本發明涉及激光。更具體地，涉及一種復合腔非線性激光頻率變換裝置。

背景技術：

1、激光源普遍應用于科學、經濟和軍事等諸多領域，隨著社會的發展，對特殊波長激光的需求也越來越多。除了探索新的激光工作介質外，光學材料的非線性光學頻率變換也是豐富激光波長的一種有效方法。在穩定工作的非線性晶體中，同時存在倍頻、和頻與差頻等多種非線性效應，更換不同濾波裝置即可獲得不同波長的激光輸出。根據非線性晶體放置的位置在激光諧振腔內或腔外，頻率變換方式分為腔內變頻和腔外變頻兩種方式。腔內變頻充分利用了腔內激光功率密度高的優點，易獲得高的轉換效率和輸出功率，但是由于腔內倍頻實現兩種波長激光的變頻，需調整兩束激光束在腔內共線以實現非線性晶體的相位匹配，光路調試較為困難；腔外變頻易獲得好的光束質量、結構簡單且容易實現非線性晶體的相位匹配，但是由于激光的單次通過非線性晶體，變頻效率較低。

技術實現思路

1、本發明提供一種復合腔非線性激光頻率變換裝置，以解決現有技術存在的問題中的至少一個。

2、為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

3、本發明提供一種復合腔非線性激光頻率變換裝置，該裝置包括激光增益模塊、第一諧振腔、第二諧振腔和非線性晶體，所述非線性晶體設置于所述第一諧振腔中；

4、所述激光增益模塊，用于輻射第一波長的激光和第二波長的激光；

5、所述第一諧振腔，用于產生第一振蕩激光，所述第一振蕩激光的波長為第一波長，所述第一振蕩激光不輸出所述第一諧振腔；

6、所述第二諧振腔，用于產生第二振蕩激光，所述第二振蕩激光的波長為第二波長，并將所述第二振蕩激光注入所述第一諧振腔；

7、所述非線性晶體，用于將所述第一振蕩激光與所述第二振蕩激光進行變頻，產生變頻激光，所述變頻激光由所述第一諧振腔輸出。

8、可選地，所述第一諧振腔包括第一反射鏡、第一分光鏡和第二分光鏡，所述第二諧振腔包括第一反射鏡和第一輸出鏡，所述激光增益模塊設置于第一反射鏡與第一分光鏡之間，所述非線性晶體設置于所述第一分光鏡與所述第二分光鏡之間；

9、第一反射鏡用于反射第一波長的激光和第二波長的激光，第一分光鏡用于將第一波長的激光反射至第二分光鏡并透過非線性晶體，所述第一分光鏡還用于透射第二波長的激光以及輸出變頻激光；第二分光鏡用于將第一波長的激光反射回第一分光鏡和第一反射鏡，所述第一波長的激光在所述第一諧振腔中振蕩產生第一振蕩激光，所述第二分光鏡還用于透射所述第二振蕩激光；

10、第一輸出鏡用于將所述第二波長的激光反射回第一分光鏡以產生第二振蕩激光，將所述第二振蕩激光透射輸出第二諧振腔，并將所述第二振蕩激光通過所述第二分光鏡注入所述第一諧振腔。

11、可選地，所述裝置還包括設置于激光增益模塊與第一反射鏡之間的雙折射濾波片，所述雙折射濾波片采用布魯斯特角方式放置，用于將所述第一波長的激光運轉為水平偏振態的第一波長的激光，將所述第二波長的激光運轉為水平偏振態的第二波長的激光；

12、所述雙折射濾波片還用于調節所述第一振蕩激光和所述第二振蕩激光的強度。

13、可選地，所述激光增益模塊包括用于輸出第一波長的激光的第一激光增益模塊和用于輸出第二波長的激光的第二激光增益模塊。

14、可選地，所述第一諧振腔包括第二反射鏡、第二分光鏡和第三分光鏡，所述第二諧振腔包括第三反射鏡和第二輸出鏡，所述第一激光增益模塊設置于第二反射鏡與第三分光鏡之間，所述非線性晶體設置于所述第三分光鏡與所述第二分光鏡之間，所述第二激光增益模塊設置于第三反射鏡與第二輸出鏡之間；

15、第二反射鏡用于反射所述第一波長的激光，所述第三分光鏡用于將第一波長的激光反射至第二分光鏡并透過所述非線性晶體，還用于輸出變頻激光；第二分光鏡用于將第一波長的激光反射回第三分光鏡和第二反射鏡，所述第一波長的激光在所述第一諧振腔中振蕩產生第一振蕩激光；

16、第三反射鏡用于將所述第二波長的激光反射回第二輸出鏡以產生第二振蕩激光，所述第二振蕩激光通過第二輸出鏡輸出，所述第二輸出鏡還用于將所述第二振蕩激光通過所述第二分光鏡注入所述第一諧振腔。

17、可選地，所述裝置還包括設置于第一激光增益模塊與第二反射鏡之間的雙折射濾波片，所述雙折射濾波片采用布魯斯特角方式放置，用于將所述第一波長的激光運轉為水平偏振態的第一波長的激光，還用于調節所述第一振蕩激光的強度。

18、可選地，所述裝置還包括整形透鏡，用于對所述第二諧振腔輸出的所述第二振蕩激光整形，使得所述第二振蕩激光與所述第一振蕩激光實現模式匹配。

19、可選地，所述裝置還包括第四反射鏡，所述第四反射鏡用于調節所述第二諧振腔輸出的所述第二振蕩激光的光路，使得注入所述第一諧振腔的第二振蕩激光與所述第一振蕩激光共線。

20、可選地，所述裝置還包括用于調節非線性晶體溫度的溫度調節模塊。

21、可選地，所述激光增益模塊包括激光增益介質和泵浦源，所述裝置還包括用于對激光增益介質進行冷卻的冷卻模塊。

22、本發明的有益效果如下：

23、本發明通過第一諧振腔和第二諧振腔耦合形成復合腔，將第二諧振腔輸出的第二振蕩激光注入至第一諧振腔中，經非線性晶體實現第一振蕩激光與第二振蕩激光變頻，并產生變頻激光輸出至第一諧振腔外部；本發明激光光路易于調整，結合第一諧振腔腔內變頻與第二諧振腔腔外變頻，易于實現非線性晶體的模式匹配，有效提高變頻效率，獲得高功率高光束質量的變頻激光。

技術特征：

1.一種復合腔非線性激光頻率變換裝置，其特征在于，該裝置包括激光增益模塊、第一諧振腔、第二諧振腔和非線性晶體，所述非線性晶體設置于所述第一諧振腔中；

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一諧振腔包括第一反射鏡、第一分光鏡和第二分光鏡，所述第二諧振腔包括第一反射鏡和第一輸出鏡，所述激光增益模塊設置于第一反射鏡與第一分光鏡之間，所述非線性晶體設置于所述第一分光鏡與所述第二分光鏡之間；

3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括設置于激光增益模塊與第一反射鏡之間的雙折射濾波片，所述雙折射濾波片采用布魯斯特角方式放置，用于將所述第一波長的激光運轉為水平偏振態的第一波長的激光，將所述第二波長的激光運轉為水平偏振態的第二波長的激光；

4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激光增益模塊包括用于輸出第一波長的激光的第一激光增益模塊和用于輸出第二波長的激光的第二激光增益模塊。

5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第一諧振腔包括第二反射鏡、第二分光鏡和第三分光鏡，所述第二諧振腔包括第三反射鏡和第二輸出鏡，所述第一激光增益模塊設置于第二反射鏡與第三分光鏡之間，所述非線性晶體設置于所述第三分光鏡與所述第二分光鏡之間，所述第二激光增益模塊設置于第三反射鏡與第二輸出鏡之間；

6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括設置于第一激光增益模塊與第二反射鏡之間的雙折射濾波片，所述雙折射濾波片采用布魯斯特角方式放置，用于將所述第一波長的激光運轉為水平偏振態的第一波長的激光，還用于調節所述第一振蕩激光的強度。

7.根據權利要求1-6任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括整形透鏡，用于對所述第二諧振腔輸出的所述第二振蕩激光整形，使得所述第二振蕩激光與所述第一振蕩激光實現模式匹配。

8.根據權利要求1-6任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括第四反射鏡，所述第四反射鏡用于調節所述第二諧振腔輸出的所述第二振蕩激光的光路，使得注入所述第一諧振腔的第二振蕩激光與所述第一振蕩激光共線。

9.根據權利要求1-6任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括用于調節非線性晶體溫度的溫度調節模塊。

10.根據權利要求1-6任一項所述的裝置，其特征在于，所述激光增益模塊包括激光增益介質和泵浦源，所述裝置還包括用于對激光增益介質進行冷卻的冷卻模塊。

技術總結
本發明公開一種復合腔非線性激光頻率變換裝置，該裝置包括激光增益模塊、第一諧振腔、第二諧振腔和非線性晶體；激光增益模塊，用于輻射第一波長的激光和第二波長的激光；所述第一諧振腔用于產生第一振蕩激光，第一振蕩激光的波長為第一波長，第一振蕩激光不輸出第一諧振腔；所述第二諧振腔用于產生第二振蕩激光，將第二振蕩激光注入第一諧振腔，第二振蕩激光的波長為第二波長；所述非線性晶體設置于第一諧振腔中，用于將第一振蕩激光與第二振蕩激光進行變頻，產生變頻激光，變頻激光由第一諧振腔輸出。本發明結合腔內變頻與腔外變頻的特點，易于實現非線性晶體的模式匹配，有效提高變頻效率，為產生高功率高光束質量的變頻激光提供一種新的方式。

技術研發人員：卞奇,鄭雅杰,薄勇
受保護的技術使用者：中國科學院理化技術研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24