[发明专利]一种紫外宽波段调谐频率转换方法、器件和激光器

说明书

本发明公开了一种紫外宽波段调谐频率转换方法、器件和激光器，利用紫外透过的非线性光学晶体，将晶体沿着一定方向切割，以超快激光光刻的形式，在晶体内部加工出有序区域和无序区域周期排布的相位光栅，通过控制基频光入射角度或非线性光学晶体温度来改变相位光栅有效周期长度，从而调节基频光和倍频光或和频光的相位差提供可调谐相位补偿，满足相位匹配条件，并且可以同时实现多种偏振形式下的相位匹配，从而实现紫外宽波段调谐频率转换，便于进行波长和功率探测；本发明为紫外宽波段光学频率转换提供新途径，摆脱传统相位匹配依赖特定偏振方向的限制，充分利用泵浦光源，具有输出功率高、可调谐波长范围宽、不受偏振限制等优势。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，更具体的说是涉及一种紫外宽波段调谐频率转换的方法、器件和激光器。

背景技术

非线性光学晶体是激光科学与技术发展的核心材料，被广泛用于激光的频率转换和激光调制；可调谐频率转换器件通过非线性光学效应，利用非线性光学晶体来扩展激光波长范围和发展各种波段。

非线性频率转换必须满足相位匹配条件，一般来说要求非线性光学晶体要首先满足3个基本条件：(1)晶体在结构上必须是非中心对称的，具有二阶非线性光学效应；(2)在所应用的波段必须透明；(3)非线性光学晶体要有较大的双折射，能实现相位匹配。

紫外宽波段调谐激光在超高能量分辨率光电子能谱仪和光电子发射显微镜等先进科学仪器和生物医学、环境监测、化学反应动力学等基础研究方面发挥着重要的作用。

但是，受限于现有非线性频率转换技术，目前实现的激光调谐范围有限并且依赖于特定的非线性光学晶体和特定的相位匹配形式，特别是对于紫外波段来说，适合的非线性光学晶体稀缺且一般不满足传统的相位匹配条件。

因此，提供一种能够实现紫外宽波段频率转换的方法、器件和激光器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种紫外宽波段频率转换的方法、器件和激光器，实现了紫外宽波段非线性频率转换。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种紫外宽波段调谐频率转换方法，包括：在紫外波段透过的非线性光学晶体内部引入有序区域和无序区域周期排布的相位光栅，通过改变入射激光的相位匹配角度或所述非线性光学晶体的温度来调节相位光栅的有效周期，调节非线性相互作用光波的相位关系进行相位补偿从而满足非线性频率转换的相位匹配条件，调节不同相位偏振形式下相位匹配类型的分布来控制偏振输出分布，完成紫外宽波段可调谐频率转换。

优选的，所述相位光栅的排布方向为Z方向，根据Z方向建立空间直角坐标系，入射激光与Z方向的夹角为θ，入射激光与X方向的夹角为φ，0°θ90°，0°φ90°，(θ,φ)为所述相位匹配角度。

优选的，改变所述相位匹配角度中的θ来调节相位光栅的有效周期，所述有效周期为所述有效周期的范围为0.1-1000μm，其中∧为所述相位光栅的周期宽度，∧＝L_a+L_b，L_a为所述有序区域的宽度，L_b为所述无序区域的宽度，L_a和L_b的范围均为0.1-100μm。

优选的，入射激光通过所述有序区域时的相位差为入射激光通过所述无序区域时的相位差为m和n为整数，所述非线性频率转换的相位匹配条件具体为所述非线性相互作用光波每经过一个周期的相位光栅产生的相位差2Nπ，N为正整数。

优选的，固定相位匹配角度中的θ调节φ可以控制不同偏振形式下不同相位匹配类型的分布，从而控制偏振输出分布。

优选的，可调谐的波长范围为100-400nm。

优选的，所述非线性光学晶体的温度调节范围为-100℃-300℃。