[发明专利]电控波长可调谐的频率变换装置

说明书

一种电控波长可调谐频率变换装置，由光束取样镜、光谱仪、电压源、一块非线性晶体和两片金属板组成，两片金属板平行放置并连接电压源，非线性晶体放置于两片金属板间的电场中，利用电光效应使晶体的折射率发生变化，并选择合适的入射角度，使光束满足相位匹配条件实现频率变换。当入射光波长发生变化时该装置无需再进行角度调节，只需要改变加载的电压值即可实现不同波长激光的频率变换，而且对于不同中心波长的可调谐激光器频率变换都可以基于该装置设计实现，并能保持很高的转换效率。本发明把电光效应应用到频率变换中，实现波长可调谐的频率变换同时可以使非线性晶体应用到更宽波段的频率变换中。

技术领域

本发明涉及激光频率变换装置，特别是一种电控波长可调谐的频率变换装置。

背景技术

利用非线性晶体进行频率变换使激光的工作波长得到了极大的拓展，非线性光学频率变换也成为激光及其非线性光学领域的一个重要组成部分。在利用非线性晶体材料进行频率变换时，要获得有效的非线性光学频率转换，入射光波和输出光波在非线性光学介质中传播时，必须满足一定的相位关系，称为相位匹配，这是非线性晶体实现频率变换的一个前提条件。目前，实现位相匹配的方法通常有以下几种：双折射位相匹配(BPM)、非临界相位匹配(NCPM)和准位相匹配(QPM)。通过频率变换，比如和频、差频、光参量放大及光参量振荡等可以产生新的相干波段，提供从远红外到紫外各种波段的相干光源，满足实际应用的不同的需要。

双折射位相匹配是利用晶体的双折射效应实现的，即利用晶体的双折射效应补偿因色散造成的输入光和输出光之间的相位失配。这一方案在频率变换技术中有着广泛的应用，尤其是大口径晶体如：ADP、KDP、DKDP、LBO、KTP等的生长技术成熟之后，各种非线性频率变换技术更有着飞速发展。影响双折射位相匹配频率变换的主要因素有：非线性晶体的非线性系数、走离角、相位匹配角、温度稳定性等参数。尤其是相位匹配角这一因素，频率变换效率对其变化特别敏感，一般允许失配角只有百微弧度左右。如果在某一波长实现相位匹配时，晶体角度发生了变化，转换效率将迅速降低，因此双折射位相匹配实验过程中角度的调节精度要求很高。

非临界相位匹配是利用某些倍频晶体折射率的双折射量与色散量对温度比较敏感的特点，通过调节倍频晶体的温度实现相位匹配的方法。这种相位匹配方式中的匹配角度＝90°，使得基频光寻常光的折射率曲面正好与倍频光非寻常光的折射率曲面相切，可以有效地消除走离效应。由于这一方法是利用非线性晶体折射率与温度相关的特性，所以非临界相位匹配对于温度的控制精度和整体的均匀性有很高的要求。

通过上面可以发现，对于不同的相位匹配方法可以使晶体在某合适角度和温度下能够进行相应波长的频率变换，但是在不改变晶体角度和温度的情况下，入射光波长发生变化时，相位失配便会产生，使频率变换的效率发生下降。因此，对于固定的晶体切割角度和温度，一般相位匹配只能在某一波长实现，如果入射波长发生变化，则需要调整晶体的角度，或者温度，而角度的调整将增加实验的复杂程度，温度的变化又受限于控制精度、温度变化时间和整体温度均匀性。因此，在固定晶体角度和温度的情况下实现不同波长的频率变换，尤其是在可调谐激光器的频率变换时是比较困难的。

发明内容

本发明的目的是针对目前现有的频率变换技术方案，提出一种电控波长可调谐的频率变换装置，该装置利用电光效应改变晶体的折射率实现相位匹配，当入射光波长发生变化时不需要调节晶体的角度，只要通过调节电压的大小即可使光束满足相位匹配，实现电控波长可调谐频率变换。该装置把电光效应应用到频率变换中，改变电压使晶体所处的电场强度发生变化，即可使晶体的折射率发生相应的改变，并且折射率变化可调谐，使该装置具有波长可调谐频率变换的优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种电控波长可调谐的频率变换装置，其特点在于该装置包括：光束取样镜、光谱仪、电压源、非线性晶体和两片平行放置的金属板；

上述各元器件位置关系如下：