本實(shí)用新型涉及一種非線性光學(xué)器件。

背景技術(shù)：

目前，光學(xué)非線性過(guò)程是激光頻率拓展的重要手段，通過(guò)這種方式，能夠以更為低廉的成本得到深紫外激光、中遠(yuǎn)紅外激光或者太赫茲振蕩，激光設(shè)計(jì)更為緊湊。光學(xué)非線性轉(zhuǎn)換主要是利用光在材料中的非線性效應(yīng)和拉曼效應(yīng)等，這些效應(yīng)只有在高能激光的作用下才表現(xiàn)明顯，其頻率轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量效率也直接取決于材料中基頻光的能量密度以及光作用的長(zhǎng)度。受到材料性能、尺寸、質(zhì)量、成本等方面的限制，要獲得高效的激光非線性轉(zhuǎn)換并不容易。將基頻光約束在非線性光學(xué)材料中獲得高能量密度，從而提高能量轉(zhuǎn)換效率，這是非線性光學(xué)器件設(shè)計(jì)中最為常用的方法。通常都是將非線性光學(xué)材料直接置于激光振蕩腔中，即腔內(nèi)非線性轉(zhuǎn)換，這在實(shí)踐中獲得了很好的效果，例如激光腔內(nèi)倍頻。而非線性光學(xué)材料無(wú)法置于光學(xué)振蕩腔中時(shí)，即腔內(nèi)非線性轉(zhuǎn)換，這時(shí)激光非線性轉(zhuǎn)換效率將嚴(yán)重降低；或者必須采用操作條件嚴(yán)苛、成本高昂的技術(shù)手段，方能提高激光非線性轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種非線性光學(xué)器件，它借助閃耀光柵的閃耀特性，使基頻激光能夠被有效地約束在閃耀光柵和全反射鏡構(gòu)成的振蕩腔中，進(jìn)而在非線性光學(xué)材料中完成非線性轉(zhuǎn)換，從而提高激光非線性轉(zhuǎn)換效率。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是：一種非線性光學(xué)器件，它包括：

閃耀光柵，當(dāng)基頻激光沿著閃耀光柵的入射方向入射所述閃耀光柵時(shí)，所述基頻激光中的大部分反射至閃耀光柵的閃耀方向上；當(dāng)基頻激光沿著閃耀光柵的閃耀方向入射閃耀光柵時(shí)，基頻激光中的大部分將會(huì)反向沿閃耀方向傳播；其中，所述入射方向和閃耀方向關(guān)于閃耀光柵的法線對(duì)稱；

振蕩部分，所述振蕩部分包括非線性光學(xué)材料和全反射鏡，所述非線性光學(xué)材料和全反射鏡沿著閃耀光柵的閃耀方向依次設(shè)置，并且所述全反射鏡和所述閃耀光柵構(gòu)建成振蕩腔，所述非線性光學(xué)材料用于將入射至非線性光學(xué)材料的基頻激光中的至少一部分轉(zhuǎn)換為非線性激光，所述全反射鏡用于將入射至全反射鏡的非線性激光輸出和用于將入射至全反射鏡的基頻激光沿閃耀光柵的閃耀方向的反向反射至閃耀光柵上。

進(jìn)一步為了對(duì)基頻激光進(jìn)行整形，使之到達(dá)非線性光學(xué)材料時(shí)，單位面積上的能量密度得到提高以提升非線性轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)，光束傳輸?shù)介W耀光柵時(shí)，單位面積上的能量密度降低以保護(hù)光柵，所述振蕩部分還包括用于將沿著閃耀光柵的閃耀方向傳送的基頻激光的光束半徑縮小的腔內(nèi)整形透鏡，所述腔內(nèi)整形透鏡、所述非線性光學(xué)材料和全反射鏡沿著閃耀光柵的閃耀方向依次設(shè)置。

進(jìn)一步為了使入射的基頻激光保持高的傳輸質(zhì)量，降低單位面積上的能量密度以免損壞閃耀光柵，并防止閃耀光柵反射回的光對(duì)基頻激光光源造成破壞，沿著閃耀光柵30的入射方向依次設(shè)置有光隔離器20和用于將沿著閃耀光柵30的入射方向傳送的基頻激光的光束半徑擴(kuò)大的腔外整形透鏡10，所述光隔離器用于通過(guò)沿著閃耀光柵的入射方向入射的基頻激光和阻止通過(guò)沿著閃耀光柵的入射方向的反向反射的基頻激光。

進(jìn)一步，所述腔外整形透鏡為對(duì)基頻激光進(jìn)行增透的擴(kuò)束鏡。

進(jìn)一步，所述非線性光學(xué)材料包括具有非線性效應(yīng)或拉曼效應(yīng)的光學(xué)材料。

進(jìn)一步，所述非線性光學(xué)材料為KTP晶體或PbWO₄晶體。

進(jìn)一步，所述非線性光學(xué)材料的近閃耀光柵的一端對(duì)非線性激光全反射，所述非線性光學(xué)材料的遠(yuǎn)閃耀光柵的一端對(duì)非線性激光增透。

采用了上述技術(shù)方案后，閃耀光柵和全反射鏡構(gòu)建一個(gè)振蕩腔，其中閃耀光柵對(duì)于基頻激光在某一特定衍射級(jí)上具有閃耀特性，即基頻激光沿這一特定衍射級(jí)方向入射該閃耀光柵時(shí)，大部分基頻激光將會(huì)沿同一光路反向傳播，該衍射級(jí)方向?yàn)殚W耀方向；同樣，全反射鏡也會(huì)把基頻激光反射回入射光路，因此，在該腔內(nèi)，基頻激光的每一次往返過(guò)程中都只有很少一部分會(huì)由于閃耀光柵的衍射和反射逸出。與閃耀方向同一衍射級(jí)的方向，其與閃耀方向通過(guò)光柵法線相對(duì)稱，該方向?yàn)槿肷浞较?，?dāng)基頻激光沿入射方向入射閃耀光柵時(shí)，大部分基頻激光將會(huì)由于鏡面反射傳播到閃耀方向，其余部分會(huì)反射回入射光路或衍射到其它衍射級(jí)，所以選擇入射方向作為基頻激光輸入方向，選擇合適的非線性光學(xué)材料置于設(shè)計(jì)好的振蕩腔中，基頻激光注入腔內(nèi)后，在其完全損耗前能夠多次通過(guò)非線性光學(xué)材料，從而提高非線性轉(zhuǎn)換的效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的非線性光學(xué)器件的原理圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示，一種非線性光學(xué)器件，它包括：

閃耀光柵30，當(dāng)基頻激光沿著閃耀光柵30的入射方向入射所述閃耀光柵30時(shí)，所述基頻激光中的大部分反射至閃耀光柵30的閃耀方向上；當(dāng)基頻激光沿著閃耀光柵30的閃耀方向入射閃耀光柵30時(shí)，基頻激光中的大部分將會(huì)反向沿閃耀方向傳播；其中，所述入射方向和閃耀方向關(guān)于閃耀光柵30的法線對(duì)稱；

振蕩部分，所述振蕩部分包括非線性光學(xué)材料50和全反射鏡60，所述非線性光學(xué)材料50和全反射鏡60沿著閃耀光柵30的閃耀方向依次設(shè)置，并且所述全反射鏡60和所述閃耀光柵30構(gòu)建成振蕩腔，所述非線性光學(xué)材料50用于將入射至非線性光學(xué)材料50的基頻激光中的至少一部分轉(zhuǎn)換為非線性激光，所述全反射鏡60用于將入射至全反射鏡60的非線性激光輸出和用于將入射至全反射鏡60的基頻激光沿閃耀光柵30的閃耀方向的反向反射至閃耀光柵30上。

其中，閃耀光柵30為反射型光柵，對(duì)基頻激光ν的閃耀方向?yàn)?i>l2，對(duì)應(yīng)的干涉級(jí)為+n，法線為l，以之為對(duì)稱軸，有干涉級(jí)-n，對(duì)應(yīng)的方向?yàn)?i>l1，o點(diǎn)為基頻激光ν的入射點(diǎn)。全反射鏡60是對(duì)基頻激光ν而已，能將其完全反射回原光路，對(duì)于非線性激光ν’來(lái)說(shuō)，其增透以輸出轉(zhuǎn)換得到的激光。在閃耀光柵30和全反射鏡60構(gòu)成的振蕩腔中，還可根據(jù)需要增加各種光學(xué)器件，以使基頻激光ν在非線性光學(xué)材料50中更為有效地轉(zhuǎn)換為非線性激光ν’。

利用閃耀光柵30不同衍射級(jí)的衍射特性存在不同，且其閃耀方向具有很高的反射率，設(shè)計(jì)一種非線性光學(xué)器件，該光學(xué)器件以閃耀光柵30的衍射級(jí)+n（方向l2）和全反射鏡60構(gòu)成一個(gè)振蕩腔，使得基頻激光ν沿閃耀光柵30的衍射級(jí)-n（方向?yàn)閘1）注入后能夠在腔內(nèi)多次往返傳播，衍射級(jí)+n和-n通過(guò)閃耀光柵30的法線l相對(duì)稱，將具有非線性效應(yīng)或者拉曼效應(yīng)的非線性光學(xué)材料50放置在振蕩腔中，當(dāng)基頻激光ν的能量密度超過(guò)非線性轉(zhuǎn)換閾值時(shí)，通過(guò)非線性光學(xué)材料50的基頻激光ν轉(zhuǎn)換為非線性激光ν’。

進(jìn)一步地，如圖1所示，所述振蕩部分還包括用于將沿著閃耀光柵30的閃耀方向傳送的基頻激光的光束半徑縮小的腔內(nèi)整形透鏡40，所述腔內(nèi)整形透鏡40、所述非線性光學(xué)材料50和全反射鏡60沿著閃耀光柵30的閃耀方向依次設(shè)置。腔內(nèi)整形透鏡40用于基頻激光ν整形，以使進(jìn)入非線性光學(xué)材料50的基頻激光ν能量密度得到提高，且基頻激光ν返回閃耀光柵時(shí)，能量密度不致于太高而損壞光柵，其對(duì)基頻激光ν增透。

進(jìn)一步地，如圖1所示，沿著閃耀光柵30的入射方向依次設(shè)置有光隔離器20和用于將沿著閃耀光柵30的入射方向傳送的基頻激光的光束半徑擴(kuò)大的腔外整形透鏡10，所述光隔離器20用于通過(guò)沿著閃耀光柵30的入射方向入射的基頻激光和阻止通過(guò)沿著閃耀光柵30的入射方向的反向反射的基頻激光；具體地，光隔離器20對(duì)于沿c→d傳播的基頻激光ν完全通過(guò)，而基頻激光沿o→e傳播時(shí)將無(wú)法通過(guò)光隔離器20，光隔離器20作用在于防止從閃耀光柵30反射的基頻激光ν對(duì)入射光源可能造成的破壞；利用腔外整形透鏡10和光隔離器20使入射的基頻激光ν保持高的傳輸質(zhì)量，降低單位面積上的能量密度以免損壞閃耀光柵30，并防止閃耀光柵30反射回的光對(duì)基頻激光ν光源造成破壞。

所述腔外整形透鏡10為對(duì)基頻激光進(jìn)行增透的擴(kuò)束鏡。

所述非線性光學(xué)材料50包括具有非線性效應(yīng)或拉曼效應(yīng)的光學(xué)材料，具體地，包括非線性光學(xué)晶體及具有拉曼效應(yīng)的晶體、陶瓷、液體、氣體，其兩端鍍上效應(yīng)的光學(xué)膜。

所述非線性光學(xué)材料50為KTP晶體或PbWO₄晶體。當(dāng)所述非線性光學(xué)材料50為KTP晶體時(shí)，由光纖激光器輸出1064nm激光，注入非線性光學(xué)器件，從全反射鏡輸出532nm倍頻激光；當(dāng)所述非線性光學(xué)材料50為PbWO₄晶體時(shí)，由光纖激光器輸出1064nm激光，注入非線性光學(xué)器件，從全反射鏡輸出1.1μm拉曼激光。

所述非線性光學(xué)材料50的近閃耀光柵30的一端對(duì)非線性激光全反射，所述非線性光學(xué)材料50的遠(yuǎn)閃耀光柵30的一端對(duì)非線性激光增透。

本實(shí)用新型的工作原理如下：

選擇合適的閃耀光柵30，其對(duì)選定的基頻激光具有閃耀特性，閃耀方向?qū)?yīng)的衍射級(jí)為+n（n=1,2,3……），以閃耀光柵30的法線為對(duì)稱軸，必定存在衍射級(jí)-n，該方向不具備閃耀特性，因此：當(dāng)基頻激光沿著閃耀方向入射閃耀光柵30時(shí)，大部分基頻激光將會(huì)反向沿閃耀方向傳播，其余部分衍射到其它衍射級(jí)或者反射到衍射級(jí)-n；當(dāng)基頻激光沿著衍射級(jí)-n的方向入射閃耀光柵30，大部分基頻激光反射到閃耀方向上，少許基頻激光會(huì)沿入射光路反向傳播，剩余部分的光衍射到其它衍射級(jí)。以閃耀光柵30的閃耀方向?yàn)檩S線，依次放置腔內(nèi)整形透鏡40、非線性光學(xué)材料50和全反射鏡60，使它們的對(duì)稱軸與軸線重合，構(gòu)成一個(gè)能夠?qū)⒒l激光有效約束在其中的振蕩腔，其中，腔內(nèi)整形透鏡40是對(duì)閃耀光柵30反射進(jìn)來(lái)的基頻激光進(jìn)行整形以使基頻激光保持高的傳輸質(zhì)量且提高光束的能量密度，非線性光學(xué)材料50則通過(guò)非線性光學(xué)效應(yīng)或者拉曼效應(yīng)將基頻激光轉(zhuǎn)換為其它頻率的激光，全反射鏡60的作用在于完全反射達(dá)到該鏡片的基頻激光并輸出轉(zhuǎn)換得到的其它頻率激光；同樣，以衍射級(jí)-n的方向?yàn)檩S線，依次放置光隔離器10、腔外整形透鏡20，使它們的對(duì)稱軸與軸線重合，其中，光隔離器10的目的在于防止入射閃耀光柵30的基頻激光沿入射光路的反向傳播，腔外整形透鏡20用來(lái)對(duì)輸入的基頻激光進(jìn)行擴(kuò)束以降低光束的能量密度。從激光光源出來(lái)的基頻激光沿著閃耀光柵30的-n級(jí)方向傳輸，首先到達(dá)腔外整形透鏡10，通過(guò)該腔外整形透鏡10后，基頻激光的光束半徑得到放大，光束單位面積上的能量密度降低，以此來(lái)防止激光光束損壞閃耀光柵30；接著基頻激光通過(guò)光隔離器20，對(duì)于該傳播方向的基頻激光，光隔離器20不起作用；之后，基頻激光入射閃耀光柵30，通過(guò)閃耀光柵30的鏡面反射作用，大部分基頻激光反射到閃耀方向上繼續(xù)傳播，少部分會(huì)反向沿入射光路傳播，在光柵設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)化光柵刻槽的形狀能夠?qū)⒃摬糠只l激光有效抑制，剩余部分則衍射到其它衍射級(jí)損耗；沿著閃耀方向傳播的基頻激光到達(dá)腔內(nèi)整形透鏡40，該整形透鏡40的目的與腔外整形透鏡10正好相反，在保持光束良好傳輸質(zhì)量的前提下，將光束半徑縮小以提高單位面積上的能量密度；隨后基頻激光到達(dá)非線性光學(xué)材料50，當(dāng)其能量密度超過(guò)非線性轉(zhuǎn)換的閾值時(shí)，通過(guò)非線性光學(xué)材料50的非線性效應(yīng)或者拉曼效應(yīng)轉(zhuǎn)換為其它頻率的激光；光束最后抵達(dá)全反射鏡60，其中由基頻激光轉(zhuǎn)換來(lái)的其它頻率激光通過(guò)全反射鏡60輸出振蕩腔，而基頻激光被完全反射回原光路；反射回的基頻激光再依次通過(guò)非線性光學(xué)材料50、腔內(nèi)整形鏡40，到達(dá)閃耀光柵30，此過(guò)程中，基頻激光在非線性光學(xué)材料中繼續(xù)轉(zhuǎn)換為其它頻率激光，腔內(nèi)整形透鏡40則起擴(kuò)束作用使激光光束在返回閃耀光柵是不致?lián)p傷光柵，由閃耀方向入射閃耀光柵30的基頻激光，大部分被再次反射回去，只有少量逸出；這樣，基頻激光的大部分將會(huì)在由閃耀光柵30和全反射鏡60構(gòu)成的振蕩腔中不斷往返，一方面使基頻激光與非線性光學(xué)材料50的作用長(zhǎng)度大大增加，另一面可形成基頻激光的光束振蕩，而有效提高腔內(nèi)的能量密度，由此提高基頻激光的非線性轉(zhuǎn)換效率。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。