CN215184995U - 一种能够调整倍频效率的激光倍频装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种能够调整倍频效率的激光倍频装置，特别涉及激光技术领域。这种激光倍频装置包括色散光栅、柱透镜、反射镜、挡光板、倍频非线性晶体、二向色镜和光电探测器，所述色散光栅设于所述柱透镜的一侧且距离为柱透镜焦距处，所述反射镜设于所述柱透镜的另一侧且距离为柱透镜焦距处，所述挡光板设于所述反射镜表面处，所述倍频非线性晶体设于所述色散光栅的出光光线上，所述二向色镜设于所述倍频非线性晶体的出射混频光线上，所述光电探测器设于所述二向色镜的透射的剩余基频光光线上。该装置通过控制脉冲基频光的光谱带宽来控制基频光脉冲长度，以此来控制激光倍频效率，操作方便，结构简单，效果明显。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种能够调整倍频效率的激光倍频装置，特别涉及激光技术领域。
背景技术
激光作为近代科学技术中最重要的发明之一，广泛应用于激光加工、光电通讯、光学信息处理和集成电路等高科技领域。不同的应用场景下，激光需要提供不同频率的光源输出。当前，基于非线性光学理论和非线性光学晶体材料的激光倍频效应是最为常见、应用最广的频率转换手段。
一般情况下，在设计和利用非线性效应来获取倍频激光输出的过程中，如果倍频转换效率过低则可能无法满足后续需求；如果频率转换效率过高则会导致剩余基频光和新产生的倍频光在时域上的波形畸变，最终无法有效利用剩余基频光和新产生的倍频光，因此在实施激光倍频过程当中，我们需要一种能够调整倍频效率的激光倍频装置，以便我们根据实际需求和结果可以实时且方便的调整倍频效率。然而，在目前的激光倍频装置中，基本只能通过更换倍频晶体种类或厚度等参数、调整基频光聚焦情况、调整基频光偏振特性和相位匹配情况等方法来获取不同的倍频效率；但实际问题是，在很多场景下我们无法改变倍频晶体种类或厚度等参数，也不能调整基频光聚焦情况，也不能改变基频光的偏振特性，也无法很方便的调节相位匹配情况。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够调整倍频效率的激光倍频装置。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：
一种能够调整倍频效率的激光倍频装置，其包括：色散光栅（1）、柱透镜（2）、反射镜（3）、挡光板（4）、倍频非线性晶体（5）、二向色镜（6）和光电探测器（7），所述色散光栅（1）设于所述柱透镜（2）的一侧且距离为柱透镜焦距处，所述反射镜（3）设于所述柱透镜（2）的另一侧且距离为柱透镜焦距处，所述挡光板（4）设于所述反射镜（3）表面处，所述倍频非线性晶体（5）设于所述色散光栅（1）的出射基频光（9）光线上，所述二向色镜（6）设于所述倍频非线性晶体（5）的出射混频光（10）光线上，所述光电探测器（7）设于所述二向色镜（6）的透射的剩余基频光（11）光线上。所述的入射基频光（8）经所述的色散光栅（1）色散后，从时间域傅里叶变换到空间域，不同频率组分占据不同的空间分布，所述挡光板（4）在傅里叶面上对某些光学频率进行遮挡，因此只有未被遮挡的光频率可被所述的反射镜（3）反射，再次由所述的色散光栅（1）从空间域反傅里叶转换回时间域，所述的出射基频光（9）具有和入射基频光（8）不一样的光谱带宽，也因此具有不同的脉冲长度，进而导致不一样的倍频效率。所述的从色散光栅（1）出射的基频光（9）穿过所述的倍频非线性晶体（5）进行倍频，然后从倍频非线性晶体（5）出射的混频光（10）被所述的二向色镜（6）进行分光，剩余基频光（11）透过二项色镜被所述的光电探测器（7）所测量，倍频光（12）被二项色镜反射，作为整体激光倍频装置的倍频光输出。
所述基频光可以为连续输出的激光。
所述基频光可以为脉冲输出的激光。
所述的倍频非线性晶体（5）可以为BBO晶体、LBO晶体、CLBO晶体、BiBO晶体或KTP晶体。
所述的倍频非线性晶体（5）按照I类相位匹配角切割。
所述的倍频非线性晶体（5）按照II类相位匹配角切割。
本实用新型由于采取了以上技术方案，其具有以下优点：本实用新型通过挡光板在傅里叶面上对基频光频率带宽进行控制，进而调控基频光脉冲长度，从而达到对后续倍频效率的调控，整个装置构造简单，且可以很方便容易的对倍频效率进行连续高精度调整；本实用新型由于对基频光脉冲长度进行了调整，可以有效抑制过高的倍频效率下基频光时域上波形畸变的问题。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的装置结构图
图2为本实用新型实施例2的装置结构图
具体实施方式
实施例1
请参阅图1，本实用新型所述的一种能够调整倍频效率的激光倍频装置，包括色散光栅（1）、柱透镜（2）、反射镜（3）、挡光板（4）、倍频非线性晶体（5）、二向色镜（6）和光电探测器（7），所述色散光栅（1）设于所述柱透镜（2）的一侧且距离为柱透镜焦距处，所述反射镜（3）设于所述柱透镜（2）的另一侧且距离为柱透镜焦距处，所述挡光板（4）设于所述反射镜（3）表面处，所述倍频非线性晶体（5）设于所述色散光栅（1）的出射基频光（9）光线上，所述二向色镜（6）设于所述倍频非线性晶体（5）的出射混频光（10）光线上，所述光电探测器（7）设于所述二向色镜（6）的透射的基频光（11）光线上。
在室温下，用商用飞秒脉冲激光器输出波长为1030±4 nm，脉冲长度为200fs的脉冲激光，作为本实用新型所述的一种能够调整倍频效率的激光倍频装置的入射基频光（8），该入射基频光（8）经所述的色散光栅（1）色散后，透过柱透镜（2）从时间域傅里叶变换到空间域，在所述的反射镜（3）表面处，不同频率组分占据不同的空间分布。
另，根据傅里叶转换极限可知脉冲长度与波谱带宽的关系可由以下公式表示：
其中
是脉冲长度, 
是基频光中心波长，
是光在真空中的传播速度，
是基频光的波谱带宽，TBP是时间-带宽积为一常数。从该公式我们可知，脉冲长度与波谱带宽成反比例关系，越窄的波谱带宽导致越长的脉冲长度，因此我们可以通过调节基频光的波谱带宽来调整其脉冲长度。
在图1所示的装置中，用所述挡光板（4）在傅里叶面上对某些光学频率进行遮挡，只允许中心的某些波谱范围的基频光可被所述的反射镜（3）反射，并再次由所述的色散光栅（1）从空间域反傅里叶转换回时间域；此时，所述的出射基频光波谱带宽与色散光栅（1）的入射基频光（8）的波谱带宽不同，因此出射基频光（9）和入射基频光（8）具有不同的脉冲长度。例如，调整所述的挡光板（4）在傅里叶面上对某些光学频率进行遮挡，只允许中心的1030±1nm基频光可被所述的反射镜（3）反射时，根据上述傅里叶转换极限公式可知：
进一步地，基频光脉冲长度影响其脉冲强度，而脉冲强度影响倍频效率，因此我们调节基频光的脉冲长度，则倍频效率也会随之改变。
进一步地，所述的色散光栅（1）的出射基频光（9）穿过所述的倍频非线性晶体（5）进行倍频，然后倍频非线性晶体（5）的出射混频光（10）被所述的二向色镜（6）进行分光，剩余基频光（11）透过二项色镜（6）被所述的光电探测器（7）所测量，倍频光（12）被二项色镜反射，作为整体激光倍频装置的倍频光输出。
实施例2
请参阅图2，本实用新型所述的一种能够调整倍频效率的激光倍频装置，包括第一色散光栅（1-1）、第二色散光栅（1-2）、第一柱透镜（2-1）、第二柱透镜（2-2）、挡光板（3）、倍频非线性晶体（4）、二向色镜（5）和光电探测器（6）。所述的第一色散光栅（1-1）与第二色散光栅（1-2）参数相同，所述的第一柱透镜（2-1）与第二柱透镜（2-2）参数相同。所述的第一色散光栅（1-1）、第一柱透镜（2-1）、挡光板（3）、第二柱透镜（2-2）和第二色散光栅（1-2）依次序排列设置且相邻两部件间距均等于柱透镜的焦距。所述倍频非线性晶体（4）设于所述第一色散光栅（1-1）的出射基频光（8）光线上，所述二向色镜（5）设于所述倍频非线性晶体（4）的出射混频光（9）光线上，所述光电探测器（6）设于所述二向色镜（5）的透射的基频光（10）光线上。
在室温下，用商用飞秒脉冲激光器输出波长为1030±4 nm，脉冲长度为200fs的脉冲激光，作为本实用新型所述的一种能够调整倍频效率的激光倍频装置的入射基频光（7），该入射基频光（7）经所述的第一色散光栅（1-1）色散后，透过第一柱透镜（2-1），从时间域傅里叶变换到空间域，在所述的挡光板（3）处，不同频率组分占据不同的空间分布。
用所述挡光板（3）在傅里叶面上对某些光学频率进行遮挡，只允许中心的某些波谱范围的基频光通过，该基频光再次由通过透过第二柱透镜（2-2）和第二色散光栅（1-2），从空间域反傅里叶转换回时间域；此时，所述的出射基频光（8）波谱带宽与第一色散光栅（1-1）的入射基频光（7）的波谱带宽不同，因此出射基频光（8）和入射基频光（7）具有不同的脉冲长度。
进一步地，基频光脉冲长度影响其脉冲强度，而脉冲强度影响倍频效率，因此我们调节基频光的脉冲长度，则倍频效率也会随之改变。
进一步地，所述的第二色散光栅（1-2）的出射基频光（8）穿过所述的倍频非线性晶体（4）进行倍频，然后倍频非线性晶体（4）的出射混频光（9）被所述的二向色镜（5）进行分光，剩余基频光（10）透过二项色镜（5）被所述的光电探测器（6）所测量，倍频光（11）被二项色镜反射，作为整体激光倍频装置的倍频光输出。
此外，以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非是本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出其他变化和变形，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的保护范围应由权利要求限定。此外，若本说明书中使用了一些特定的术语，仅是为了方便说明，并不对本实用新型构成限制。
Claims (8)
1.一种能够调整倍频效率的激光倍频装置，其特征在于：包括色散光栅（1）、柱透镜（2）、反射镜（3）、挡光板（4）、倍频非线性晶体（5）、二向色镜（6）、光电探测器（7）、入射基频光（8）、出射基频光（9）、出射混频光（10）、剩余基频光（11）和倍频光（12），所述色散光栅（1）设于所述柱透镜（2）的一侧且距离为柱透镜焦距处，所述反射镜（3）设于所述柱透镜（2）的另一侧且距离为柱透镜焦距处，所述挡光板（4）设于所述反射镜（3）表面处，所述倍频非线性晶体（5）设于所述色散光栅（1）的出射基频光（9）光线上，所述二向色镜（6）设于倍频非线性晶体（5）的出射混频光（10）的光线上，所述光电探测器（7）设于所述二向色镜（6）的透射的剩余基频光（11）光线上。
2.根据权利要求1所述的能够调整倍频效率的激光倍频装置，其特征在于：所述的入射基频光（8）经所述的色散光栅（1）色散后，从时间域傅里叶变换到空间域，不同频率组分占据不同的空间分布，所述挡光板（4）在傅里叶面上对某些光学频率进行遮挡，因此只有未被遮挡的光频率可被所述的反射镜（3）反射，再次经由所述的色散光栅（1）从空间域反傅里叶转换回时间域，所述的出射基频光（9）和入射基频光（8）具有不一样的光谱带宽，也因此具有不同的脉冲长度，因此带来不一样的倍频效率。
3.根据权利要求1所述的能够调整倍频效率的激光倍频装置，其特征在于：所述的出射基频光（9）穿过所述的倍频非线性晶体（5）进行倍频，然后出射混频光（10）被所述的二向色镜（6）进行分光，剩余基频光（11）透过二向色镜（6）被所述的光电探测器（7）所测量，根据测量所得的剩余基频光（11）的强度即可计算出当前倍频效率；倍频光（12）被二项色镜反射，作为整体激光倍频装置的倍频光输出。
4.根据权利要求1或2或3所述的能够调整倍频效率的激光倍频装置，其特征在于：所述基频光为连续输出的激光。
5.根据权利要求1或2或3所述的能够调整倍频效率的激光倍频装置，其特征在于：所述基频光为脉冲输出的激光。
6.根据权利要求1或2或3所述的能够调整倍频效率的激光倍频装置，其特征在于：所述的倍频非线性晶体（5）可以为BBO晶体、LBO晶体、CLBO晶体、BiBO晶体或KTP晶体。
7.根据权利要求1或2或3所述的能够调整倍频效率的激光倍频装置，其特征在于：所述的倍频非线性晶体（5）按照I类相位匹配角切割。
8.根据权利要求1或2或3所述的能够调整倍频效率的激光倍频装置，其特征在于：所述的倍频非线性晶体（5）按照II类相位匹配角切割。
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