[发明专利]基于光学频率重组上转换产生深紫外激光的装置

说明书

本发明属于激光技术领域，公开了一种基于光学频率重组上转换产生深紫外激光的装置。本发明包含二倍频晶体、合束镜、光参量放大晶体、四倍频晶体以及和频晶体。首先利用二倍频晶体将基频光进行倍频产生二次谐波，然后利用一部分二次谐波在光参量放大晶体中对信号光进行放大，同时产生闲置光。随后剩余部分二次谐波经四倍频晶体产生四次谐波，然后在和频晶体中将四次谐波与产生的闲置光进行和频，最终获得非整数次谐波的高能深紫外激光。本发明结合了光学谐波转换与光参量放大，通过光参量放大产生不同于基频光波长的激光，并将其与基频光的整数次谐波进行和频，从而获得非整数次谐波的激光，这为在诸多晶体中产生深紫外波段激光提供了新的途径。

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种基于光学频率重组上转换产生深紫外激光的装置。

背景技术

深紫外激光因具有高单光子能量、高光谱精度以及准确的时间和频率分辨精度等优势，在激光物理、分析化学、光谱学等诸多科学研究以及工业领域中都有着重要的应用。一个典型的例子就是在激光惯性约束聚变、高能密度物理等研究中，光谱范围在180-230nm的深紫外激光是等离子体诊断非常理想的探测光束，因为其在汤姆森散射中表现出低自发射背景这一显著优势。

然而，深紫外激光通常很难产生。目前，只有自由电子激光器和同步辐射源等大型装置和极少数增益介质可以直接在深紫外光谱区发射激光。随着强激光的出现，非线性光学技术被认为是产生深紫外激光最有效的方法之一，一个常用的技术就是通过1μm波段激光的五次谐波产生来获得200nm波段深紫外激光。尽管目前非线性光学得到了快速的发展，材料生长技术也有了快速的进步，一系列非线性光学晶体不断被研发出来，但通过非线性光学技术获得的200nm波段附近深紫外激光脉冲的能量仍只有数百毫焦耳的水平，这大大限制了深紫外激光的应用。阻碍这一波段激光能量提升一个关键原因在于目前可获得的大尺寸非线性晶体难以在室温条件下满足非线性光学技术中需要的相位匹配条件。

为了实现高效的谐波转换来获得200nm波段深紫外激光，满足相位匹配是一个重要的前提条件。对于目前常用的晶体，只有BBO、CLBO、KBBF等极少数晶体能够在室温条件下满足五次谐波产生所需的相位匹配。但这些晶体均难以获得大的生长尺寸，因而极大地限制了200nm波段深紫外激光能量的提升。对于KDP系列晶体，如：KDP、DKDP、ADP等，它们能够获得大的生长尺寸，但它们需要在极低温条件下才能够实现五次谐波的相位匹配。比如对于1053nm激光五次谐波产生，KDP晶体需要在-140℃才能实现相位匹配，运转这种苛刻的低温系统需要非常复杂的设备，尤其是在大尺寸晶体中实现高精度的温度控制。此外，这些本身就对温度非常敏感的晶体在这种低温环境下工作也面临着巨大的挑战。

发明内容

本发明针对目前基于非线性光学技术获得深紫外波段高能激光所面临的难题，提出了一种基于光学频率重组上转换产生深紫外激光的装置。该装置将光学谐波转换与光参量放大进行了充分结合，能够通过非整数次谐波产生来获得高能量深紫外乃至真空紫外激光，从而克服传统方案在可选材料种类较少、晶体工作条件苛刻、产生的激光能量和波长受限等方面的局限性。

本发明的原理如下：

在利用非线性晶体对基频光进行谐波转换，产生基频光整数次谐波的基础上，通过光参量放大产生不同于基频光波长的激光，并将其与基频光的整数次谐波进行和频来产生非整数次谐波，从而获得紫外、深紫外以及真空紫外等短波段的激光。

本发明的技术解决方案如下：

基于光学频率重组上转换产生深紫外激光的装置，其特点在于，包含二倍频晶体、合束镜、光参量放大晶体、四倍频晶体、和频晶体以及分束镜，所述的分束镜镀有使信号光、闲置光、二次谐波、四次谐波透射，使和频光反射的膜层。

基于所述的光学元器件，本发明包括如下关键特征：