[发明专利]基于腔外双通倍频结构的激光器

说明书

一种基于腔外双通倍频结构的激光器，包括基频光纤激光器、光束偏振分光模块、倍频晶体和基频光返回模块，所述的基频光纤激光器输出基频光经所述的光束偏振分光模块后，入射到所述的倍频晶体产生二次谐波，剩余的基频光通过基频光返回模块返回，返回的基频光再次进入倍频晶体产生二次谐波，即基频光在同一光路上二次来回通过倍频晶体，产生的倍频光通过所述的光束偏振分光模块输出。本发明通过基频光在单块倍频晶体中双程往返，可以有效利用基频光，提高倍频转换效率，保持结构紧凑、成本低的优点。

技术领域

本发明涉及倍频激光器，特别是一种基于腔外双通倍频结构的激光器。

背景技术

采用倍频晶体实现相位匹配是获得短波长激光输出的有效途径，根据结构可分为腔内倍频和腔外倍频。由于腔外倍频可分别控制基频光模块与倍频模块，系统灵活性好、光束质量可控性更高。光纤激光器具有高光束质量、维护成本低、体积小、散热良好等的特点，因此非常适合作为腔外倍频的基频光源。一般使用的腔外倍频是采用环形腔倍频或单通倍频方式。采用的环形腔倍频技术具有极好的转换效率，但该倍频腔设计与锁腔系统相对复杂，对整机要求高，操作难度较高。单通倍频的结构简单、容易实现，但单通倍频方式在低峰值功率的情况下仍有较多的剩余基频光无法被利用上，并且效率低。2005年，Liu等人在Optics letter上发表了题为60-W green output by frequency doubling of apolarized Yb-doped fiber laser的论文，文中采用倍频晶体级联的结构，提高了倍频转换功率，但这种方式也具有相对较高成本。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种基于腔外双通倍频结构的激光器，通过基频光在单块倍频晶体中双程往返，可以有效利用基频光，提高倍频转换效率，保持结构紧凑、成本低的优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于腔外双通倍频结构的激光器，包括基频光纤激光器、光束偏振分光模块、倍频晶体和基频光返回模块，其特点在于，所述的基频光纤激光器输出基频光经所述的光束偏振分光模块后，入射到所述的倍频晶体产生二次谐波，剩余的基频光通过基频光返回模块返回，返回的基频光再次进入倍频晶体产生二次谐波，即基频光在同一光路上二次来回通过倍频晶体，产生的倍频光通过所述的光束偏振分光模块输出。

所述的光束偏振分光模块包括同光轴依次放置的光束准直器、偏振控制模块、第一二色分光器和光学透镜，所述的基频光返回模块包括同光轴依次放置的透镜、第二二色分光器和平面反射镜。

所述的光束偏振分光模块包括同光轴依次放置的光束准直器、偏振控制模块、第一二色分光器和光学透镜，所述的基频光返回模块包括同光轴依次放置的相位补偿介质和凹面反射镜。

所述的基频光纤激光器为窄谱光纤激光器，线宽范围为10k-300GHz；所述基频光纤激光器带有光隔离器或采用多包层光纤结构，以消除或减少回返光对基频光的影响，具有抗回返光干扰的性能。

所述偏振控制模块由相位延迟片和(或)偏振分光器组成，用于控制基频激光的偏振态与偏振方向符合倍频晶体的要求。

所述的倍频晶体的入射面与出射面镀有基频光增透膜和倍频光增透膜，基频光增透膜的反射率R0.5％倍频光增透膜R1％。

所述的平面反射镜具有大于99％的基频光反射率，返回的剩余基频光呈汇聚光束进入倍频晶体。

所述的凹面反射镜有大于99％的基频光和倍频光反射率，返回的剩余基频光和第一程倍频光呈汇聚光束进入倍频晶体。

所述的相位补偿介质用于补偿基频光与倍频光在空气中传输、经所述基频光返回模块中的透镜或反射镜及往返光束在倍频晶体中的角度偏差引起的相位偏移，双程倍频后的基频光与倍频光相移偏移量约为π。

所述的倍频晶体是LBO晶体、CLBO晶体、BBO晶体、KTP晶体、周期极化晶体或准周期极化晶体。