空间啁啾补偿角度相位失配的飞秒钛宝石激光倍频器 本发明属于激光技术领域，具体涉及到非线性光学。
目前普通的飞秒激光的倍频技术主要采用直接把飞秒钛宝石近红外光束聚焦在倍频晶体上，由光谱物理公司生产的飞秒钛宝石激光倍频器其缺点是倍频匹配带宽窄，导致倍频效率低，一般只有百分之十几。
本发明的目的在于克服上述飞秒钛宝石激光倍频器的缺点，提供一种匹配带宽宽、倍频效率高、结构简单的空间啁啾补偿角度相位失配的飞秒钛宝石激光倍频器。
为达到上述目的，本发明采用的解决方案是：它包括用于安装零部件的壳体。它包括设置在壳体内安装板上左侧用作泵浦源的氩离子激光器。它包括设置在安装板上水平光轴氩离子激光器右侧可通过泵浦光的泵浦聚焦双凸透镜。它包括设置在安装板上与水平光轴正向成94°～117°夹角双凸透镜右侧可透过泵浦光可反射近红外激光的透过反射双色凹面镜，在该透过反射双色凹面镜的凹面涂或镀有双色膜、另一面涂或镀有增透膜。它包括设置在安装板上水平光轴透过反射双色凹面镜右侧可产生近红外激光的钛宝石晶体。它包括设置在安装板上与水平光轴正向成274°～297°夹角钛宝石晶体右侧可反射近红外激光的反射双色凹面镜，在该反射双色凹面镜的凹面涂或镀有双色膜、另一面涂或镀有增透膜。它包括设置在安装板上其顶点与透过反射双色凹面镜的中心的连线与水平光轴正向成13°夹角可色散光的色散棱镜，该色散棱镜横截面的顶点位于底面的上方。它包括设置在安装板上水平光轴反射双色凹面镜右侧的准直棱镜，该准直棱镜横截面的顶点位于底面的下方。它包括设置在安装板上与水平光轴反向成56°～82°夹角准直棱镜右侧的耦合输出镜，在该耦合输出镜面向腔内地镜面上涂或镀有双色膜、另一面涂或镀有增透膜。它包括设置在安装板上耦合输出镜右侧与水平光轴反向成33.5°～43.5°的引光平面全反射镜，在该引光平面全反射镜[9]的镜面上涂或镀有对近红外激光反射的双色膜。它包括设置在安装板上左侧另一条水平光轴与另一条水平光轴正向成98°～124°可反射双色凹面镜的近红外激光的平面全反射镜，在该平面全反射镜的镜面上涂或镀有对近红外激光全反射的双色膜。它包括设置在安装板上垂直光轴且与水平光轴正向成220°～230°的夹角可反射引光平面全反射镜的近红外激光的右准直平面全反射镜，在该右准直平面全反射镜的镜面上涂或镀有双色膜。它包括设置在安装板上另一条垂直光轴与水平光轴成40°～50°夹角可反射右准直平面全反射镜近红外激光的左准直平面全反射镜，在该左准直平面全反射镜的镜面上涂或镀有双色膜。它包括设置在安装板上另一条垂直光轴对左准直平面全反射镜反射的近红外激光可进行聚焦的倍频聚焦双凸透镜。它包括设置在安装板上另一条垂直光轴倍频聚焦双凸透镜焦点将经聚焦后的近红外激光转换为兰色激光的倍频晶体。它包括设置在安装板上另一条垂直光轴将兰色激光进行准直的准直双凸透镜。它包括设置在安装板上另一条垂直光轴可将经准直双凸透镜的兰色激光和近红外激光分开的分光棱镜，该分光棱镜横截面的底边与水平光轴的正向夹角为249°。它还包括设置在安装板上将分光棱镜分出的兰色激光的光谱绘制成曲线的光谱仪。
本发明的泵浦聚焦双凸透镜两凸面的曲率半径为60～100mm，倍频聚焦双凸透镜两凸面的曲率半径为25～55mm，透过反射双色凹面镜和反射双色凹面镜凹面的曲率半径为50～150mm。本发明的钛宝石晶体的厚度为2～20mm，倍频激光器的厚度为0.005～3mm。本发明的色散棱镜、准直棱镜、分光棱镜为等腰三棱镜，其横截面顶角为69°。本发明的双色膜为二氧化钛或二氧化锆镀层上复盖二氧化硅镀层，在二氧化硅镀层上再复盖二氧化钛或二氧化锆镀层，交替蒸镀25～30层。本发明的增透膜为：二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛交替蒸镀4～6层。
本发明与光谱物理公司生产的飞秒钛宝石激光倍频器相比，具有匹配带宽宽、倍频效率高、结构简单紧凑等优点。
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
图2是本发明倍频转换效率随倍频聚焦透镜12曲率半径的变化曲线。
图3是本发明的基频近红外光谱曲线。
图4是本发明的倍频兰光脉冲光谱曲线。
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
在图1中，在壳体19内安装板18上左侧安装有氩离子激光器1，氩离子激光器1用作泵浦源，在安装板18水平光轴氩离子激光器1的右侧安装有泵浦聚焦双凸透镜2可通过泵浦光，它的两凸面的曲率半径为80mm。在安装板18上水平光轴泵浦双凸透镜2的右侧安装有透过反射双色凹面镜3，透过反射双色凹面镜3与水平光轴正向的夹角为96.5°，在透过反射双色凹面镜3的凹面真空镀有双色膜，双色膜选用的材料为二氧化钛和二氧化硅，在二氧化钛镀层上再镀二氧化硅镀层，交替蒸镀28层。也可选用二氧化锆和二氧化硅材料，交替蒸镀28层。在透过反射双色凹面镜3的背面真空镀有增透膜，增透膜选用的材料为二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛交替蒸镀5层。在安装板18上水平光轴透过反射双色凹面镜3的右侧安装有钛宝石晶体4，钛宝石晶体4位于透过反射双色凹面镜3的右焦点上，钛宝石晶体4的厚度为10mm，用于产生近红外激光。在安装板18水平光轴钛宝石晶体4的右侧安装有反射双色凹面镜5与水平光轴正向的夹角为286°，反射双色凹面镜5的几何形状、凹面及背面真空镀膜的材料以及层数与透过反射双色凹面镜3的几何形状和镀膜完全相同。在安装板18上与水平光轴夹角13°的方向上安装色散棱镜6，色散棱镜6用于色散光，本实施例的色散棱镜6为等腰三棱镜，其横截面顶角为69°，两底角为55.5°，顶点在底面上方，顶点与透过反射双色凹面镜3的中心连线与水平光轴正向成13°夹角，底面与水平光轴平行。在安装板18水平光轴反射双色凹面镜5的右侧安装有准直棱镜7，准直棱镜7的几何形状与色散棱镜6完全相同，安装位置正好相反。在安装板18上与水平光轴反向成69°的方向安装有耦合输出镜8，耦合输出镜8面向腔内的镜面上真空镀有双色膜、另一面真空镀有增透膜，镀双色膜和增透膜所用的材料以及层数与透过反射双色凹面镜3的镀膜完全相同。在安装板18上与水平光轴反向成38.5°的方向上安装有引光平面反射镜9，引光平面反射镜9的镜面上真空镀膜有双色膜，可对近红外激光进行完全反射。镀层的材料以及层数与透过反射双色凹面镜3的双色膜完全相同。在安装板18上左侧另一条水平光轴与水平光轴成103°的夹角的方向上安装有平面反射镜17，平面反射镜17的镜面上真空镀膜有双色膜，可反射双色凹面镜5上的近红外激光，双色膜所用的材料和层数与透过反射双色凹面镜3的双色膜完全相同。氩离子激光器1、泵浦聚焦双凸透镜2、透过反射双色凹面镜3、钛宝石晶体4、反射双色凹面镜5、色散棱镜6、准直棱镜7、耦合输出镜8、平面全反射镜17构成本发明的谐振腔。
在安装18上垂直光轴安装有右准直平面全反射镜10，右准直平面全反射镜10与水平光轴的正向成225°的夹角，在该镜面上真空镀有双色膜，可反射引光平面全反射镜9的近红外激光，镀双色膜的材料和层数与透过反射双色凹面镜3的双色膜完全相同。在安装板18上另一条垂直光轴与水平光轴的正向成45°的夹角，安装有左准直平面全反射镜11，在该镜面上真空镀有双色膜，可反射右准直平面全反射镜10的近红外激光，镀双色膜的材料和层数与透过反射双色凹面镜3的双色膜完全相同。在安装板18上另一条垂直光轴安装有倍频聚焦双凸透镜12，倍频聚焦双透镜12对左准直平面全反射镜11的近红外激光进行聚焦，倍频聚焦双凸透镜12两凸面的曲率半径为40mm。在安装板18上另一条垂直光轴安装有倍频晶体13，倍频晶体13位于倍频聚焦双凸透镜12的焦点上，将经聚焦后的近红外激光转换成兰色激光，倍频激光器13的厚度为1.5mm.。在安装板18上另一条垂直光轴安装有准直双凸透镜14，将兰色激光进行准直。在安装板18上另一条垂直光轴安装有分光棱镜15，其几何形状与色散棱镜6完全相同，底面与水平光轴的夹角为249°，分光棱镜15将近红外激光与兰色激光分开。本发明的右准直平面全反射镜10、左准直全反射镜11、倍频聚焦双凸透镜12、倍频晶体13、准直双凸镜14、分光棱镜15构成倍频系统。
在安装板18上还安装有光谱仪16，光谱仪16把分光棱镜15分出兰色激光的光谱绘制成光谱曲线。
发明人给出了本发明的第二个实施例。在本实施例中，泵浦双凸透镜2两凸面的曲率半径为60mm，倍频聚焦双凸透镜12两凸面的曲率半径为25mm，透过反射双色凹面镜3和反射双色凹面镜5凹面的曲率半径为50mm，钛宝石晶体的厚度为2mm，倍频激光器的厚度为0.005mm。透过反射凹镜3与水平光轴正向的夹角为94°，反射双色凹面镜5与水平光轴正向的夹角为297°耦合输出镜8与水平光轴反向夹角为82°，平面反射镜17与水平光轴正向的夹角为98°，右准直平面反射镜10与水平光轴正向的夹角为220°，左准直平面反射镜11与水平光轴的夹角为40°。在透过反射双色凹面镜3、反射双色凹面镜5、耦合输出镜8、引光平面全反射镜9、平面全反射镜17、右准直平面全反射镜10、左准直平面全反射镜11镜面上真空镀膜的双色膜、增透膜所用的材料和层数与第一个实施例相同。其它零部件的几何形状以及零部件的安装位置与第一个实施例相同。
发明人给出了本发明的第三个实施例。在本实施例中，泵浦双凸透镜2两凸面的曲率半径为100mm，倍频聚焦双凸透镜12两凸面的曲率半径为55mm，透过反射双色凹面镜3和反射双色凹面镜5凹面的曲率半径为150mm，钛宝石晶体的厚度为20mm，倍频激光器的厚度为3mm。透过反射凹镜3与水平光轴正向夹角为117°，反射双色凹面5与水平光轴正向的夹角为274°，耦合输出镜8与水平光轴反向夹角为56°，平面反射镜17与水平光轴的正向夹角为124°，右准直平面反射镜10与水平光轴正向夹角为230°，左准直平面反射镜11与水平光轴的正向夹角为50°。在透过反射双色凹面镜3、反射双色凹面镜5、耦合输出镜8、引光平面全反射镜9、平面全反射镜17、右准直平面全反射镜10、左准直平面全反射镜11镜面上真空镀膜的双色膜、增透膜所用的材料和层数与第一个实施例相同。其它零部件的几何形状以及零部件的安装位置与第一个实施例相同。
发明人给出了本发明的第四个实施例。在本实施例中，在透过反射双色凹面镜3、反射双色凹面镜5、耦合输出镜8、引光平面反射镜9、平面全反射镜17、右准直平面全反射镜10、左准直平面全反射镜11、镜面上真空镀膜的双色膜、增透膜所用的材料与第一个实施例相同，镀双色膜镀的层数为25层，镀增透膜的层数为4层。其它零部件的几何形状以及零部件的安装位置与第一个实施例相同。
发明人给出了本发明的第五个实施例。在本实施例中，在透过反射双色凹面镜3、反射双色凹面镜5、耦合输出镜8、引光平面反射镜9、平面全反射镜17、右准直平面全反射镜10、左准直平面全反射镜11、镜面上真空镀膜的双色膜、增透膜所用的材料与第一个实施例相同，镀双色膜镀的层数为30层，镀增透膜的层数为6层。其它零部件的几何形状以及零部件的安装位置与第一个实施例相同。
发明人采用本发明第一个实施例制作的空间啁啾补偿角度相位失配的飞秒钛宝石激光倍频器，用功率计测试倍频转换效率，测试结果由图2给出，倍频聚焦双凸透镜12的两凸面的曲率半径为25～35mm时，倍频转换效率随曲率半径的增加而提高，两凸面的曲率半径为35mm时，倍频转换效率最高，两双凸面的曲率半径为35～55mm时，倍频转换效率阻碍曲率半径的增加而降低。发明人采用本发明第一个实施例，制作的空间啁啾补偿角度相位失配的飞秒钛宝石激光倍频器，采用美国ADVANTEST公司生产的Q8344A光谱分析仪测试其光谱分布，测试结果由图3、4给出，在图3中，基频光的中心波长λ0为0.837083nm时，光谱带宽Δλ为13.93nm。在图4中，倍频光的中心波长λ0为0.419759nm时，光谱带宽Δλ为5.526nm。