專利名稱：一種判定自變頻晶體最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光晶體和器件領(lǐng)域，特別涉及一種判定自變頻晶體最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的裝置。
背景技術(shù)：
隨著激光技術(shù)的發(fā)展及其在信息存儲、生物醫(yī)學(xué)、激光顯示、光學(xué)研究等領(lǐng)域越來越廣泛的應(yīng)用，對具有不同輸出波長的固體激光器的需求也越來越迫切。可見波長激光在激光顯示、醫(yī)療、印刷、娛樂和科學(xué)研究等方面都有廣泛的應(yīng)用。目前，獲得綠光輸出的主要途徑是采用倍頻晶體KTP、PPLN或LBO等對Nd3+離子產(chǎn)生的I. 06 μ m激光進(jìn)行倍頻獲得 O. 53μπι的綠光輸出。對于中小功率的綠光輸出，通常采用Nd:YV04+KTP的方式來得到。但是這種包含激光工作物質(zhì)和倍頻材料兩種晶體的激光器，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，穩(wěn)定性不是很強(qiáng)， 而且兩塊晶體的膠合工藝一直限制了這種激光器的成本和簡化。自倍頻晶體是一種可以直接獲得可見激光輸出的理想材料。將激活離子摻雜入一塊具有非線性光學(xué)特性的晶體，使其既是激光晶體，又具有激光變頻非線性的功能。當(dāng)晶體沿著倍頻的最佳相位匹配方向切割時，就可以在晶體內(nèi)部對離子產(chǎn)生的基頻激光直接進(jìn)行倍頻，從而獲得自倍頻激光輸出。從原理上講，自倍頻激光器結(jié)構(gòu)簡單緊湊，穩(wěn)定性強(qiáng)，制作成本低。但是，自倍頻晶體在實(shí)際應(yīng)用中，卻面臨著效率不高的問題，致使自倍頻輸出效率不高的原因主要有以下三個方面(I)材料的自激活特性(即晶體的激光特性與非線性特性的匹配程度)；(2)激活離子自身對倍頻光的自吸收問題；(3)激光運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，最佳相位匹配方向的失配問題。對于前兩個原因,可以通過改良自倍頻晶體材料本身性質(zhì)來改善,對于第三個原因，可以通過對晶體加工和實(shí)驗(yàn)條件的控制來解決。在自倍頻激光實(shí)驗(yàn)中，自倍頻激光輸出的功率有一個逐漸穩(wěn)定的變化過程。這是因?yàn)殡S著晶體對泵浦光的吸收，晶體內(nèi)部溫度逐漸升高，而晶體又處于制冷控溫裝置內(nèi)， 最后在晶體內(nèi)部會形成穩(wěn)定的熱梯度分布；因此，晶體內(nèi)部的真實(shí)溫度是由泵浦光的吸收情況和邊界的制冷條件共同決定的；晶體自倍頻效率與晶體的溫度有著密切關(guān)系隨著溫度的改變，晶體折射率會發(fā)生變化，導(dǎo)致最佳相位匹配方向也隨之改變，從而改變倍頻效率；所以，最終的自倍頻激光輸出過程也是一個隨著晶體內(nèi)部溫度變化逐漸趨于穩(wěn)定的平衡過程。一般情況下，自倍頻晶體是按照室溫下對應(yīng)的最佳相位匹配方向進(jìn)行切割的，但是在自倍頻晶體吸收泵浦光形成穩(wěn)定熱梯度分布的過程中，只有某一時刻的晶體中心溫度才滿足與該溫度相同，只有這時倍頻過程才是發(fā)生在最佳相位匹配方向上，效率最高。但是當(dāng)晶體達(dá)到穩(wěn)定熱梯度分布后，晶體中心溫度一般都不等于室溫，這時相位匹配方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不能再滿足最佳相位匹配。因此，實(shí)際激光運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的倍頻效率一般要低于理論上可達(dá)到的最佳效率。同理，所有基于二階非線性的自變頻過程，都具有與自倍頻一樣的特性和激光運(yùn)轉(zhuǎn)過程中由于晶體內(nèi)部溫度改變導(dǎo)致的相位失配問題。因此，我們需要找到相應(yīng)的解決辦法，來調(diào)整實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的自變頻激光晶體的熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件，使其最優(yōu)化，從而顯著提高自變頻激光的輸出效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的針對由于晶體內(nèi)部溫度改變導(dǎo)致的相位失配引起的自變頻固體激光器效率不高的問題，從晶體內(nèi)部熱梯度分布與自變頻相位匹配的關(guān)系著手，提出采用光電探測器探測自變頻激光信號并轉(zhuǎn)化為電信號，傳送至示波器，利用示波器對得出自變頻激光對應(yīng)的電信號強(qiáng)度隨時間的變化曲線，經(jīng)過分析確定不同情況下自變頻晶體的最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的判定自變頻晶體最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的裝置，其包括置于自變頻激光器輸出光路上的分光棱鏡,所述分光棱鏡將自變頻激光器的出射激光進(jìn)行分光得到自變頻激光信號；設(shè)置于所述自變頻激光信號光路上的小孔光闌；位于所述小孔光闌光出射方向上的光電探測器；和與所述光電探測器電相連的示波器；所述光電探測器探測由小孔光闌透過的自變頻激光信號并轉(zhuǎn)化為電信號，之后傳送至示波器，在示波器中對所述電信號隨自變頻激光器中的自變頻晶體內(nèi)部熱平衡建立的變化過程進(jìn)行存儲和分析，得出自變頻激光對應(yīng)的電信號強(qiáng)度隨時間的變化曲線；該曲線顯示的電信號最強(qiáng)點(diǎn)的幅度值為自變頻激光器輸出自變頻激光最大強(qiáng)度經(jīng)過光電探測器轉(zhuǎn)換得到的電信號值，橫坐標(biāo)為自變頻激光器從初始運(yùn)轉(zhuǎn)到實(shí)現(xiàn)最強(qiáng)自變頻激光輸出所對應(yīng)的時間，該時刻對應(yīng)的自變頻晶體的控溫條件為自變頻晶體的最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件；不同泵浦條件下自變頻晶體的最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件不同；通過調(diào)整自變頻晶體的冷卻散熱裝置對自變頻晶體控溫，使自變頻激光器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時自變頻晶體的平衡溫度控制在所述曲線顯示的電信號最強(qiáng)點(diǎn)對應(yīng)的晶體溫度，實(shí)現(xiàn)自變頻激光器中自變頻晶體的最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)；或者計算出該時刻對應(yīng)的自變頻晶體內(nèi)部的真實(shí)溫度，將自變頻晶體按照該溫度下的最佳變頻相位匹配方向進(jìn)行切割，以實(shí)現(xiàn)自變頻激光器中自變頻晶體的最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明為了確定自變頻晶體的最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件，通過調(diào)整自變頻晶體的冷卻散熱裝置對自變頻晶體進(jìn)行控溫，使自變頻激光器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時自變頻晶體的平衡溫度控制在所述曲線顯示的電信號最強(qiáng)點(diǎn)對應(yīng)的晶體溫度，即曲線達(dá)到最高點(diǎn)后不再下降，從而實(shí)現(xiàn)自變頻激光器中自變頻晶體的最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)；或者計算出最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)時刻對應(yīng)的自變頻晶體內(nèi)部的真實(shí)溫度，將自變頻晶體按照該溫度下的最佳相位匹配方向進(jìn)行切割， 也能實(shí)現(xiàn)自變頻激光器中自變頻晶體的最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，通過本判定裝置可以解決自變頻激光器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中自變頻晶體內(nèi)部的相位失配問題，最終達(dá)到提高自變頻激光輸出效率的目的。上述技術(shù)方案中，所述的自變頻激光器可為所有基于二階非線性的自變頻激光器 (自倍頻激光器、自和頻激光器、自差頻激光器、或自參量振蕩激光器)。上述技術(shù)方案中，所述的自變頻晶體可為所有相位匹配自變頻晶體，例如 NdxYhAl3 (BO3) 4 (NYAB)、Nd: YCa4O (BO3) 3 (Nd: Y⑶B)、Nd: GdCa4O (BO3) 3 (Nd: GdCOB)、 Nd = La2CaBltlO19(Nd:LCB)等。本發(fā)明的判定自變頻晶體最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的裝置，還可包括放置于光電探測器接收窗口前方的散射障礙物，所述散射障礙物為任意將過強(qiáng)的激光進(jìn)行散射，以減弱探測器接收到的激光強(qiáng)度的物體；當(dāng)光強(qiáng)較弱時，光電探測器可以直接探測自變頻激光信號； 當(dāng)光強(qiáng)較強(qiáng)時，為了保護(hù)光電探測器接收光強(qiáng)度小于其損傷閾值，光電探測器可以探測自變頻激光信號經(jīng)過散射障礙物散射后的光。所述的光電探測器為Si探測器或InGaAs探測器，探測器的響應(yīng)波段要包含自變頻激光波長。所述的自變頻激光器主要包括泵浦源、自變頻晶體和激光諧振腔，利用泵浦源激發(fā)自變頻晶體，并在激光諧振腔內(nèi)形成基頻光激光振蕩，利用自變頻晶體的非線性效應(yīng)，對基頻光進(jìn)行自變頻并輸出。上述技術(shù)方案中，所述的自變頻激光器可以為任意形式。包括一、所述的自變頻激光器的泵浦源可以選擇閃光燈、單管或者模塊形式的半導(dǎo)體激光器、光纖激光器或者可調(diào)諧鈦寶石激光器；泵浦源的輸出波長對應(yīng)自變頻晶體內(nèi)激活離子的吸收峰位置；泵浦源的輸出形式可以是連續(xù)輸出，也可以是脈沖輸出；泵浦方式可以為端面泵浦方式或側(cè)面泵浦方式。二、所述的自變頻激光器的激光諧振腔可以為獨(dú)立的輸入腔鏡和輸出腔鏡構(gòu)成， 也可以為直接在自變頻晶體的兩個端面都鍍上激光腔鏡膜的微片形式；腔型可以選擇平平腔、平凹腔、平凸腔、凹凸腔、凹凹腔、凸凸腔等。三、另外，還可以采用各種不同激光技術(shù)，例如調(diào)Q，鎖模等。本發(fā)明的判定自變頻晶體最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的裝置，對于自變頻激光輸出效率的提高和性能的優(yōu)化有著非常重要的意義。


圖I為本發(fā)明裝置應(yīng)用于判定NchGdCOB自倍頻固體激光器最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)施例I中，泵浦功率2W，不同晶體制冷控溫下綠光信號強(qiáng)度隨晶體熱平衡建立過程的變化曲線。圖3為本發(fā)明裝置應(yīng)用于判定Nd = GdCOB自倍頻固體激光器最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為實(shí)施例I中，泵浦功率4W，不同晶體制冷控溫下綠光信號強(qiáng)度隨晶體熱平衡建立過程的變化曲線。圖5為實(shí)施例I中，泵浦功率5W，晶體制冷8°C時，綠光信號強(qiáng)度隨晶體熱平衡建立過程的變化曲線。圖6為本發(fā)明裝置應(yīng)用于Nd = YCOB晶體平凹腔型自和頻激光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明裝置應(yīng)用于Nd = YCOB晶體調(diào)Q輸出自倍頻激光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。實(shí)施例I參考圖1，本實(shí)施例將本發(fā)明裝置應(yīng)用于判定低功率泵浦時Nd = GdCOB晶體綠光自倍頻固體激光器最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件。本實(shí)施例提供的判定自變頻晶體最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的裝置，其包括置于自變頻激光器輸出光路上的分光棱鏡5,所述分光棱鏡5將自變頻激光器的出射激光進(jìn)行分光得到自變頻激光信號6;設(shè)置于所述自變頻激光信號6光路上的小孔光闌7 ；位于所述小孔光闌光出射方向上的光電探測器8 ;和與所述光電探測器電相連的示波器8 ；光電探測器探測8由小孔光闌透過的自變頻激光信號6并轉(zhuǎn)化為電信號，之后傳送至示波器8，在示波器中對所述電信號隨自變頻激光器中的自變頻晶體內(nèi)部熱平衡建立的變化過程進(jìn)行存儲和分析，得出自變頻激光對應(yīng)的電信號強(qiáng)度隨時間的變化曲線；本實(shí)施例判定的自倍頻激光系統(tǒng)情況如下泵浦源I采用發(fā)射波長為808nm的連續(xù)輸出激光二極管，泵浦功率為2W ；自倍頻晶體2采用5at. % Nd:GdCOB,自倍頻晶體2按室溫下空間最佳相位匹配方向Θ = 113°， Φ =47.6°切割,其通光方向的兩個端面拋光處理；該自倍頻晶體尺寸為3mmX3mmX5mm, 其通光面為正方形；該自倍頻晶體兩端直接鍍激光諧振腔腔鏡膜3，自倍頻晶體2輸入端鍍膜參數(shù)為對泵浦光波長(808nm)高透(HT)、對基頻光1061nm和倍頻光530. 5nm高反(HR)； 自倍頻晶體輸出端鍍膜參數(shù)為對基頻光1061nm高反(HR)、對倍頻光530. 5nm高透(HT)； 如圖1，在泵浦源I的輸出光前方順序設(shè)置光路耦合裝置11和激光諧振腔，自倍頻晶體2置于激光諧振腔內(nèi)；泵浦光以端面泵浦的方式入射在自倍頻晶體2的輸入端端面，當(dāng)泵浦光達(dá)到閾值時，獲得530. 5nm自倍頻綠光出射激光4的輸出；本實(shí)施例光電探測器8采用Si光電探測器，利用置于自倍頻綠光出射激光4輸出光路上的分光棱鏡5將出射激光4中自倍頻綠光和剩余的泵浦光和基頻光成份分開，在自倍頻光路上位于探測器接收窗口前設(shè)置過濾其它雜散光的小孔光闌7，由位于小孔光闌7 之后的光電探測器8直接接收自倍頻綠光信號6，并將該自倍頻綠光信號6轉(zhuǎn)換的自倍頻綠光電信號并傳輸至不波器9上；當(dāng)泵浦源I發(fā)出的泵浦光功率為2W時，改變自倍頻晶體冷卻散熱裝置10-02的控制溫度Tc，觀察示波器9上自倍頻綠光電信號強(qiáng)度變化曲線(圖2)，圖2中綠光電信號出現(xiàn)的時刻為起始時刻，即泵浦光注入自倍頻晶體2的時刻；自倍頻綠光信號強(qiáng)度隨著系統(tǒng)熱平衡建立過程，逐漸增強(qiáng)，并最終保持穩(wěn)定值；由圖2，可以判定該泵浦條件下，所達(dá)到的最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件是自倍頻晶體溫度Tc為26°C。分析原因是由于低功率泵浦下，由于泵浦光導(dǎo)致的自倍頻晶體溫度升高不明顯， 自倍頻晶體內(nèi)部溫度分布主要取決于自倍頻晶體的冷卻散熱裝置；而且，自倍頻晶體實(shí)際的切割方向與計算結(jié)果還是有一定誤差的，利用此裝置，能夠精確的找到最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件。該實(shí)施例同樣可以推廣應(yīng)用于其它自倍頻晶體(如Nd:YC0B、Nd:YAB)、其它基于二階非線性效應(yīng)的自變頻過程(如自和頻、自差頻、自參量振蕩)較低泵浦功率下晶體最
6佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的判定。實(shí)施例2參考圖3，本實(shí)施例將本發(fā)明裝置應(yīng)用于判定較高功率泵浦時Nd = GdCOB晶體綠光自倍頻固體激光器最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件。該裝置的基本組成結(jié)構(gòu)和判定的激光系統(tǒng)與實(shí)施例I基本相同，區(qū)別在于 (I)自倍頻激光系統(tǒng)中的泵浦光強(qiáng)度有所增加。(2)本實(shí)施例采用InGaAs探測器。(3)本實(shí)施例采用散射接收方式。實(shí)驗(yàn)情況I :圖4是當(dāng)泵浦光強(qiáng)度為4W時，不同晶體控溫Tc下的綠光信號強(qiáng)度變化曲線。由圖可知，當(dāng)晶體控制溫度較高時，綠光強(qiáng)度先增加再減弱，最后保持在較低的穩(wěn)定值；隨著晶體控制溫度降低，綠光強(qiáng)度減弱的幅度減小，最終穩(wěn)定后的值逐漸抬升。當(dāng)晶體制冷系統(tǒng)的控制溫度降低至8°C時，綠光強(qiáng)度升高至最高點(diǎn)后基本上沒有減小，而是逐漸趨于穩(wěn)定。這說明該運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，晶體平衡時的中心溫度剛好等于晶體最佳相位匹配方向?qū)?yīng)的溫度，從而使倍頻達(dá)到了最佳相位匹配，實(shí)現(xiàn)了該泵浦條件下最高的自倍頻發(fā)射效率。分析原因是由于較高功率泵浦下，由于泵浦光吸收導(dǎo)致的晶體溫度升高非常明顯，一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于室溫，這時必須依靠晶體控溫系統(tǒng)降低晶體溫度，將晶體中心溫度控制調(diào)節(jié)至室溫附近，實(shí)現(xiàn)最佳相位匹配和高效率的倍頻轉(zhuǎn)換。圖4中的最高點(diǎn)就是晶體溫度平衡過程中，某時刻的中心溫度等于晶體最佳相位匹配方向?qū)?yīng)的溫度時，實(shí)現(xiàn)了最大效率的倍頻轉(zhuǎn)換。我們利用本裝置要實(shí)現(xiàn)的目的，是找到一定泵浦條件下對應(yīng)的最佳晶體控溫， 最終實(shí)現(xiàn)自倍頻光信號強(qiáng)度升高到最高點(diǎn)后不再減小，一直保持最大效率的自倍頻輸出， 如圖4中晶體控溫8°C時的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)情況2 :泵浦功率繼續(xù)升高至5W。當(dāng)泵浦功率繼續(xù)增加至5W，晶體制冷系統(tǒng)的控制溫度為8°C時，由示波器上信號強(qiáng)度變化曲線(圖5)可以判定此時仍未達(dá)到最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件，綠光信號強(qiáng)度升高后又逐漸降低，最后趨于較低的平衡穩(wěn)定值。這是因?yàn)楦吖β时闷窒?，晶體中心平衡溫度總高于晶體最佳相位匹配方向?qū)?yīng)的溫度，因此很難能達(dá)到最佳相位匹配。這時，我們可以不再通過繼續(xù)降低晶體溫度來尋找最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件，使自倍頻輸出效率提高；而是利用熱場分布的理論計算，推算出最佳運(yùn)轉(zhuǎn)時晶體內(nèi)部溫度梯度分布，指導(dǎo)晶體按照該特定溫度下最佳相位匹配方向切割。具體計算裝置是本專業(yè)技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)的。由于實(shí)際加工時，晶體切割總是存在一定誤差，所以在根據(jù)溫度改變晶體切割方向后，仍可以根據(jù)此裝置來進(jìn)一步精確確定最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件。該實(shí)施例同樣可以推廣應(yīng)用于其它自倍頻晶體(如Nd:YC0B、Nd:YAB)、其它基于二階非線性效應(yīng)的自變頻過程(如自和頻、自差頻、自參量振蕩)較高泵浦功率下晶體最佳相位匹配方向?qū)?yīng)溫度的判定。實(shí)施例3參考圖6，本實(shí)施例將本發(fā)明裝置應(yīng)用于判定Nd = GdCOB晶體綠光自和頻固體激光器最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件。
該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I基本相同，區(qū)別在于(I)晶體端面經(jīng)過曲面加工后鍍腔鏡膜，形成平凹腔。(2)泵浦源選用閃光燈，泵浦方式為側(cè)面泵浦。(3)本實(shí)施例觀測的是NchGdCOB晶體綠光自和頻，腔鏡膜針對此波長設(shè)計如下。 輸入端鍍膜參數(shù)為對泵浦光波長(808nm)高透(HT)、對1060 1091nm和537nm的高反 (HR);輸出端加腔鏡，鍍膜參數(shù)為:對1060 1091nm的高反(HR)膜和537nm的高透(HT)膜。與實(shí)施例1-2相同，通過觀察示波器上和頻光信號熱變化曲線可以判定某一泵浦條件下最佳的熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件，即特定泵浦條件下最佳晶體制冷溫度?；蛘咴诟吖β氏?，還可以利用此裝置，結(jié)合理論計算，得出晶體最佳相位匹配方向?qū)?yīng)的溫度，來實(shí)現(xiàn)晶體特定溫度下匹配角切割，提高自變頻輸出效率。實(shí)施例4參考圖7，本實(shí)施例給出一種判定Nd = YCOB晶體調(diào)Q綠光自倍頻固體激光器最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的裝置。本實(shí)施例泵浦源和晶體的基本情況與實(shí)施例I相同，區(qū)別在于(I)晶體為8at. % Nd:YC0B，晶體按室溫下空間最佳相位匹配方向Θ =113°， Φ=47.6°切割，通光方向的兩個端面拋光處理。晶體通光面為正方形，晶體尺寸為 3 X 3 X 5mm。(2)本實(shí)施例不在晶體兩端面加工鍍膜，而是采用外加腔鏡構(gòu)成諧振腔。(3)腔鏡鍍膜參數(shù)為對泵浦光波長(808nm)高透(HT)、對1061nm和530. 5nm的高反(HR);輸出端鍍膜參數(shù)為對1061nm的高反(HR)膜和530. 5nm的高透(HT)膜。(4)激光諧振腔內(nèi)加入聲光Q開關(guān)9進(jìn)行調(diào)Q，可以得到脈沖形式的激光輸出，從而實(shí)現(xiàn)提高峰值功率的目的。(5)本實(shí)施例觀測的倍頻光信號變化曲線，是由脈沖峰值位置形成的包絡(luò)線。脈沖輸出重復(fù)頻率越高，此包絡(luò)線隨泵浦強(qiáng)度和晶體控溫的變化趨勢，越趨近于連續(xù)激光的情況。與實(shí)施例1、2相同，通過觀察示波器上脈沖包絡(luò)曲線的變化，可以判定某一泵浦條件和調(diào)Q頻率下，最佳的熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件；或者在高功率、高重頻情況下，還可以根據(jù)本發(fā)明的裝置，結(jié)合理論計算，得出自變頻晶體最佳相位匹配方向?qū)?yīng)的溫度，來實(shí)現(xiàn)晶體特定溫度下匹配角切割，提高自變頻輸出效率。
權(quán)利要求
1.一種判定自變頻晶體最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的裝置，其包括置于自變頻激光器輸出光路上的分光棱鏡，所述分光棱鏡將自變頻激光器的出射激光進(jìn)行分光得到自變頻激光信號；設(shè)置于所述自變頻激光信號光路上的小孔光闌；位于所述小孔光闌光出射方向上的光電探測器；和與所述光電探測器電相連的示波器；所述光電探測器探測由小孔光闌透過的自變頻激光信號并轉(zhuǎn)化為電信號，之后傳送至示波器，在示波器中對所述電信號隨自變頻激光器中的自變頻晶體內(nèi)部熱平衡建立的變化過程進(jìn)行存儲和分析，得出自變頻激光對應(yīng)的電信號強(qiáng)度隨時間的變化曲線；該曲線顯示的電信號最強(qiáng)點(diǎn)的幅度值為自變頻激光器輸出自變頻激光最大強(qiáng)度經(jīng)過光電探測器轉(zhuǎn)換得到的電信號值，橫坐標(biāo)為自變頻激光器從初始運(yùn)轉(zhuǎn)到實(shí)現(xiàn)最強(qiáng)自變頻激光輸出所對應(yīng)的時間，該時刻對應(yīng)的自變頻晶體的控溫條件為自變頻晶體的最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件；不同泵浦條件下自變頻晶體的最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件不同；通過調(diào)整自變頻晶體的冷卻散熱裝置對自變頻晶體控溫，使自變頻激光器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時自變頻晶體的平衡溫度控制在所述曲線顯示的電信號最強(qiáng)點(diǎn)對應(yīng)的晶體溫度，實(shí)現(xiàn)自變頻激光器中自變頻晶體的最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)；或者計算出該時刻對應(yīng)的自變頻晶體內(nèi)部的真實(shí)溫度，將自變頻晶體按照該溫度下的最佳變頻相位匹配方向進(jìn)行切割，以實(shí)現(xiàn)自變頻激光器中自變頻晶體的最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.按權(quán)利要求I所述的判定自變頻晶體最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的裝置，其特征在于所述的自變頻激光器為自倍頻激光器、自和頻激光器、自差頻激光器或自參量振蕩激光器。
3.按權(quán)利要求I所述的判定自變頻晶體最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的裝置，其特征在于所述的自變頻晶體為 NdxYhAl3 (BO3) 4、Nd: YCa4O (BO3) 3、Nd: GdCa4O (BO3) 3 或 Nd: La2CaBltlO19。
4.按權(quán)利要求I所述的判定自變頻晶體最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的裝置，其特征在于，還包括放置于光電探測器接收窗口前方的散射障礙物，所述散射障礙物為任意將過強(qiáng)的激光進(jìn)行散射，以減弱探測器接收到的激光強(qiáng)度的物體。
5.按權(quán)利要求I所述的判定自變頻晶體最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的裝置，其特征在于所述的光電探測器為Si探測器或InGaAs探測器，探測器的響應(yīng)波段要包含自變頻激光波長。
全文摘要
本發(fā)明的判定自變頻晶體最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件的裝置采用光電探測器探測自變頻激光器產(chǎn)生的自變頻光信號，并轉(zhuǎn)化為電信號，再利用示波器對該電信號進(jìn)行存儲和分析；即可通過改變自變頻晶體制冷裝置控制溫度，來確定不同泵浦下自變頻晶體最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件；又可結(jié)合熱場分布理論計算出自變頻激光器最佳運(yùn)轉(zhuǎn)情況下自變頻晶體內(nèi)部溫度梯度分布，指導(dǎo)自變頻晶體按特定溫度下最佳相位匹配方向切割；還可同步觀測自變頻激光器產(chǎn)生自變頻激光信號強(qiáng)度隨晶體內(nèi)部熱平衡建立的變化過程，指導(dǎo)自變頻晶體的最佳熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件設(shè)置，或指導(dǎo)計算自變頻晶體最佳相位匹配方向時所對應(yīng)溫度的選擇，使自變頻激光器中自變頻晶體的熱平衡運(yùn)轉(zhuǎn)條件實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。
文檔編號H01S3/102GK102593703SQ201210012439
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者于浩海, 宗楠, 張懷金, 彭欽軍, 王正平, 王繼揚(yáng), 許祖彥, 韓琳 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所, 山東大學(xué)