[发明专利]一种倍频晶体耦合器

说明书

本发明提供一种倍频晶体耦合器，包括沿光束照射方向依次设置的第一耦合棱镜、倍频晶体以及第二耦合棱镜，所述倍频晶体呈平板状，所述第一耦合棱镜和第二耦合棱镜分别设置在所述倍频晶体的两侧面；所述第一耦合棱镜的材料为可见光高透或紫外光高透的晶体；所述第二耦合棱镜为紫外光高透或深紫外光高透的晶体；所述第一耦合棱镜的光束入射面、所述倍频晶体的两侧面以及所述第二耦合棱镜的光束出射面、所述第一耦合棱镜与倍频晶体的接触面以及第二耦合棱镜与倍频晶体的接触面均为抛光面。本发明可以有效减小棱镜与倍频晶体胶合面的热积累效应，从而大大提高耦合器整体的损伤阈值，进而提高倍频光的转换效率和输出功率。

技术领域

本发明涉及光学耦合器技术领域，更具体地，涉及倍频晶体耦合器。

背景技术

非线性频率变换是随着激光技术发展而产生的一门学科，其在现有材料的基础上，可获得更多波段范围的激光输出，自诞生以来就备受关注。基于非线性晶体的和频、倍频以及光参量振荡等激光变频技术是产生紫外、深紫外激光最有效的手段，特别是倍频，已成为激光技术研究及应用的重要方向。

频率变换需要满足相位匹配条件。但是，有些非线性晶体存在体积不足或造价昂贵的限制，不能按指定方向或特定形状切割，以满足特定入射角下的相位匹配角要求。例如：基于KBe₂BO₃F(KBBF)和RbBe₂BO₃F(RBBF)两种非线性光学晶体实现短波长(紫外、深紫外)直接倍频输出时，由于KBBF和RBBF晶体具有层状习性，晶体沿c轴方向厚度一般小于3mm，无法按照相位匹配方向进行切割；而如果采用直接斜入射方式，随着入射角的增大，反射损耗又会增强；事实上，直接斜入射的方式只能实现波段长于235nm的倍频激光输出，难以发挥KBBF和RBBF晶体在深紫外具有高透射率的优势。为了实现深紫外激光输出，陈创天、许祖彦等发明了棱镜耦合技术来解决这一难题(一种非线性光学晶体激光变频耦合器，ZL01115313.X)。采用和非线性光学晶体KBBF折射率接近的光学玻璃、熔石英(SiO₂)玻璃或CaF₂晶体做棱镜，棱镜的角度根据相位匹配角确定，基频光按一定角度或者垂直棱镜入射，在不用斜切割KBBF晶体的情况下实现了包括Nd:YAG激光的六倍频177.3nm，钛宝石激光四倍频宽调谐175～235nm等深紫外激光输出。李如康等又添加BaF₂晶体做棱镜，试图解决在深紫外激光(波长小于170nm)输出时，基波光由折射率大的光密介质KBBF晶体进入折射率小的光疏介质CaF₂晶体时，发生明显反射损失的问题(一种提高短波深紫外激光输出效率的倍频晶体耦合器，ZL201510573902.9)。

但是，现有技术中的耦合器件均存在损伤阈值较低的问题,使KBBF晶体的倍频转化效率和输出功率均很小，产业化发展大大受限。

然而事实上，KBBF晶体本身的激光损伤阈值很高，可达GW/cm²，造成当前耦合器件损伤阈值较低的主要原因之一是因为采用了热导率较低的石英玻璃棱镜，导致所用棱镜与KBBF晶体光胶截面的热积累效应严重，特别是长脉冲或连续的运转方式，器件的损伤阈值更低，在ms脉宽条件下，损伤阈值约1MW/cm²。

因此，需要提供一种提高短波紫外或深紫外激光倍频器件损伤阈值的耦合器。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的提高短波紫外或深紫外激光倍频器件损伤阈值的耦合器。

根据本发明的一个方面，提供一种倍频晶体耦合器，包括沿光束照射方向依次设置的第一耦合棱镜、倍频晶体以及第二耦合棱镜，所述倍频晶体呈平板状，所述第一耦合棱镜和第二耦合棱镜分别设置在所述倍频晶体的两侧面；

其中，所述第一耦合棱镜的材料为可见光高透或紫外光高透的晶体；所述第二耦合棱镜为紫外光高透或深紫外光高透的晶体；