專利名稱：抗開光溫度沖擊非線性光學頻率變換實現(xiàn)方法
抗開光溫度沖擊非線性光學頻率變換實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非線性光學，尤指一種抗開光溫度沖擊非線性光學頻率變換實現(xiàn)方法。主要應(yīng)用于非線性光學頻率變換設(shè)備的生產(chǎn)過程。
背景技術(shù)：
非線性光學頻率變換技術(shù)是一種擴展激光頻率范圍的有效途徑，其中影響頻率轉(zhuǎn)換效率最為關(guān)鍵的因素，是非線性光學晶體的相位匹配問題。采用溫度相位匹配的方法， 是非線性光學變頻中最為常用的相位匹配方法?，F(xiàn)有技術(shù)的非線性光學頻率變換裝置，包括光學晶體和溫控系統(tǒng)，往往是一次頻率變換采用一塊晶體，將其放置于溫控系統(tǒng)中，通過 PID控制方式，維持其溫度恒定在其最佳相位匹配溫度點的位置。通過此方法進行非線性光學頻率變換，在基頻激光打開時，由于非線性光學晶體吸收少量的基頻激光，其溫度會有少量的升高，而PID等控制系統(tǒng)根據(jù)外界溫度的變換，會改變非線性晶體的加熱或制冷量，從而使得非線性光學晶體的溫度，在偏離其最佳相位匹配溫度后，有一個恢復(fù)至初始設(shè)定溫度的過程，特別是當PID參數(shù)未設(shè)置充分合理時，甚至產(chǎn)生阻尼振蕩。而對于非線性光學溫度相位匹配頻率變換方法，其轉(zhuǎn)換效率隨非線性光學晶體溫度變化而變化。如目前使用最多的非線性光學晶體LBO就對溫度非常敏感。溫度的起伏引起非線性光學轉(zhuǎn)換效率發(fā)生改變，最終影響到頻率變換后激光的輸出功率。非線性光學溫度相位匹配的這種特性，對于如激光打標機這種需要頻繁開關(guān)激光的設(shè)備影響非常巨大，會造成在剛打開激光時，激光輸出功率不穩(wěn)定的問題，最終影響到標刻的效果。參考文獻:High-efficiency and narrow-1 inewidth operation of a two-crystal β _BaB204 optical parametric oscillator, W. R. Bosenberg et al., App1.Phys. Lett.，1989，55 195
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種能克服非線性光學頻率變換剛剛打開基頻激光器時，變頻激光器輸出功率由于非線性光學晶體溫度起伏而造成的激光輸出功率起伏的抗開光溫度沖擊非線性光學頻率變換實現(xiàn)方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種抗開光溫度沖擊非線性光學頻率變換實現(xiàn)方法，涉及基頻激光器、非線性光學晶體和溫控系統(tǒng)，其特征在于包括如下步驟①根據(jù)將要進行的非線性光學頻率變換的具體要求，設(shè)計并加工出兩塊非線性光學晶體；②將加工出的兩塊非線性光學晶體分別置于兩套材質(zhì)及尺寸相同的溫控系統(tǒng)以內(nèi)，并保持好晶體與溫控系統(tǒng)的完好接觸；③根據(jù)基頻激光功率的大小，通過實驗確定基頻激光器打開過程中所引起的非線性光學晶體溫度的最大起伏量；
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④將兩套包含非線性光學晶體的系統(tǒng)放置于激光光路中，通過溫控系統(tǒng)調(diào)節(jié)其溫度，分別找到其最佳相位匹配溫度；⑤分別設(shè)定兩套溫控系統(tǒng)的溫度，使其分別大于和小于各自的最佳相位匹配溫度，大于和小于最佳相位匹配溫度的量，即為③中所確定的最大溫度起伏量，從而完成補償，使得整個變頻裝置的轉(zhuǎn)換效率在激光打開的過程中維持恒定。本發(fā)明使用的非線性光學頻率變換方法，為溫度相位匹配方法。所述兩塊光學晶體可以是兩塊材質(zhì)、切割方向、尺寸相同的非線性光學晶體，也可以是兩塊材質(zhì)、切割方向、尺寸不同的非線性光學晶體。所述將加工出的兩塊非線性光學晶體分別置于兩套相同的溫控系統(tǒng)中，可以使兩套溫控系統(tǒng)有相同的溫度特性。所述的兩套相同的溫控系統(tǒng)可以是PID控制方式或是其他控制方式的溫控系統(tǒng)， 當外界條件發(fā)生變化時，兩套相同的溫控系統(tǒng)會有相同的溫度起伏。所述的將兩套包含非線性光學晶體和溫控系統(tǒng)的裝置放置于激光光路中，再通過調(diào)節(jié)其溫度分別找到兩套系統(tǒng)的最佳相位匹配溫度，是由于即使是兩塊材質(zhì)相同、切割角度相同的兩塊光學晶體，由于其放置的位置存在偏差，其最佳相位匹配溫度也不盡相同。所述的通過試驗確定基頻激光器打開過程中所引起的光學晶體溫度的最大起伏量，可以是分別將兩套溫控系統(tǒng)放入光路中測定，也可以是將兩套溫控系統(tǒng)同時放入光路中測定，因為晶體對基頻激光的吸收量微小，即使將兩套系統(tǒng)同時放入光路中測定，也可認為通過兩塊晶體的基頻激光功率大小相同。所述基頻激光器可以是全固態(tài)激光器，也可以是其它類型的激光器。所述分別將兩套溫控系統(tǒng)的控制溫度分別設(shè)定成高于和低于各自的最佳相位匹配溫度，是為了在基頻激光器打開而引起兩套溫控系統(tǒng)溫度的起伏過程中，兩塊光學晶體的溫度分別更接近和遠離其最佳相位匹配溫度，從而使兩套溫控系統(tǒng)的總的轉(zhuǎn)換效率維持恒定。所述變頻系統(tǒng)可運用于腔外頻率變換，也可以運用于腔內(nèi)頻率變換。本發(fā)明可以運用于非線性光學倍頻，也可運用于非線性光學和頻，也可運用于非線性光學差頻。本發(fā)明利用兩套溫控系統(tǒng)，且位于溫控系統(tǒng)內(nèi)的兩塊非線性光學頻率變換晶體擁有相同的材質(zhì)、切割方向、外形尺寸，并將其溫度分別設(shè)置成高于和低于各自的最佳相位匹配溫度，當基本激光器打開引起兩套溫控系統(tǒng)有相同的溫度起伏時，兩套系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率相互補償，解決了基頻激光器引起非線性光學晶體溫度起伏時，變頻后的激光輸出功率起伏的問題。本發(fā)明的有益效果是采用本發(fā)明生產(chǎn)的非線性光學頻率變換裝置能克服非線性光學頻率變換過程中，在剛剛打開基頻激光器時，變頻激光輸出功率由于非線性光學晶體溫度起伏而造成的激光輸出功率起伏，運用此方法制造的激光器，特別適用于諸如激光打標機等頻繁開關(guān)激光的激光設(shè)備。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
圖1是腔外倍頻532nm綠激光示意圖；圖2是光學晶體歸一化轉(zhuǎn)換效率理論計算圖。圖1中1-基頻激光器(1064nm)、2-第一非線性光學晶體、3-第二非線性光學晶體、4-鍥形分光鏡、5-剩余激光(1064nm)、6_倍頻綠激光(532nm)、7_第一溫控系統(tǒng)、8-第二溫控系統(tǒng)。
具體實施方式
參見附圖，本發(fā)明一種抗開光溫度沖擊非線性光學頻率變換實現(xiàn)方法，涉及基頻激光器1、非線性光學晶體2、3和溫控系統(tǒng)7、8，其特征在于包括如下步驟①根據(jù)將要進行的非線性光學頻率變換的具體要求，設(shè)計并加工出兩塊非線性光學晶體2、3;②將加工出的兩塊非線性光學晶體2、3分別置于兩套材質(zhì)及尺寸相同的溫控系統(tǒng)7、8以內(nèi)，并保持好晶體與溫控系統(tǒng)的完好接觸；③根據(jù)基頻激光功率的大小，通過實驗確定基頻激光器1打開過程中所引起的非線性光學晶體溫度的最大起伏量；④將兩套包含非線性光學晶體的系統(tǒng)放置于激光光路中，通過溫控系統(tǒng)7、8調(diào)節(jié)其溫度，分別找到其最佳相位匹配溫度；⑤分別設(shè)定兩套溫控系統(tǒng)7、8的溫度，使其分別大于和小于各自的最佳相位匹配溫度，大于和小于最佳相位匹配溫度的量，即為③中所確定的最大溫度起伏量，從而完成補償，使得整個變頻裝置的轉(zhuǎn)換效率在激光打開的過程中維持恒定。在本發(fā)明的實施例中，所述基頻激光器1是全固態(tài)激光器。在本發(fā)明的實施例中，所述兩塊光學晶體2、3是兩塊材質(zhì)、切割方向、尺寸相同的非線性光學晶體。以腔外倍頻532nm綠激光為例，說明本發(fā)明的具體運用。圖1為以腔外倍頻532nm 綠激光示意圖，非線性光學變頻晶體選用I類相位匹配的LBO晶體。兩塊LBO晶體尺寸均為4X4X15mm，切割角為Φ = 90° , Θ = 0°。正對基頻激光放置時，LBO晶體的最佳相位匹配溫度為150°C。兩塊光學晶體置于溫控系統(tǒng)內(nèi)，溫控系統(tǒng)由PID控制方式調(diào)節(jié)其溫度，且可以探測并顯示晶體溫度?；l激光為1064nm激光，分別進入兩塊光學晶體。如果基頻1064nm的激光經(jīng)過聚焦鏡，則需注意將兩塊晶體分別放置于焦點兩邊等長的位置，這樣兩塊晶體內(nèi)激光光斑大小相同，保證了兩塊晶體內(nèi)有相同的激光功率密度。變頻后的激光經(jīng)過鍥形分光鏡，實現(xiàn)剩余1064nm基頻激光與532nm倍頻激光的分離。圖2中的曲線為理論計算的歸一化變頻轉(zhuǎn)換效率隨晶體溫度變化的函數(shù)曲線， 為敘述方便，假定這里兩塊非線性晶體都正對激光放置，所以其最佳相位匹配溫度均為 150°C。打開基頻激光，測出當基頻激光打開時，晶體的最大溫度起伏為1°C。則分別將前后兩塊晶體的溫度設(shè)定為149°C和151°C，如圖中Al和Bl兩點所示。以后再打開基頻激光時，晶體2由于溫度升高，使得其溫度更為偏離其最佳相位匹配溫度，至B2點，其轉(zhuǎn)換效率下降Lb。但這時，晶體1由于溫度升高，使得其溫度更為接近最佳相位匹配溫度，至A2點， 其轉(zhuǎn)換效率上升La。上述作用過程，使得兩塊晶體的轉(zhuǎn)換效率實現(xiàn)補償，最終實現(xiàn)總體轉(zhuǎn)換效率基本維持恒定。雖然將兩塊晶體的溫度設(shè)定為偏離其最佳相位匹配溫度會降低其總體轉(zhuǎn)換效率，但這可以通過加長晶體通光尺寸來補償。另外，如參考文獻中所述，利用兩塊光學晶體，以通光方向為對稱軸，互成180°放置，也有利于補償非線性光學變頻過程中的激光走尚。
權(quán)利要求
1.一種抗開光溫度沖擊非線性光學頻率變換實現(xiàn)方法，涉及基頻激光器(1)、非線性光學晶體(2、3)和溫控系統(tǒng)(7、8)，其特征在于包括如下步驟①根據(jù)將要進行的非線性光學頻率變換的具體要求，設(shè)計并加工出兩塊非線性光學晶體O』；②將加工出的兩塊非線性光學晶體(2、3)分別置于兩套材質(zhì)及尺寸相同的溫控系統(tǒng) (7,8)以內(nèi)，并保持好晶體與溫控系統(tǒng)的完好接觸；③根據(jù)基頻激光功率的大小，通過實驗確定基頻激光器(1)打開過程中所引起的非線性光學晶體溫度的最大起伏量；④將兩套包含非線性光學晶體的系統(tǒng)放置于激光光路中，通過溫控系統(tǒng)(7、8)調(diào)節(jié)其溫度，分別找到其最佳相位匹配溫度；⑤分別設(shè)定兩套溫控系統(tǒng)(7、8)的溫度，使其分別大于和小于各自的最佳相位匹配溫度，大于和小于最佳相位匹配溫度的量，即為③中所確定的最大溫度起伏量，從而完成補償，使得整個變頻裝置的轉(zhuǎn)換效率在激光打開的過程中維持恒定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗開光溫度沖擊非線性光學頻率變換實現(xiàn)方法，其特征在于，所使用的基頻可以是全固態(tài)激光器，也可以是其它類型的激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗開光溫度沖擊非線性光學頻率變換實現(xiàn)方法，其特征在于，所使用的非線性光學頻率變換方法，為溫度相位匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗開光溫度沖擊非線性光學頻率變換實現(xiàn)方法，其特征在于，所使用的溫控系統(tǒng)，可采用的是PID控制方式，也可采用其它控制方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗開光溫度沖擊非線性光學頻率變換實現(xiàn)方法，其特征在于，可以運用于非線性光學倍頻，也可運用于非線性光學和頻，也可運用于非線性光學差頻。
全文摘要
一種抗開光溫度沖擊非線性光學頻率變換實現(xiàn)方法，涉及基頻激光器(1)、光學晶體(2、3)和溫控系統(tǒng)(7、8)，利用兩套非線性光學頻率變換裝置，并分別將其溫度設(shè)定為約高于和約低于最佳相位匹配溫度。這樣，當激光打開而使PID溫度控制系統(tǒng)產(chǎn)生一定范圍內(nèi)的溫度起伏時，兩套系統(tǒng)內(nèi)的晶體分別更偏離和更接近最佳相位匹配的溫度，從而使總體轉(zhuǎn)換效率維持恒定。此方法克服了當基頻激光打開而引起溫控系統(tǒng)溫度起伏時，輸出激光功率起伏的問題。是一種能克服非線性光學頻率變換剛剛開打基頻激光時，變頻激光輸出功率由于非線性光學晶體溫度起伏而造成的激光輸出功率起伏的抗開光溫度沖擊非線性光學頻率變換實現(xiàn)方法。
文檔編號G02F1/35GK102354072SQ201110280940
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者程賢坤, 金朝龍 申請人:蘇州天弘激光股份有限公司