[发明专利]一种高效率激光谐波倍频增强器

说明书

技术领域

本发明涉及固体激光器技术领域，尤其涉及一种高效率激光谐波倍频增强器。

背景技术

近年来，激光应用日新月异，激光技术以其所蕴藏的创造力为越来越多的领域带来技术变革。短波长激光加工机已主导了精细加工，特别是用于多层、高密度印刷电路板PCB的精密打孔设备市场。在特种材料打标、集成电路修复、生物荧光分析、环境污染监测、DNA分析等的应用上，也显示出巨大优势。在同一个输出功率量级，越是波长短的激光，其应用领域也越广泛；而一般说来，激光波长越短，越容易被更多的材料所吸收；同样的光束质量因子的激光输出，波长越短，光束因子乘积也就越好，也就是说短波长激光会同比具有更好的准直性和可聚焦性。而短波长激光通常最简单易行的办法就是通过倍频来实现。

倍频方式有两种，一种是腔内倍频，一种是腔外倍频。腔内倍频由于基频光多次经过倍频晶体，效率好的时候可以做到接近100％，但由于腔内倍频有很多限制条件，比如说要想在高功率输出高光束质量的激光光束非常困难，技术上通常采用振荡级+放大级的方案，这样倍频就只能在腔外来实现，腔外倍频效率通常很难超过60％，一般都在50％一下，而到三倍频或四倍频效率更低。

对倍频效率的追逐，几乎伴随激光技术的发展全过程。理论上，倍频效率由如下公式表述：

η=P2ωPω=8πω2d2L2Pωcn12n3A[sin(ΔKL2)ΔKL2]2]]>

其中，P^2ω为倍频光出光功率，P^ω为基频光功率，d为倍频晶体的非线性系数，L为倍频晶体的长度，A为激光光斑的横截面积，可见，倍频效率的提高可以通过选用高非线性系数的倍频晶体，提高入射激光峰值功率密度，适当增加倍频晶体长度来实现。实际上，现有技术中，普遍使用的也几乎都是这类办法，但不论怎样，如前所述，还是存在大量的剩余的没倍频的基频光被白白浪费。而三倍频或四倍频过程中，这种浪费更加严重。

典型的腔外倍频激光器光路图参考《高峰值266nm紫外激光器》论文，这类腔外倍频的方案，存在明显的缺陷：首先，如果是二倍频，那么基频光只参与了一次倍频，剩下的都被作为垃圾光被反走，直接影响三倍频的效率；如果是三倍频过程，那么基频光同二倍频光只参加了一次合频，转换效率有限；如果是四倍频，由于可供选择的四倍频晶体几乎都存在走离角大，接收角小或非线性系数小，温度接收带宽窄等这样那样问题，通常四倍频效率都低于30％，从而造成二倍频光只通过一次四倍频晶体，其他的剩余的二倍频光白白浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效率激光谐波倍频增强器，使单次倍频剩下的基频光再次通过另一倍频晶体参与倍频，以充分利用二倍频转换效率，而为了避免倍频光的逆转成基频特性，在增加的倍频晶体前放置一双色波片，使第一次的倍频光的偏振方向旋转了90度，但原基频光偏振方向不变，从而实现倍频效应的增强；同理可实现多次变频效率的增强。