專利名稱：一種測量非線性晶體熱功率大小的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光技術領域，尤其涉及一種測量非線性晶體熱功率大小的裝置，該 熱功率是非線性晶體因吸收激光而產生的。
背景技術：
非線性晶體可以將某一波長的基頻光轉換為其他波長的激光，極大地擴展了激光 的波長范圍，從而擴展了激光的應用范圍。例如，LBO晶體可以將波長為1064nm的紅外激 光倍頻為532nm的綠光，PPLN晶體可以將1064nm激光轉換為波長可調諧的中紅外激光等。 因此，非線性晶體在激光系統(tǒng)中有非常重要的地位。工作時，非線性晶體對通過其中的激光 的吸收系數(shù)很小，對激光基本不吸收。但是，在高功率工作條件下，如LBO晶體倍頻1064nm激光產生高功率綠光時，基頻 泵浦光的功率很高，LBO晶體吸收基頻光會產生一定的熱功率，導致晶體溫度升高，從而導 致相位失配，降低轉換效率；又如，在1064nm激光泵浦的基于周期極化摻雜氧化鎂的鈮酸 鋰的光參量振蕩器(PPMgLN-OPO)中，為了降低泵浦光的閾值功率，OPO腔鏡的輸入鏡和輸 出鏡都對振蕩光(如信號光)高反，因而腔內循環(huán)的振蕩光功率很高。PPMgLN晶體會因為 吸收腔內的振蕩光而產生熱功率，導致晶體溫度升高產生熱效應，從而降低參量轉換效率 和輸出激光的光束質量。由此可見，非線性晶體吸收激光而產生熱功率的現(xiàn)象對非線性轉換過程具有很大 的影響，詳細研究這一現(xiàn)象是非常重要的。測量非線性晶體吸收激光而產生的熱功率大小， 可以判斷非線性過程中晶體產生熱效應的程度，進而可以進一步優(yōu)化實驗設計，是一項十 分重要的研究課題。目前測量非線性晶體吸收激光而產生熱功率的大小的方法不多。A. Henderson等 (App 1. Phys. B, vol (85)，2006 181-184)在 PPLN-OPO 實驗中，首先通過實驗測量 OPO 腔鏡 在信號光(振蕩光)波長處的透射率，再根據OPO腔輸出的信號光功率計算出腔內循環(huán)信 號光的功率，然后根據所用的PPLN晶體在該波長信號光的吸收系數(shù)，計算出晶體吸收信號 光產生的熱功率。該方法過程較繁瑣，而且一次只能得到晶體吸收某一特定波長信號光的 功率。如果OPO進行調諧而改變信號光波長，那么又必須重新測量OPO腔鏡在該波長處的 透射率等。另外，如果PPLN晶體對OPO輸出的泵浦光、閑頻光也有一定的吸收，使用該方法 便不容易測量其吸收激光而產生的熱功率大小。
發(fā)明內容
(一)要解決的技術問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種測量非線性晶體熱功率大小的裝置。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種測量非線性晶體熱功率大小的裝置，該裝置 包括非線性晶體101、溫度傳感器102、智能模塊103、控溫電源104、控溫爐105和示波器106，其中非線性晶體101，放置于控溫爐105內部，工作于某一設定的溫度T1條件下，起到 激光變頻的作用；溫度傳感器102，用于測量非線性晶體101的實際工作溫度Ttl，并將該值反饋給智 能模塊103 ；智能模塊103，用于將溫度傳感器102測量到的非線性晶體101的實際工作溫度 Ttl與設定的溫度T1比較，據此調節(jié)控溫電源104向控溫爐105輸出的加熱電壓，將非線性 晶體101控制于設定的工作溫度T1下；控溫爐105，采用加熱絲作為加熱元件；溫度傳感器102、智能模塊103、控溫電源104和控溫爐105構成成控溫系統(tǒng)001， 示波器106實時測量控溫電源104向控溫爐105輸出的加熱電壓的波形W。上述方案中，所述非線性晶體101在未進行激光變頻的時候，為了將非線性晶體 101維持在設定的工作溫度T1條件下，控溫電源104需要向控溫爐105輸出一定的加熱電 壓，示波器106記錄下一段時間t內控溫電源104向控溫爐105輸出的加熱電壓波形W1，根 據加熱電壓波形W1和控溫爐105內部加熱電阻絲的電阻值可以計算出控溫爐105產生的 加熱電功率大小Pi。上述方案中，所述非線性晶體101在進行激光變頻的時候，為了將非線性晶體101 仍然維持在設定的工作溫度T1條件下，控溫電源104需要向控溫爐105輸出不同的加熱電 壓，示波器106記錄下此種情況下一段時間t內控溫電源104向控溫爐105輸出的電壓波 形W2,根據電壓波形W2和控溫爐105內部加熱電阻絲的電阻值計算出控溫爐105產生的加 熱電功率大小P2。上述方案中，所述控溫爐105產生的加熱電功率大小P1和P2之間存在差異，此差 異值P1-P2即為非線性晶體101在進行激光變頻的過程中因吸收激光而產生的熱功率的大 小。上述方案中，所述控溫爐105的加熱元件是熱電制冷器。上述方案中，所述非線性晶體101包括PPLN、PPKTP、PPLT、KTP、LBO或BBO晶體。上述方案中，所述非線性晶體101進行的激光變頻過程包括光參量振蕩、倍頻以 及和頻。上述方案中，所述非線性晶體101進行激光變頻過程中吸收的激光是基頻光，或 者是變頻光。(三)有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點和積極效果1、本發(fā)明提供的這種測量非線性晶體吸收激光而產生熱功率的大小的方法，只需 要在原有控溫系統(tǒng)的基礎上加上一臺示波器即可完成測量，具有操作方便的優(yōu)點。2、本發(fā)明提供的這種測量非線性晶體吸收激光而產生熱功率的大小的方法，只需 要計算出非線性晶體分別在未進行激光變頻和進行激光變頻時控溫爐產生的加熱電功率 大小Pl和P2，即可得到非線性晶體吸收激光而產生熱功率的大小(P1-P2)，具有計算簡單 的優(yōu)點。3、本發(fā)明提供的這種測量非線性晶體吸收激光而產生熱功率的大小的方法，不論非線性晶體在激光變頻過程中吸收的激光波長為多少，或者非線性晶體對于激光的吸收吸 收系數(shù)為多少，或者非線性晶體對基頻光或者變頻光有吸收，采用該種方法都能夠便捷地 測量出非線性晶體吸收激光而產生的熱功率的大小，具有適用范圍廣的優(yōu)點。
為進一步說明本發(fā)明的具體技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其 中圖1是本發(fā)明提供的測量非線性晶體因吸收激光而產生熱功率的大小的裝置的 示意圖；圖2是使用本發(fā)明提供的測量非線性晶體因吸收激光而產生熱功率的大小的裝 置來測量PPMgLN-OPO實驗中非線性晶體PPMgLN吸收激光而產生的熱功率的大小的示意 圖；圖3是PPMgLN晶體未進行激光變頻時，使用示波器206記錄下控溫電源204向控 溫爐205輸出的加熱電壓波形Wl的示意圖；圖4是PPMgLN晶體進行激光變頻時，使用示波器206記錄下控溫電源204向控溫 爐205輸出的加熱電壓波形W2的示意圖；圖5是不同泵浦功率條件下PPMgLN晶體吸收激光而產生熱功率的大小的測量結 果示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的測量非線性晶體因吸收激光而產生熱功率的大 小的裝置的示意圖，該裝置包括非線性晶體101、溫度傳感器102、智能模塊103、控溫電源 104、控溫爐105和示波器106。所述的非線性晶體101放置于控溫爐105的內部，工作于 某一設定的溫度T1條件下，起到激光變頻的作用。所述的溫度傳感器102用于測量非線性 晶體101的實際工作溫度Ttl條件下，并將該值反饋給智能模塊103。所述的智能模塊103 將溫度傳感器102測量到的非線性晶體101的實際工作溫度Ttl與設定的溫度T1比較，據此 調節(jié)控溫電源104向控溫爐105輸出的加熱電壓，由此達到將非線性晶體101控制于設定 的工作溫度T1條件下的作用。所述的溫度傳感器102、智能模塊103、控溫電源104和控溫 爐105組成控溫系統(tǒng)001。所述的示波器106實時測量控溫電源104向控溫爐105輸出的 加熱電壓的波形W?？販仉娫?04向控溫爐105輸出的加熱電壓的有效值U = 24V，控溫爐 105內部采用電阻值R = 34 Ω的康銅絲作為加熱絲，溫度傳感器102使用PtlOO熱敏電阻， 智能模塊103采用ΑΙ-708型智能模塊。其中，非線性晶體分別在未進行激光變頻和進行激光變頻的時候，為了將非線性 晶體101維持在設定的工作溫度T1條件下，控溫電源104需要向控溫爐105輸出不同的加 熱電壓。示波器106分別測量未進行激光變頻和進行激光變頻的時候控溫電源104向控溫 爐105輸出的加熱電壓的波形W1和W2，由此可以計算出控溫爐105產生的加熱電功率大小 P1和Ρ2。由于非線性晶體101在進行激光變頻的過程中吸收激光會產生一定的熱功率，所以控溫爐105產生的加熱電功率大小PJPP2之間存在差異，此差異值(P1-P2)即為非線性 晶體101在進行激光變頻的過程中吸收激光而產生的熱功率的大小。非線性晶體101在未進行激光變頻的時候，為了將非線性晶體101維持在設定的 工作溫度T1下，控溫電源104需要向控溫爐105輸出一定的加熱電壓，示波器106記錄下 一段時間t內控溫電源104向控溫爐105輸出的加熱電壓波形W1，根據加熱電壓波形W1、加 熱有效電壓值24V和控溫爐105內部加熱絲的電阻值34Ω可以計算出控溫爐105產生的 加熱電功率大小P1,其計算公式為P = —X^o-1 R t其中，U為加熱電壓有效值，R為加熱絲的電阻值，、為控溫電源104工作時間，t 為總測量時間(tyt均可由加熱電壓波形W1得出)。非線性晶體101在進行激光變頻的時 候，為了將非線性晶體101仍然維持在設定的工作溫度T1條件下，控溫電源104需要向控溫 爐105輸出不同的加熱電壓，示波器106記錄下此種情況下一段時間t內控溫電源104向控 溫爐105輸出的電壓波形W2,同樣根據加熱電壓波形W2、加熱電壓有效值24V和控溫爐105 內部加熱電阻絲的電阻值34Ω可以計算出控溫爐105產生的加熱電功率大小P2。由于非 線性晶體101在進行激光變頻的過程中吸收激光會產生一定的熱功率，所以控溫爐105產 生的加熱電功率大小P1和P2之間存在差異，此差異值(P1-P2)即為非線性晶體101在進行 激光變頻的過程中吸收激光而產生的熱功率的大小。不論非線性晶體101在激光變頻過程中吸收的激光波長為多少，或者非線性晶體 101對于激光的吸收吸收系數(shù)為多少，或者非線性晶體101對基頻光或者變頻光有吸收，采 用該種方法都能夠便捷地測量出非線性晶體吸收激光而產生的熱功率的大小。實施例本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點通過附圖和實例對本發(fā)明進一步說明，但本發(fā)明不限 于這些實例。本實施例將使用本發(fā)明提供的這種測量非線性晶體吸收激光而產生熱功率的大 小的裝置來測量PPMgLN-OPO實驗中非線性晶體PPMgLN吸收激光而產生的熱功率的大小。 請參見圖2、圖3、圖4和圖5所示。在圖2中，201為非線性晶體，202為溫度傳感器，203為智能模塊，204為控溫電 源，205為控溫爐，206為示波器，207為1064nm脈沖泵浦光源，208為激光光路，209為光學 隔離器，210為會聚透鏡，211為OPO輸入鏡，212為OPO輸出鏡，213為45°濾鏡，214為功 率計，215為垃圾桶。溫度傳感器202、智能模塊203、控溫電源204和控溫爐205構成控溫系統(tǒng)002。控 溫系統(tǒng)002控制非線性晶體201的工作溫度，示波器206測量控溫系統(tǒng)002中的控溫電源 204向控溫爐205輸出的加熱電壓?？販仉娫?04向控溫爐205輸出的加熱電壓的有效值 為24V，控溫爐205內部采用電阻值為34 Ω的康銅絲作為加熱絲，溫度傳感器202為PtlOO 熱敏電阻，智能模塊203采用ΑΙ-708型智能模塊。1064nm脈沖泵浦光源207、光學隔離器209、會聚透鏡210、0Ρ0輸入鏡211、非線性 晶體201、0Ρ0輸出鏡212、45°濾鏡213和功率計214依次放于同一光路上。1064nm脈沖泵 浦光源207輸出近基模光束，脈沖重頻為10kHz，脈寬60ns，最高輸出功率為22W。1064nm脈沖泵浦光源207輸出的激光經會聚透鏡210后，聚焦在非線性晶體201的中心，聚焦直徑為 0. 6mm。非線性晶體201為PPMgLN晶體，尺寸為30 X 12 X 2mm3,極化周期為29. 35 μ m,兩端面 鍍對信號光、閑頻光、泵浦光高透射率膜(R< l%@1.3—1.5ym，R< 1.5%@3. 6—4. 7 μ m， R< 2% 01. 064 μ m)，晶體工作在設定的溫度T1 = 80°C條件下。OPO輸入鏡211為平面 鏡，材料為石英，表面鍍對泵浦光高透射率，對信號光和閑頻光高反射率薄膜(T = 99.0% il. 064ym,R > 99. 9% il. 3—1. 5 μ m，R > 99. 0% §3. 6—4. 7 μ m) ；ΟΡΟ 輸出鏡 212 為平面 鏡，材料為CaF2，表面鍍對泵浦光和信號光高反射率，對閑頻光高透射率薄膜(R = 98. 0% @1·064 μ m，R > 99. 5 % @1· 3—1. 5 μ m，T > 98. 0 % @3· 6—4. 7 μ m)。ΟΡΟ 輸入鏡 211 和 ΟΡΟ輸出鏡212空間距離為65mm，組成對信號光單共振的諧振腔。45°濾鏡213表面鍍對 泵浦光和信號光高反射率，對閑頻光高透射率薄膜(R = 98.0% 01. 064 μ m，R >99. 5% il. 3—1. 5 μ m, T > 98. 0% §3. 6—4. 7 μ m, 45° 入射條件)。功率計 214 測量透過 45° 濾 鏡213的閑頻光功率，垃圾桶215接收45°濾鏡213反射出來的泵浦光和信號光。實驗時，非線性晶體201設定的溫度T1始終保持為80°C。當非線性晶體201未進 行激光變頻時，即1064nm脈沖泵浦光源207輸出的激光功率為OW時，使用示波器206記錄 下控溫電源204向控溫爐205輸出的加熱電壓波形W1 (記錄時間為50s)，記錄結果如圖3 所示。由波形W1、加熱有效電壓值24V和控溫爐205中加熱絲電阻值為34 Ω這些數(shù)據，可 以計算出控溫爐205產生的加熱電功率大小P1值為1. 5W。當1064nm脈沖泵浦光源207輸 出的激光功率為最大值22W時，功率計214測量得到閑頻光功率為3. 4W。同樣使用示波器 206記錄下控溫電源204向控溫爐205輸出的加熱電壓波形W2 (記錄時間為50s)，記錄結果 如圖4所示?？梢钥吹?，加熱電壓波形^與巧之間具有明顯差別。同理可以計算出控溫爐 205產生的加熱電功率大小P2值為6. 3W。因此，非線性晶體201在22W脈沖激光泵浦條件 下，由于吸收激光而產生熱功率的大小值為(P1-P2) = 6. 3W-1. 5W = 4. 8W。采用相同的方 法，可以測量不同泵浦功率條件下非線性晶體201吸收激光而產生熱功率的大小，測量結 果參見圖5所示。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保 護范圍之內。
權利要求
一種測量非線性晶體熱功率大小的裝置，其特征在于，該裝置包括非線性晶體(101)、溫度傳感器(102)、智能模塊(103)、控溫電源(104)、控溫爐(105)和示波器(106)，其中非線性晶體(101)，放置于控溫爐(105)內部，工作于某一設定的溫度T1條件下，起到激光變頻的作用；溫度傳感器(102)，用于測量非線性晶體(101)的實際工作溫度T0，并將該值反饋給智能模塊(103)；智能模塊(103)，用于將溫度傳感器(102)測量到的非線性晶體(101)的實際工作溫度T0與設定的溫度T1比較，據此調節(jié)控溫電源(104)向控溫爐(105)輸出的加熱電壓，將非線性晶體(101)控制于設定的工作溫度T1下；控溫爐(105)，采用加熱絲作為加熱元件；溫度傳感器(102)、智能模塊(103)、控溫電源(104)和控溫爐(105)構成成控溫系統(tǒng)(001)，示波器(106)實時測量控溫電源(104)向控溫爐(105)輸出的加熱電壓的波形W。
2.根據權利要求1所述的測量非線性晶體熱功率大小的裝置，其特征在于，所述非線 性晶體(101)在未進行激光變頻的時候，為了將非線性晶體(101)維持在設定的工作溫度 T1條件下，控溫電源(104)需要向控溫爐(105)輸出一定的加熱電壓，示波器(106)記錄下 一段時間t內控溫電源(104)向控溫爐(105)輸出的加熱電壓波形W1，根據加熱電壓波形 W1和控溫爐(105)內部加熱電阻絲的電阻值可以計算出控溫爐(105)產生的加熱電功率大 小P1O
3.根據權利要求1所述的測量非線性晶體熱功率大小的裝置，其特征在于，所述非線 性晶體(101)在進行激光變頻的時候，為了將非線性晶體(101)仍然維持在設定的工作溫 度1\條件下，控溫電源(104)需要向控溫爐(105)輸出不同的加熱電壓，示波器(106)記 錄下此種情況下一段時間t內控溫電源(104)向控溫爐(105)輸出的電壓波形W2,根據電 壓波形W2和控溫爐(105)內部加熱電阻絲的電阻值計算出控溫爐(105)產生的加熱電功 率大小P2O
4.根據權利要求2和3所述的測量非線性晶體熱功率大小的裝置，其特征在于，所述控 溫爐(105)產生的加熱電功率大小P1和P2之間存在差異，此差異值P1-P2即為非線性晶體 (101)在進行激光變頻的過程中因吸收激光而產生的熱功率的大小。
5.根據權利要求1所述的測量非線性晶體熱功率大小的裝置，其特征在于，所述控溫 爐(105)的加熱元件是熱電制冷器。
6.根據權利要求1所述的測量非線性晶體熱功率大小的裝置，其特征在于，所述非線 性晶體(101)包括 PPLN、PPKTP, PPLT, KTP、LBO 或 BBO 晶體。
7.根據權利要求1所述的測量非線性晶體熱功率大小的裝置，其特征在于，所述非線 性晶體(101)進行的激光變頻過程包括光參量振蕩、倍頻以及和頻。
8.根據權利要求1所述的測量非線性晶體熱功率大小的裝置，其特征在于，所述非線 性晶體(101)進行激光變頻過程中吸收的激光是基頻光，或者是變頻光。全文摘要
本發(fā)明公開了一種測量非線性晶體熱功率大小的裝置，包括非線性晶體、溫度傳感器、智能模塊、控溫電源、控溫爐和示波器。非線性晶體放置于控溫爐內部，工作于某一設定的溫度T1條件下，起到激光變頻的作用；溫度傳感器用于測量非線性晶體的實際工作溫度T0，并將該值反饋給智能模塊；智能模塊用于將溫度傳感器測量到的非線性晶體的實際工作溫度T0與設定的溫度T1比較，據此調節(jié)控溫電源向控溫爐輸出的加熱電壓，將非線性晶體控制于設定的工作溫度T1下；控溫爐采用加熱絲作為加熱元件；溫度傳感器、智能模塊、控溫電源和控溫爐構成控溫系統(tǒng)，示波器實時測量控溫電源向控溫爐輸出的加熱電壓的波形W。利用本發(fā)明，實現(xiàn)了非線性晶體熱功率大小的測量。
文檔編號G01R21/04GK101949871SQ201010257008
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月18日 優(yōu)先權日2010年8月18日
發(fā)明者侯瑋, 農光壹, 李晉閩, 林學春, 熊波, 郭林, 陳然, 馬建立 申請人:中國科學院半導體研究所