[发明专利]一种测量非线性晶体热透镜焦距的装置和方法

说明书

本发明提供了一种测量非线性晶体热透镜焦距的装置和方法，装置包括非线性晶体、光学谐振腔、单频激光器、功率调节器、分束器、光电探测器、示波器、信号发生器、高压放大器。所述非线性晶体放置在光学谐振腔的最小腰斑处；单频激光器的输出光经功率调节器后注入到光学谐振腔中；分束器将光学谐振腔输出的倍频光和基频光分离；基频光注入到光电探测器，用示波器记录得到光学谐振腔的透射谱；由信号发生器产生低频信号，经高压放大器放大后加载于粘连在腔镜的压电陶瓷上。本发明根据记录的透射谱测量得到光学谐振腔谐振频率的偏移量，根据公式计算得到非线性晶体的热透镜焦距。该装置和方法简单、操作方便、测量结果准确，具有较高的实用价值。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体属于一种用于测量非线性晶体热透镜焦距的装置和方法。

背景技术

单频紫外激光作为一种重要的激光光源被广泛地应用于生物医疗、激光印刷、高精细光谱学、非经典光场的制备等领域。现有的增益介质的荧光光谱范围一般在600-1500nm的近红外到中红外波段，而倍频技术为获得更短波长激光提供了有效的途径。但是，随着研究的不断深入，人们发现在倍频产生高功率紫外光的过程中，非线性晶体的热效应非常严重，严重制约了倍频光功率的进一步提高。热透镜焦距是衡量热效应严重程度的一个重要指标，为了获得更高功率的单频紫外激光，需要研究非线性晶体的热特性并准确测定不同注入功率下晶体的热透镜焦距。

传统的测量热透镜焦距的方法主要集中在对增益介质热透镜焦距的测量。最具代表性的有探针光法、平平腔法。探针光法是让一束平行光通过具有热透镜效应的增益介质，通过测量平行光束的聚焦位置来确定该增益介质的热透镜焦距。该方法的优点是直观，但需要额外引入一束光，且测量精度非常低，不能准确反映晶体热效应的严重程度。平平腔法是通过测输出激光的腰斑的位置和大小再反推晶体的热透镜焦距，计算过程较复杂、测量精度低。而在倍频过程中，引起晶体热效应的因素较为复杂，包括晶体单独对基频光的吸收，单独对倍频光的吸收以及倍频光诱导基频光的吸收，用以上方法均无法具体分析非线性晶体的热特性，且无法准确测量非线性晶体的热透镜焦距。

发明内容

为了解决现有方法的局限性，本发明的目的在于提供一种操作简单、结果准确的测定非线性晶体热透镜焦距的装置和方法。

本发明提供的一种测量非线性晶体热透镜焦距的装置，包括非线性晶体、光学谐振腔、单频激光器、功率调节器、分束器、光电探测器、示波器、信号发生器、高压放大器。其特征在于，所述非线性晶体放置在光学谐振腔的最小腰斑处；单频激光器的输出光经过功率调节器后注入到光学谐振腔中；由信号发生器产生低频扫描信号，经高压放大器放大后加载于粘连在腔镜的压电陶瓷上；分束器将光学谐振腔输出的倍频光和基频光分离；基频光注入到光电探测器转化为电信号，光电探测器的输出信号输入到示波器记录不同注入功率下光学谐振腔的透射谱。

所述的非线性晶体为双折射相位匹配的LBO、BIBO、BBO或准相位匹配的PPKTP、PPLN、PPSLT等。

所述的光学谐振腔为驻波腔或行波腔。

所述的单频激光器为连续单频可调谐钛宝石激光器、连续单频1064nm激光器或连续单频1342nm激光器。

所述的功率调节器由λ/2波片和偏振分光棱镜组成。

所述的示波器为可存储记录数据的数字示波器。

本发明提供的一种测量非线性晶体热透镜焦距的方法，其原理为：在外腔倍频过程中，为了获得稳定的倍频光输出，需要将光学谐振腔锁定在注入的基频光的频率上，当扫描光学谐振腔的腔长来寻找谐振点时，非线性晶体严重的热效应导致了光学谐振腔谐振频率的偏移，表现为谐振腔透射谱的展宽。而谐振腔谐振频率的偏移量与非线性晶体的热透镜焦距有一定的关系，通过测量谐振频率偏移量的大小可以得到非线性晶体的热透镜焦距。