[发明专利]一种基于光谱合束的多管蓝光半导体倍频方法及装置

权利要求书

1.一种基于光谱合束的多管蓝光半导体倍频装置，其特征在于，包括：

脉冲电源(1)，用于泵浦蓝光二极管阵列(2)；

蓝光二极管阵列(2)，用于发出多束光束；

光谱合束机构，用于将蓝光二极管阵列(2)发出的多光束通过衍射光栅(7)以相同的衍射角衍射成为合束光，并使合束光一部分反射回到蓝光二极管阵列(2)形成反馈，另一部分透射输出窄线宽光束；

增强腔机构，用于将透射输出的窄线宽光束形成振荡以达到干涉增强的目的，同时进行倍频；

所述增强腔机构包括：

增强腔输入平面镜(15)，增强腔反射平面镜(16)，增强腔反射凹面镜(17)，增强腔输出凹面镜(18)组成环形腔结构；

β-BBO倍频晶体(19)放置在增强腔反射凹面镜(17)和增强腔输出凹面镜(18)之间的光腰上，利用其非线性效应将输入到环形腔内的光进行倍频；

还包括耦合机构，所述耦合机构包括：

反射镜(9，12，13)，用于改变光谱合束机构透射输出的窄线宽光束的方向，便于片上集成；

光束整形镜(10)，用于优化光谱合束机构透射输出的窄线宽光束的质量；

半波片(11)，用于调整经光束整形镜(10)整形后光束的偏振态，使其满足所述β-BBO倍频晶体(19)的匹配类型以及相位匹配角；

模式匹配镜(14)，用于将光谱合束机构透射输出的窄线宽光束聚焦在所述环形腔本征模式的大束腰上；

还包括：压电陶瓷PZT-α(23)，衍射光栅(7)安装在上面，用于调整合束光频率的连续调谐范围，使合束光的频率和反馈相位同时处于光反馈的最佳状态；

压电陶瓷PZT-β(24)，反射镜(12)安装在上面，用来控制光谱合束机构和增强腔机构之间的长度，以保持反馈相位的最佳条件；

压电陶瓷PZT-γ(25)，增强腔反射平面镜(16)安装在上面，用来控制增强腔反射凹面镜(17)和增强腔输出凹面镜(18)之间的距离，扫描环形腔的往返长度，以实现有效的模式匹配，且使环形腔的光腰落在β-BBO倍频晶体(19)上，以得到最大的倍频效率。

2.根据权利要求1所述的一种基于光谱合束的多管蓝光半导体倍频装置，其特征在于，所述光谱合束机构还包括：

快轴准直镜(4)，用于减小蓝光二极管阵列(2)发出的光束在快轴方向的远场发散角，使光束均以同一较小的快轴方向远场发散角并出射；

光束旋转元件(5)，用于将快轴准直镜(4)出射的光束以传播方向为轴旋转90°进行快慢轴交换；

准直-偏转元件(6)，对经过光束旋转元件(5)旋转后的光束进行慢轴方向准直，减小其慢轴方向远场发散角，使不同光束偏转不同角度入射到衍射光栅(7)的同一区域；

输出耦合镜(8)，用于接收衍射光栅(7)出射的合束光束，使所述合束光一部分反射回到蓝光二极管阵列(2)形成反馈，用于压缩线宽，另一部分透射输出窄线宽光束。

3.根据权利要求1所述的一种基于光谱合束的多管蓝光半导体倍频装置，其特征在于，

从耦合机构输出的光束入射至增强腔输入平面镜(15)，在所述环形腔内循环一周，一部分形成振荡的光束通过β-BBO倍频晶体(19)倍频后从增强腔输出凹面镜(18)输出，另一部分返回至增强腔输入平面镜(15)继续循环；

增强腔输入平面镜(15)和增强腔反射平面镜(16)的间距l₁，增强腔反射凹面镜(17)和增强腔输出凹面镜(18)的间距l₂，β-BBO倍频晶体(19)到增强腔反射凹面镜(17)或增强腔输出凹面镜(18)的距离d1满足关系：

其中，R为增强腔反射凹面镜(17)和增强腔输出凹面镜(18)的曲率半径，L和n分别为β-BBO倍频晶体(19)的长度和折射率，l＝l₁+2l₂，为β-BBO倍频晶体(19)中心处的束腰半径。

4.根据权利要求1所述的一种基于光谱合束的多管蓝光半导体倍频装置，其特征在于，还设置有CaF2分光棱镜(20)，用于将从增强腔输出凹面镜(18)输出的倍频光里的深紫外光与其它杂散光分离；聚焦透镜(21)，用于将从CaF2分光棱镜(20)输出的深紫外光聚焦到光谱仪(22)上；光谱仪(22)，用于分析接收到的深紫外光的强度及波长。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种基于光谱合束的多管蓝光半导体倍频装置，其特征在于，所述蓝光二极管阵列(2)包含多个排列成阵列的蓝光半导体激光发射单元，所述发射单元等间距排列且光束出射方向相同。