[发明专利]自倍频光学超晶格LN，LT晶体生长及相关器件

说明书

本发明属于新材料及相应器件；涉及自倍频新材料及自倍频激光器。

现有的自倍频材料有Nd：YAB、M-NYAB和单畴Nd：MgO(或Sc₂O₃)：LiNbO₃晶体Nd：YAB属三角晶系负单轴晶体，非线性系数d₁₁＝4.06*10^-9(e.s.u)以下根据附图说明现有技术。

图1为Nd：YAB自倍频绿光激光的构成原理图(图1)：

图2为N-MYAB自倍频绿光输出的构成原理图(图2)：

图3，4为Nd：MgO：LiNbO₃是负单轴晶体，应用非线性系数d₃₁＝4.8*10^-9e.s.u

Nd：MgO：LiNbO₃的吸收及荧光光谱图。

图5为Nd：ScO₃：LiNbO₃自倍频绿光激光器的构成原理图：

1.激光二极管LD；2聚焦系统；3.NYAB自倍频晶体；

4.输入端反射镜；5.输出端反射镜

21-控温仪器 22-LD 23-聚焦系统 24-输入端反射镜

25，27-增透膜 26-自倍频激光晶体 28-输出端反射镜

29，30-分束镜 41-光滑仪 42-检偏镜 43，45-功率计 44-滤光镜

图3中横座标为波长，纵座标为吸收系数。

图4中横座标为波长，纵座标为荧光强度。

图5中半导体激光器51，经斩光器52后经倍频晶体54倍频并经谐振腔55后可被光电计56检出。

现有两种自倍频晶体仍有其相当的不足，Nd：YAB及M-NYAB由于其畴结构复杂存在生长出层、生长工艺复杂，难以获得高质量的晶体，而且该材料非线性系数较低，因而大大影响了自倍频效率。单畴Nd：MgO(或Sc₂O₃)：LiNbO₃利用该材料的d₃₁非线性系数，但为了实现I类位相匹配，必须满足σ-偏振状态，而σ-偏振状态是低增益的，现有技术上为克服这一不足，在谐振腔中加入Brewster窗，但这大大增加了插入损耗，影响了自倍频效率，如应用90°位相匹配，不仅存在上述不足，还有温度控制要求高等不足，另外此两种材料只能用于自倍频产生绿光。

本发明的目的就是要达到提高非线性系数、克服利用低增益σ-偏振状态的不足、不需要温度控制以及拓宽自倍频输出波长范围。

本发明的技术解决方案是：LiNbO₃或M：LiTaO₃在LiNbO₃或LiTaO₃晶体中掺入稀土离子作为激光活性物质(稀土离子在Nd³⁺、Er³⁺、Pr³⁺、H_o³⁺等中选择)，掺入量：0.2-0.5wt％在LiNbO₃晶体中掺入MgO、ZnO或者Sc₂O₃以增加该材料的抗光损伤阀值，掺入量：0.5-7.0mol％。在不对称温度场中利用直接法沿a轴生长出具有相应铁电调制周期结构的光学超晶格LiNbO₃和LiTaO₃自倍频晶体，温场梯度20-50℃/cm，水平梯度5-25℃/cm。通过调制生长工艺参数，使得光学超晶格自倍频晶体的调制周期等于激光振荡波长所对应的相干长度的两倍，此时即可满足准位相匹配条件(使泵浦光通光方向平行a轴，且使泵光的偏振方向平行于晶体c轴)。