于确定的波长产生谐振，其光学循环传播长度必须为波长的多倍。一种非常稳定且特别低噪声的方法设定，通过谐振器的温度调整其光学长度。这里利用了被透射的固体介质的热膨胀系数和/或折射率的温度相关性。此时的问题时，通常(特别是由于必要的聚焦和与由此出现的古依相位差)每个波长都需要不同的温度，以便实现其相应的光学谐振。所述温度此外还与相位匹配温度不同。出于这个原因，在具有非线性固体介质的光学谐振器中(在下面称为非线性谐振器)，相位匹配多数通过温度来实现，而谐振则通过压电致动器实现的谐振器长度变化来实现。一方面，通过压电致动器谐振器只能对于一个波长调整到谐振。另一方面，压电致动器通常以高电压工作，这要求采取保护措施并且由于通常产生高噪声的高点压会导致通过压电致动器调整的谐振器长度发生噪声干扰。

在Zielinska等的出版物“Fully-resonant,tunable,monolithic frequencyconversion as a coherent UVA source“，Opt.Express 25，1142-1150(2017)中记载了一种分区的固体谐振器。这种谐振器是整体的，就是说，所述谐振器通过施加在固体介质相对置的端部上的镜面形成。所述谐振器具有三个沿激光射束前后相继设置的分区，其中，只有中间的分区表现为非线性的，就是说是有效的。这个有效的中间区域在相位匹配温度下工作。设置在中间区域相对置的侧面上的、非有效的分区可以相对于彼此独立地调温，这里，由此应针对红色泵浦光设置谐振条件。由此，应实现对于相位匹配和谐振器长度的独立控制。为了保持足够的效率，根据Zielinska的文献，在整个有效区域上的温度必须恒定地保持在相位匹配温度，这由于相邻分区具有不同的温度而是难以实现的。因此，Zielinska的文献视为必要的是，非有效分区的温度只允许与在有效分区中设置的温度有很小的偏差。但这会造成，为了对于红色泵浦光实现谐振条件，必须附加地通过压电元件向所述固定介质施加压力。

US 5 898 718 A记载了一种非线性固体介质，在所述固体介质内部可以设置不同的温度，以便优化不同谐振频率的输出强度。这里没有采用谐振器。

发明内容