專利名稱：高功率電磁和頻發(fā)生器系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高功率和頻發(fā)生器系統(tǒng)，其至少包括第一電磁源，如激光器，用于產(chǎn)生沿著傳播路徑發(fā)射的第一基本場和第二基本場。另外，本發(fā)明涉及從兩個入射基本場產(chǎn)生和頻電磁場的方法。
背景技術：
通過以非線性成分產(chǎn)生兩個基本場的和頻來產(chǎn)生光場是本領域中公知的。所產(chǎn)生的場的頻率為兩個基本場的頻率之和。如果這兩個基本場具有相同的頻率，則該過程被稱為二次諧波產(chǎn)生。和頻產(chǎn)生過程中的限制效應是指當和頻場達到一定功率水平時，轉(zhuǎn)換一 般將反轉(zhuǎn)，使得功率從和頻場轉(zhuǎn)移到基本場。該過程被稱為反轉(zhuǎn)。2009年6月14日在美國新澤西洲皮斯卡塔韋舉行的IEEE的歐洲激光和電光學會議及歐洲量子電子學會議(CLEO Europe - EQEC 2009，ISBN:978-1-4244-4079-5)中，Nishikawa等公開了一種使用周期性極化LiNb03脊波導產(chǎn)生589nm和頻光的系統(tǒng)。在所公開的系統(tǒng)中，來自輸出波長分別為1064nm和1319nm的兩個Nd: YAG激光器的光相結(jié)合并且耦合到周期性極化的鈮酸鋰模塊中，用于產(chǎn)生以589nm波長輸出的激光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是獲得一種用于產(chǎn)生和頻電磁場的新的高功率和頻發(fā)生器系統(tǒng)和/或方法，其至少克服或改進現(xiàn)有技術的缺點之一或者提供有用的替換。根據(jù)本發(fā)明，通過一種高功率和頻場發(fā)生器系統(tǒng)實現(xiàn)該目的，該和頻場發(fā)生器系統(tǒng)包括至少第一電磁源，如激光器，用于產(chǎn)生沿著傳播路徑發(fā)射的第一基本場和第二基本場，以及沿著所述傳播路徑串聯(lián)排列的第一非線性部件和第二非線性部件，其中第一非線性部件適合于從第一基本場和第二基本場產(chǎn)生第一和頻場，第一和頻場具有第一偏振，第二非線性部件適合于從入射的第一和第二基本場產(chǎn)生第二和頻場，第二和頻場具有第二偏振，第一和頻場和第二和頻場二者沿著所述傳播路徑傳播，并且其中所述系統(tǒng)具有包括第一和頻場和第二和頻場的輸出，并且其中第一偏振方向與第二偏振方向形成角度，使得這兩個偏振不平行。這樣，電磁和頻場被產(chǎn)生為具有不同偏振方向的兩個電磁場的疊加。從相關的非線性處理看到，第一和頻場和第二和頻場具有相同的額定頻率。這有助于當?shù)谝缓皖l場的功率水平增加時最小化從第一和頻場到基本場的反轉(zhuǎn)，否則的話將會限制性能。作為選擇，理想地，在基本場的剩余部分與第一和頻場一起入射到第二非線性部件中之前，在第一非線性部件中轉(zhuǎn)換了最大功率。在非理想情況下，在剩余部分入射到第二非線性部件中之前，在第一非線性部件中轉(zhuǎn)換了低于可獲得的最大功率。例如在為了以可變輸出功率操作而設計的系統(tǒng)中，將經(jīng)常遇到這種非理想情況。在第二非線性部件中，額外的功率從入射的基本場轉(zhuǎn)換為第二和頻場，而第一和頻場僅穿過該部件傳播。在第二非線性部件中，第一和頻場的功率將不反轉(zhuǎn)，因為在該部件中它與基本場不相位匹配，而只在第一非線性部件中與基本場相位匹配。同樣地，如果這兩個非線性部件的順序顛倒，那么在第一非線性部件中第二和頻場不反轉(zhuǎn)，因為它僅在第二非線性部件中與基本場相位匹配。定義在此應當將電磁場理解為包括真空波長在從IOnm到1000 μ m范圍內(nèi)的輻射，例如覆蓋紫外、可見、紅外和百億赫茲的范圍。在本文中，術語“波長”應當被理解為所給頻率的輻射的真空波長?！銇碚f，第一和頻場的偏振方向關于第一基本場可以具有0-180度范圍內(nèi)的角度，并且關于第二和頻場可以具有0-180范圍內(nèi)的角度。第一和頻場的偏振方向和第二和頻場的偏振方向之間的角度通常也可以在0-180度之間。這兩個基本場可以以任何相互角度極化，即，在0-180度范圍內(nèi)。由于所有偏振方向都可以被視作兩個正交分量的線性組合，所以只有當相互角度為90度時，才可以實現(xiàn)第一和頻場與第二和頻場完全去耦合。然而，可以在更寬的范圍內(nèi)獲得該和頻發(fā)生器系統(tǒng)的改進性能，如第一和第二和頻場的偏振方向之間的相互角度在45-135度、或者60-120、或者80-100度的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，第一非線性部件是III型相位匹配的非線性晶體，并且第二非線性部件是I型相位匹配的非線性晶體。因此，如果入射近基本場彼此平行地線性偏振，則沿著與基本場的偏振方向平行的方向線性偏振地產(chǎn)生第一和頻場。相反，垂直于兩個入射場線性偏振地產(chǎn)生第二和頻場。在下文中，除非在第一和第二非線性部件之間改變?nèi)肷浠緢龅钠穹较?，否則兩個和頻場將以相互垂直的偏振方向產(chǎn)生。一般來說，這兩個非線性部件沿著傳播路徑的順序可以顛倒。然而，對于高功率系統(tǒng)，驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過所述順序可以實現(xiàn)較大的擊穿功率閾值。這是由于以下事實1型晶體通常具有比III型晶體高的擊穿功率閾值，并且該擊穿閾值在較短波長的和頻場通常比在較長波長的基本場低得多。因此，優(yōu)選地設置III型晶體以產(chǎn)生第一和頻場，并且I型晶體產(chǎn)生第二和頻場并且同時允許第一和頻場一同穿過傳播。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，第一非線性部件是從由周期性極化的PP鈮酸鋰PPLN、PP磷酸鈦氧鉀PPKTP、PP鉭酸鋰PPLTa或者適合于提供III型相位匹配的任何其它非線性晶體構(gòu)成的組中選擇的非線性晶體。這些晶體選擇對于以高場功率和/或以高轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)生和頻場特別有利。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，第二非線性部件是從由三硼酸鋰LB0、偏硼酸鋇ΒΒ0、三硼酸鉍BiBO、硼酸銫鋰CLB0、鈮酸鋰LN或者適合于提供I型相位匹配的任何其它非線性晶體構(gòu)成的組中選擇的非線性晶體。這些晶體選擇對于以高場功率產(chǎn)生和頻場特別有利。例如，對于在1319nm和1064nm波長的基本場之間產(chǎn)生和頻來說，LBO是特別有利的，因為該晶體允許非臨界(uncritical)的相位匹配，即，在基本場和所產(chǎn)生的場之間不出現(xiàn)走離(walk-off)。走離減小非臨界相位匹配的(塊狀)晶體的效率。在用于從入射基本場產(chǎn)生和頻場的可選實施例中，其中輸入基本場彼此垂直偏振，第一和/或第二非線性部件是包括三硼酸鋰LB0、偏硼酸鋇ΒΒ0、三硼酸鉍BiBO、硼酸銫鋰CLBO或磷酸鈦養(yǎng)鉀KTP的非線性晶體。、
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，第一非線性晶體和/或第二非線性晶體沿著傳播路徑對于塊狀晶體具有l(wèi)_50mm或者3_30mm的長度，或者對于周期性極化PP晶體具有均等的l-20mm的長度。部件長度一般應當被選擇為針對入射基本場的典型功率水平，實現(xiàn)所產(chǎn)生的和頻場的最大功率。然而，如果將該晶體選擇得太長，則在該晶體中產(chǎn)生的和頻場將開始反轉(zhuǎn)到基本場。實際上，如果晶體更長，所產(chǎn)生的和頻場中的功率將全部轉(zhuǎn)換回到基本場。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，第一和第二非線性部件被整體形成為周期性極化的PP晶體，該PP晶體至少具有第一部分和第二部分，其中第一部分適合于產(chǎn)生第一和頻場，并、且第二部分適合于產(chǎn)生第二和頻場。這樣，可以實現(xiàn)特別緊湊且穩(wěn)定的和頻發(fā)生器，因為作為一個單元提供這兩個非線性部件。因此，在組裝期間不需要在兩個部件之間對準，并且在存儲或操作時不可能出現(xiàn)未對準。在根據(jù)前一實施例的特定實施例中，PP晶體包括多個交替的第一部分和第二部分，即，使得傳播的電磁場首先穿過第一部分傳播，然后穿過第二部分，然后穿過另一個第一部分，然后穿過另一個第二部分等等。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，第一部分具有第一極化周期并且第二部分具有第二極化周期，其中第一極化周期提供用于產(chǎn)生其偏振垂直于入射基本場的偏振的第一和頻場的相位匹配，并且其中第二極化周期提供用于產(chǎn)生其偏振平行于入射基本場的偏振的第二和頻場的相位匹配。這樣，第一和頻場垂直并且因此獨立于第二和頻場。因此，在第一和第二和頻場中的輻射之間不出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，從而增加該裝置中可以產(chǎn)生的最大功率。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述周期性極化的PP晶體包括符號為LiTaO3的碳酸鋰LTa，或者可以支持用于產(chǎn)生第一和第二和頻場的相位匹配的具有二階磁化率張量的另一材料。由于PPLTa晶體材料的高損壞閾值，其對于高功率應用是有利的。對于產(chǎn)生功率大于O. 5W-1. Off的可見光的情況尤其如此，在此情況下其它普通選擇，如PPKTP或者PPLN不夠魯棒。然而，對于遠離損壞閾值極限的較低功率水平來說，PPKTP或PPLN可能是有利的，因為其非線性系數(shù)deff比PPLTa的高。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，第一和第二非線性部件被整體形成為周期性極化的AP晶體，其中該AP晶體適合于通過在第一和第二入射基本場與第一和頻場之間以及在第一和第二入射基本場與第二和頻場之間同時提供相位匹配來產(chǎn)生第一和第二和頻場。這樣，可以實現(xiàn)特別緊湊的裝置，因為可以沿著該AP晶體的整個長度產(chǎn)生這兩個和頻場。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，該系統(tǒng)還至少包括沿著所述傳播路徑并且在第一非線性部件和第二非線性部件之間的第一光學部件。在一特別實施例中，該光學部件是透鏡、二色分光鏡或偏振分光鏡、旋轉(zhuǎn)器、反射鏡或者任何其它無源或有源部件中的任何一個。該系統(tǒng)可以包括從同一類中選擇的其它光學部件。在第一和第二非線性部件之間的透鏡形式的光學部件可以例如用于在電磁場入射到第二非線性部件中之前重新聚焦該電磁場。在另一特別實施例中，兩個非線性部件中的一個或二者可以包括在一個或多個腔體中。例如，一個非線性部件在單個腔體中并且另一個非線性部件在該腔體外部，兩個非線性部件都在單個腔體中，或者一個非線性部件在一個腔體中并且另一個非線性部件在另一個腔體中。根據(jù)該實施例，所述光學部件為對于和頻場具有高傳輸并且對于基本場具有部分傳輸或高傳輸?shù)姆瓷溏R。此外，根據(jù)本發(fā)明，還通過一種用于從兩個入射基本場產(chǎn)生和頻電磁場的方法實現(xiàn)所述目的，其中所述方法包括以下步驟a)提供第一基本場和第二基本場，b)第一和第二基本場穿過第一非線性部件傳播，從而從第一和第二基本場產(chǎn)生第一和頻場，第一和頻場具有第一偏振，以及c)第一和第二基本場以及第一和頻場穿過第二非線性部件傳播，從而從第一和第二基本場產(chǎn)生第二和頻場，第二和頻場具有第二偏振，第一和第二偏振不平行。這樣，由于減輕了因反轉(zhuǎn)而對可獲得的最大功率的限制，所以實現(xiàn)了和頻場的有效產(chǎn)生。特別地，第一 和頻場僅在第一非線性部件中與入射基本場相位匹配，而在第二非線性部件不與入射基本場相位匹配。因此，僅在第一非線性部件中可以發(fā)生第一和頻場中的功率反轉(zhuǎn)回到入射基本場，而不會在第二非線性部件中發(fā)生。同樣地，僅在第二非線性部件中可以發(fā)生第二和頻場中的功率反轉(zhuǎn)回到入射基本場，而不會在第一非線性部件中發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的方法的一實施例，第一和頻場的偏振基本垂直于第二和頻場的偏振。這樣，第一和第二和頻場之間的重疊被最小化，從而防止反轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個實施例，第一非線性部件是III型晶體，并且第二非線性部件是I型晶體。這樣，第一非線性部件適合于產(chǎn)生其偏振平行于入射基本場的偏振的和頻場，并且第二非線性部件適合于產(chǎn)生其偏振垂直于入射基本場的偏振的和頻場。一般來說，這兩個非線性部件沿著傳播路徑的順序可以顛倒。然而，對于高功率系統(tǒng)，驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過所述順序可以實現(xiàn)較大的擊穿功率閾值。這是由于以下事實1型晶體通常具有比III型晶體高的擊穿功率閾值，并且該擊穿閾值在較短波長的和頻場通常比在較長波長的基本場低得多。因此，優(yōu)選地設置III型晶體以產(chǎn)生第一和頻場，并且I型晶體產(chǎn)生第二和頻場并且同時允許第一和頻場一同穿過傳播。根據(jù)本發(fā)明的方法的一實施例，用于產(chǎn)生二次諧波，第一基本場和第二基本場是簡并的。二次諧波產(chǎn)生是和頻場產(chǎn)生的特殊情況，其中第一和第二基本場是簡并的，即，波長、傳播方向、相位和偏振相同。所產(chǎn)生的場的頻率是基本場的頻率的兩倍。根據(jù)本發(fā)明的方法的一實施例，用于產(chǎn)生具有589nm額定波長的和頻場，第一基本場具有1064nm的額定波長,并且第二基本場具有1319nm的額定波長。


下面參照附圖詳細描述本發(fā)明，其中圖I是本發(fā)明一實施例的示意圖，圖2a和圖2b是本發(fā)明的兩個實施例中偏振方向的示意圖，圖3是第一和第二非線性部件的實施例，圖4是第一和第二非線性部件的另一個實施例，圖5是第一和第二非線性部件的第三實施例，圖6是與一個實例相對應的計算數(shù)據(jù)，圖7是與另一個實例相對應的計算數(shù)據(jù)，以及圖8是本發(fā)明的系統(tǒng)的另一個實施例。
具體實施方式
圖I示出根據(jù)本發(fā)明的高功率電磁和頻發(fā)生器系統(tǒng)100的示意圖。電磁源101，典型地為激光器，產(chǎn)生沿著傳播路徑發(fā)射的兩個基本場，即第一基本場102和第二基本場103?；緢?02、103入射到第一非線性部件104中，從而產(chǎn)生第一和頻場105。第一和頻場105以一個主要偏振方向產(chǎn)生,例如垂直或平行于基本場102、103的偏振方向。隨后,第一基本場102和第二基本場103與第一和頻場105 —起入射到第二非線性部件106中。在此，由基本場102、103產(chǎn)生第二和頻場107，而第一和頻場105僅穿過第二非線性部件106傳播。第二和頻場107還以不同于第一和頻場105的偏振方向的一個主要偏振方向產(chǎn)生。以這種方式防止第一和頻場105參與第二非線性部件106中的非線性過程，從而使反轉(zhuǎn)最小化。圖2更詳細地示出本發(fā)明的一個實施例的基本場和所產(chǎn)生的場的偏振方向。在圖2a中，第一基本場202a和第二基本場203a以彼此平行的偏振方向線性偏振。在第一非線性部件204a內(nèi)，以垂直于基本場202a、203a的偏振方向產(chǎn)生第一和頻場205a。然后這兩個基本場202a、203a中的剩余功率被發(fā)射到第二非線性部件206a中，在其中以平行于基本場202a、203a的偏振方向產(chǎn)生第二和頻場207a。因此，第一和頻場205a和第二和頻 場207a彼此垂直偏振，防止兩個場205a、207a之間相位匹配。在該圖中，基本場202a、203a的剩余部分被示出為與第一和頻場205a和第二和頻場207a —起從第二非線性部件206a發(fā)射。注意，第一和第二和頻場具有相同的頻率，并且因此可以被看作為單個去偏振場。通過使用I型非線性晶體作為第一非線性部件204a并且使用III型非線性晶體作為第二非線性部件206a可以實現(xiàn)圖2a中所示的系統(tǒng)200a。第一和第二非線性部件204a、206a的順序可以互換而不會偏離本發(fā)明。在圖2b中，第一基本場202b和第二基本場203b也線性偏振,但是它們的偏振方向相互垂直。在第一非線性部件204b中，以平行于第一基本場202b的偏振方向產(chǎn)生第一和頻場205b。在第二非線性部件206b中，以平行于第二基本場203b的偏振方向產(chǎn)生第二和頻場207b。在與圖2b中所示的相對應的例子中，波長為1064nm的第一基本場202b和波長為1319nm的第二基本場和頻轉(zhuǎn)換為波長為589nm的和頻場205b、207b。這兩個基本場相互垂直地線性偏振。兩個非線性LBO晶體被用作第一非線性部件204b和第二非線性部件206b，并且每個具有尋常軸和非常軸。這兩個晶體被對準為使得它們的尋常軸和非常軸分別對準。假定工作溫度為350K計算以下參數(shù)。以角度θ=33.4°，φ=90·0°切割第一晶體204b。這樣，第一晶體204b適合于在沿著非常軸偏振的1319nm的光和沿著尋常軸偏振的1064nm的光之間提供相位匹配，并且產(chǎn)生沿著尋常軸偏振的和場。以角度θ=19. 1°，φ=0.0°切割第二晶體206b，并且因此也適合于在沿著非常軸偏振的1319nm的光和沿著尋常軸偏振的1064nm的光之間提供相位匹配。然而，第二晶體206b適合于產(chǎn)生沿著非常軸偏振的和場。因此，在第一晶體204b中產(chǎn)生的和場205b與在第二晶體206b中產(chǎn)生的和場207b的偏振方向垂直。這兩個晶體的順序可以顛倒。在圖2b中所示的系統(tǒng)的特定情況下，第一基本場202b和第二基本場203b是用于產(chǎn)生諧波的單個場的兩個偏振成分。在此情況下，單個基本場關于第一非線性部件204b的軸以大約45度的偏振角入射到該非線性部件中。這樣,這兩個偏振分成將承載大約相等的功率。
圖2c示出第一和頻場205c和第二和頻場207c之間的最佳角度,而圖2d示出可允許的角度。如圖2c中所示，為了實現(xiàn)這兩個和頻場205c、205d ;207c、207d的完全去耦合，這些場必須是垂直的。然而，第二和頻場207c、207d可以總被描述為與第一和頻場205c、205d垂直的偏振成分和平行的偏振成分的組合，反過來對于第一和頻場也是如此。因此，對于垂直偏振成分有限的所有情況，即，對于兩個和頻場之間在30-150度范圍內(nèi)或者甚至在45-135度范圍內(nèi)的所有角度，都觀察到本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)點。注意，可以在0-180度范圍中映射所有方向，因為方向的反向?qū)谙辔蛔兓?。圖3示出第一非線性部件304和第二非線性部件306的實施例，其中它們由單個周期極化的PP非線性晶體330整體形成。PP晶體330至少包括第一部分331和第二部分332。第一部分331適合于產(chǎn)生第一和頻場，第二部分332適合于產(chǎn)生第二和頻場。圖4示出與圖3中所示實施例相對應的PP晶體430的實施例,其中相同的參考標號表示相同的部分。因此，在此只描述兩圖之間的差別。在本實施例中，第一部分431適合于通過以第一周期Λ i周期極化晶體430來產(chǎn)生第一和頻場，并且第二部分432適合于通過以第二周期A2極化來產(chǎn)生第二和頻場。這兩個極化周期必須被選擇為例如使得第一周期確保垂直于基本場產(chǎn)生的和頻場相位匹配，并且使得第二周期確保平行于基本場產(chǎn)生的和頻場相位匹配。圖5示出與圖4中所示的實施例相對應的PP晶體530的實施例，其中相同的參考標號表示相同的部分。因此，在此只描述兩圖之間的差別。在本實施例中，晶體530包括順序排列的多個第一部分531和多個第二部分532。圖6示出根據(jù)使用單個晶體產(chǎn)生和頻的實例，作為傳播距離的函數(shù)計算出的功率水平。該實例考慮PPLN晶體，即III型晶體。兩個脈沖激光器被用作產(chǎn)生基本場的電磁源。一個激光器發(fā)射1064nm波長的光，平均功率為6W，另一個激光器發(fā)射1319nm波長的光，平均功率為5W。已經(jīng)使用例如在Springer出版社2006年出版的W. Koechner所著的"Solid-State Laser Engineering"中給出的三個I禹合方程進行這三個光學場中的功率水平的計算。在兩個基本場之間呈現(xiàn)小的相位失配。最初觀察到589nm波長的和頻場隨著傳播距離而增加，直到該場在晶體內(nèi)傳播了 I. Imm后，獲得大約3. 7W的最大值。如果允許場進一步傳播，則功率從和頻場反轉(zhuǎn)到基本場。在傳播2. 2mm的距離之后，觀察到和頻場完全耗盡，即，全部功率再次回到兩個基本場中。圖7示出與圖6中所示的實例有關的計算。然而，在此PPLN晶體被縮短到I. Imm,以從該晶體獲得最大轉(zhuǎn)換。接下來，兩個基本場和所產(chǎn)生的和頻場入射到可以使I型過程相位匹配的LBO晶體中?，F(xiàn)在長度刻度示出PPLN和LBO晶體的組合長度；注意，與圖6相t匕，刻度改變?？梢钥吹?，在整個計算區(qū)域中，功率不斷轉(zhuǎn)換到和頻場中，即，沒有看到反轉(zhuǎn)。這樣，看到產(chǎn)生超過7W的功率。然而，應該指出，和頻場現(xiàn)在包含平行和垂直于基本場的極化方向極化的成分。對于高的場功率是重要的普通應用來說，混合偏振成分是無關緊要的。 圖8不出與圖I中所不的系統(tǒng)相對應的另一個系統(tǒng)實施例，其中相同的參考標號表示相同的部分。因此，在此只描述這兩個實施例之間的差別。在此，在兩個非線性部件之間包括光學部件。該光學部件例如是二色分光鏡或偏振分光鏡、旋轉(zhuǎn)器、反射鏡或者其它有源或無源部件。此外，兩個非線性部件之一或二者可以包括在一個或多個腔體中。例如，一個非線性部件在單個腔體中并且另一個非線性部件在該腔體外部，兩個非線性部件在單個腔體中，或者一個非線性部件在一個腔體中并且另一個非線性部件在另一個腔體中。在此情況下，該光學部件可以是對于和頻場具有高傳輸性并且對于基本場具有部分傳輸性或高傳輸性的反射鏡。對本領域的技術人員來說，顯然在非線性部件之間和非線性部件的任一側(cè)上，該系統(tǒng)還可以包括另外的光學部件。根據(jù)優(yōu)選實施例描述了上述例子。然而，本發(fā)明不局限于這些實施例。例如，這些實施例是以用于產(chǎn)生兩個基本場的單個電磁源示出的。然而，可以將兩個分開的電磁源用于此目的。此外，術語第一和第二非線性部件不意味著表示這兩個部件關于傳播方向的具體順序。參考標號列表Al，Λ 2極 化周期100, 200a, 200b, 800 和頻場發(fā)生器系統(tǒng)101, 201a, 201b, 801 電磁源102, 202a, 202b, 802 第一基本場103, 203a, 203b, 803 第二基本場104, 204a, 204b, 304, 804 第一非線性部件105, 205a, 205b, 205c, 205d, 805 第一和頻場106, 206a, 206b, 306, 806 第二非線性部件107, 207a, 207b, 207c, 207d, 807 第二和頻場330, 430, 530周期性極化非線性晶體331, 431, 531 第一部分332，432，532 第二部分880 光學部件
權(quán)利要求
1.一種高功率和頻場發(fā)生器系統(tǒng)，包括 至少第一電磁源，如激光器，用于產(chǎn)生沿著傳播路徑發(fā)射的第一基本場和第二基本場；以及 沿著所述傳播路徑串聯(lián)排列的第一非線性部件和第二非線性部件，其中 第一非線性部件適合于從第一基本場和第二基本場產(chǎn)生第一和頻場，第一和頻場具有第一偏振； 第二非線性部件適合于從第一和第二入射基本場產(chǎn)生第二和頻場，第二和頻場具有第二偏振; 第一和頻場和第二和頻場二者沿著所述傳播路徑傳播，并且其中 所述系統(tǒng)具有包括第一和頻場和第二和頻場的輸出，并且其中第一偏振方向與第二偏振方向形成角度，使得這兩個偏振不平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高功率電磁和頻發(fā)生器系統(tǒng)，其中第一非線性部件是III型相位匹配的非線性晶體，并且第二非線性部件是I型相位匹配的非線性晶體。
3.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的高功率電磁和頻發(fā)生器系統(tǒng)，其中第一非線性部件是從由周期性極化的PP鈮酸鋰PPLN、PP磷酸鈦氧鉀PPKTP、PP鉭酸鋰PPLTa或者適合于提供III型相位匹配的任何其它非線性晶體構(gòu)成的組中選擇的非線性晶體。
4.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的高功率電磁和頻發(fā)生器系統(tǒng)，其中第二非線性部件是從由三硼酸鋰LBO、偏硼酸鋇BBO、三硼酸鉍BiBO、硼酸銫鋰CLB0、鈮酸鋰LN或者適合于提供I型相位匹配的任何其它非線性晶體構(gòu)成的組中選擇的非線性晶體。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高功率電磁和頻發(fā)生器系統(tǒng)，其中第一非線性晶體和/或第二非線性晶體沿著傳播路徑對于塊狀晶體具有l(wèi)_50mm或者3_30mm的長度，或者對于周期性極化PP晶體具有均等的l_20mm的長度。
6.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的高功率電磁和頻發(fā)生器系統(tǒng)，其中第一和第二非線性部件被整體形成為周期性極化的PP晶體，該PP晶體至少具有第一部分和第二部分，其中第一部分適合于產(chǎn)生第一和頻場，并且第二部分適合于產(chǎn)生第二和頻場。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高功率電磁和頻發(fā)生器系統(tǒng)，其中第一部分具有第一極化周期并且第二部分具有第二極化周期，其中第一極化周期提供用于產(chǎn)生其偏振垂直于入射基本場的偏振的第一和頻場的相位匹配，并且其中第二極化周期提供用于產(chǎn)生其偏振平行于入射基本場的偏振的第二和頻場的相位匹配。
8.根據(jù)項權(quán)利要求6或7所述的高功率電磁和頻發(fā)生器系統(tǒng)，其中所述周期性極化的晶體包括符號為LiTaO3的碳酸鋰LTa，或者可以支持用于產(chǎn)生第一和第二和頻場的相位匹配的具有二階磁化率張量的另一材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的高功率電磁和頻發(fā)生器系統(tǒng)，其中第一和第二非線性部件被整體形成為周期性極化的AP晶體，其中該AP晶體適合于通過在第一和第二入射基本場與第一和頻場之間以及在第一和第二入射基本場與第二和頻場之間同時提供相位匹配來產(chǎn)生第一和第二和頻場。
10.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的高功率電磁和頻發(fā)生器系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還至少包括沿著所述傳播路徑并且在第一非線性部件和第二非線性部件之間的第一光學部件。
11.一種用于從兩個入射基本場產(chǎn)生和頻電磁場的方法，其中所述方法包括以下步驟 a)提供第一基本場和第二基本場， b)第一和第二基本場穿過第一非線性部件傳播，從而從第一和第二基本場產(chǎn)生第一和頻場，第一和頻場具有第一偏振，以及 c)第一和第二基本場以及第一和頻場穿過第二非線性部件傳播，從而從第一和第二基本場產(chǎn)生第二和頻場，第二和頻場具有第二偏振，第一和第二偏振不平行。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中第一和頻場的偏振垂直于第二和頻場的偏振。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中第一非線性部件是III型晶體并且第二非線性部件是I型晶體。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項所述的方法，用于產(chǎn)生二次諧波，其中第一基本場和第二基本場是簡并的。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項所述的方法，用于產(chǎn)生589nm額定波長的和頻場，其中第一基本場具有1064nm的額定波長,并且第二基本場具有1319nm的額定波長。
全文摘要
一種高功率和頻場發(fā)生器系統(tǒng)包括至少第一電磁源，如激光器，用于產(chǎn)生沿著傳播路徑發(fā)射的第一基本場和第二基本場；以及沿著所述傳播路徑串聯(lián)排列的第一非線性部件和第二非線性部件，其中第一非線性部件適合于從第一基本場和第二基本場產(chǎn)生第一和頻場，第一和頻場具有第一偏振；第二非線性部件適合于從入射的第一和第二基本場產(chǎn)生第二和頻場，第二和頻場具有第二偏振；第一和頻場和第二和頻場二者沿著所述傳播路徑傳播，并且其中所述系統(tǒng)具有包括第一和頻場和第二和頻場的輸出，并且其中第一偏振方向與第二偏振方向形成角度，使得這兩個偏振不平行。
文檔編號G02F1/35GK102667605SQ201080058326
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者杰斯伯·里特普·莫滕森, 杰斯伯·魯貝奇·拉斯姆森, 莫滕·托爾豪基 申請人:艾德瓦萊特私人有限公司