[发明专利]一种Littrow构型电光调Q倍频激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光器及非线性光学领域，具体涉及一种Littrow构型电光调Q倍频激光器。

背景技术

电光调Q倍频激光是获得特定波长激光高峰值功率输出的一种有效方式。电光调Q倍频激光一般由泵浦源、激光工作介质、起偏器、检偏器、倍频晶体构成，涉及的光学元器件较多，因而影响了结构的紧凑性, 通常电光调Q开关是基于电光效应来改变激光在谐振腔内的增益，振荡的激光必须具备良好的偏振特性，才能使电光调Q开关对激光进行调制。

,本发明设计的Littrow构型电光调Q倍频激光器，以倍频晶体制作的Littrow棱镜置于谐振腔内，同时承担起对基频激光的起偏、检偏和倍频三项功能，配合电光调Q开关实现对激光的调制，输出电光调Q倍频激光。

发明内容

本发明的原理是在激光谐振腔中使用以倍频晶体制作的Littrow棱镜来获得单一偏振基频激光ν，并以电光调Q开关对其进行调制，调制后的基频激光ν在该棱镜中由于倍频效应转化为倍频激光2ν。由于该Littrow棱镜以基频激光ν对应的Ⅰ类相位匹配方向作为棱镜反射面的法线方向，且Ⅰ类相位匹配的激光倍频中，基频激光ν和倍频激光2ν在非线性晶体中沿相位匹配方向传播时偏振态相反，对应的折射率相等，因此Littrow棱镜入射面的法线和谐振腔轴线成一定角度时，基频激光ν和倍频激光2ν在激光谐振腔内的传播始终保持重合。

本发明的具体技术路线为：一种Littrow构型电光调Q倍频激光器，基本构成包括激光谐振腔腔镜a、激光工作介质b、电光Q开关c及倍频晶体d，倍频晶体d加工成Littrow构型的棱镜，包含一个入射面Ft和一个反射面Fr，反射面Fr的法线lr与基频激光ν在倍频晶体中的Ⅰ类相位匹配方向重合，入射面Ft的法线lt与谐振腔轴线lc之间的夹角为α，使得基频激光ν沿谐振腔轴线lc通过该面后折射到其对应的Ⅰ类相位匹配方向传播。

本电光调Q倍频激光器的工作过程为：

 由激光器的设计要求确定各项光学参数，加工出合适的Littrow棱镜，基频激光ν在该棱镜上满足自准直条件时的入射角和折射角分别为α和θ，两者之间的关系满足折射率的表达公式： 

 [0007] 该激光器包含基频偏振激光的选择、电光Q开关的调制和倍频激光转换三个阶段：

1、基频偏振激光的选择阶段：当激光工作介质b受到泵浦光源激发时，谐振腔内将会产生不同频率的信号光，根据谐振腔的损耗分析，只有沿谐振腔轴线传播的光才具有最小的离轴损耗，当它们沿着谐振腔轴线传播到1时，根据自准直条件，此时只有偏振状态P+信号光ν能够通过Littrow棱镜入射面Ft折射到沿着对应的Ⅰ类相位匹配方向上，继而垂直入射到Littrow棱镜反射面Fr上，通过该反射面的反射又回到原方向上反向行进，抵达入射面Ft后折射回谐振腔轴线，该过程为1→2→3→4；对于其它频率或偏振态的信号光（除了P-偏振状态的信号光2ν），当它们沿着谐振腔轴线传播到1时，由于不满足自准直条件，通过入射面Ft折射进入Littrow棱镜后，将偏离方向2传播，无法正入射反射面Fr，所以反射后与原光路偏离，再次经过入射面Ft折射出Littrow棱镜，它们的传播方向也将与谐振腔轴线偏离，这种情况下信号光的离轴损耗将会大大增加。在该阶段，通过Littrow棱镜的色散作用，获得满足要求的偏振状态P+基频激光ν。

2、电光Q开关的调制：偏振状态P+的基频激光ν沿着谐振腔轴线传播，具体为4→5→6→7→1。当电光Q开关c处于关断状态时，开关材料将等同于一个1/4波片，4→5过程中，偏振状态P+基频激光ν通过开关材料后，其偏振方向将会转过+45°，而激光工作介质对基频激光ν的偏振状态不产生作用，正入射腔镜a后，基频激光ν反射回原光路，5→6→7过程，基频激光ν的偏振状态不变，7→1过程，再次通过开关材料的基频激光ν的偏振方向又转过+45°，此时得到的是P-偏振状态的基频激光ν，其通过Littrow棱镜后将会由于离轴损耗而无法在谐振腔内获得足够的增益，谐振腔内无激光产生；当电光Q开关c打开时，开关材料将不会改变基频激光ν的偏振状态，亦即基频激光ν在4→5和7→1这两个过程后依然保持P+偏振状态，这时的基频激光ν会不断重复1→2→3→4→5→6→7→1过程，每次通过激光工作介质时都能得到增益，形成P+偏振状态基频激光ν的振荡。