[发明专利]一种判定自变频晶体最佳热平衡运转条件的装置

说明书

技术领域

本发明属于激光晶体和器件领域，特别涉及一种判定自变频晶体最佳热平衡运转条件的装置。

背景技术

随着激光技术的发展及其在信息存储、生物医学、激光显示、光学研究等领域越来越广泛的应用，对具有不同输出波长的固体激光器的需求也越来越迫切。可见波长激光在激光显示、医疗、印刷、娱乐和科学研究等方面都有广泛的应用。目前，获得绿光输出的主要途径是采用倍频晶体KTP、PPLN或LBO等对Nd³⁺离子产生的1.06μm激光进行倍频获得0.53μm的绿光输出。对于中小功率的绿光输出，通常采用Nd:YVO₄+KTP的方式来得到。但是这种包含激光工作物质和倍频材料两种晶体的激光器，结构比较复杂，稳定性不是很强，而且两块晶体的胶合工艺一直限制了这种激光器的成本和简化。

自倍频晶体是一种可以直接获得可见激光输出的理想材料。将激活离子掺杂入一块具有非线性光学特性的晶体，使其既是激光晶体，又具有激光变频非线性的功能。当晶体沿着倍频的最佳相位匹配方向切割时，就可以在晶体内部对离子产生的基频激光直接进行倍频，从而获得自倍频激光输出。从原理上讲，自倍频激光器结构简单紧凑，稳定性强，制作成本低。但是，自倍频晶体在实际应用中，却面临着效率不高的问题，致使自倍频输出效率不高的原因主要有以下三个方面：(1)材料的自激活特性(即晶体的激光特性与非线性特性的匹配程度)；(2)激活离子自身对倍频光的自吸收问题；(3)激光运转过程中，最佳相位匹配方向的失配问题。对于前两个原因，可以通过改良自倍频晶体材料本身性质来改善，对于第三个原因，可以通过对晶体加工和实验条件的控制来解决。

在自倍频激光实验中，自倍频激光输出的功率有一个逐渐稳定的变化过程。这是因为：随着晶体对泵浦光的吸收，晶体内部温度逐渐升高，而晶体又处于制冷控温装置内，最后在晶体内部会形成稳定的热梯度分布；因此，晶体内部的真实温度是由泵浦光的吸收情况和边界的制冷条件共同决定的；晶体自倍频效率与晶体的温度有着密切关系：随着温度的改变，晶体折射率会发生变化，导致最佳相位匹配方向也随之改变，从而改变倍频效率；所以，最终的自倍频激光输出过程也是一个随着晶体内部温度变化逐渐趋于稳定的平衡过程。

一般情况下，自倍频晶体是按照室温下对应的最佳相位匹配方向进行切割的，但是在自倍频晶体吸收泵浦光形成稳定热梯度分布的过程中，只有某一时刻的晶体中心温度才满足与该温度相同，只有这时倍频过程才是发生在最佳相位匹配方向上，效率最高。但是当晶体达到稳定热梯度分布后，晶体中心温度一般都不等于室温，这时相位匹配方向发生偏转，不能再满足最佳相位匹配。因此，实际激光运转过程中的倍频效率一般要低于理论上可达到的最佳效率。

同理，所有基于二阶非线性的自变频过程，都具有与自倍频一样的特性和激光运转过程中由于晶体内部温度改变导致的相位失配问题。因此，我们需要找到相应的解决办法，来调整实际运转过程中的自变频激光晶体的热平衡运转条件，使其最优化，从而显著提高自变频激光的输出效率。

发明内容

本发明目的：针对由于晶体内部温度改变导致的相位失配引起的自变频固体激光器效率不高的问题，从晶体内部热梯度分布与自变频相位匹配的关系着手，提出采用光电探测器探测自变频激光信号并转化为电信号，传送至示波器，利用示波器对得出自变频激光对应的电信号强度随时间的变化曲线，经过分析确定不同情况下自变频晶体的最佳热平衡运转条件。

为实现上述发明目的本发明的技术方案如下：

本发明提供的判定自变频晶体最佳热平衡运转条件的装置，其包括：

置于自变频激光器输出光路上的分光棱镜，所述分光棱镜将自变频激光器的出射激光进行分光得到自变频激光信号；

设置于所述自变频激光信号光路上的小孔光阑；

位于所述小孔光阑光出射方向上的光电探测器；和

与所述光电探测器电相连的示波器；

所述光电探测器探测由小孔光阑透过的自变频激光信号并转化为电信号，之后传送至示波器，在示波器中对所述电信号随自变频激光器中的自变频晶体内部热平衡建立的变化过程进行存储和分析，得出自变频激光对应的电信号强度随时间的变化曲线；