本申请公开了一种群速失配在线补偿三次谐波脉冲激光装置，包括倍频晶体、群速补偿晶体以及和频晶体；所述群速补偿晶体位于所述倍频晶体与所述和频晶体之间；基频光经过所述倍频晶体产生的倍频光与基频光一起经过所述群速补偿晶体后，再经过所述和频晶体，得到和频激光。本申请的装置，通过对基频光和倍频光的群速失配进行在线补偿，解决了群速失配的问题，在很大程度上提高了三次谐波的转换效率。本申请的装置操作简单，成本较低，光路的复杂化得到改善，尤其适用于超短脉冲激光装置。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种群速失配在线补偿三次谐波激光装置，属于激光领域。
技术介绍
超短紫外脉冲激光在超精细加工，纳米生物工程、保密通讯、现代生物技术、材料加工、光谱分析和科学研究等领域有广泛的应用前景。非线性频率变换技术是实现超短紫外脉冲激光输出最常用的方法，然而对于强场超短激光脉冲，群速失配是影响其倍频效率的主要因素之一。所谓群速失配是指，由于不同频率的光在非线性晶体中的传播速度不同，导致基频波的群速与二次谐波的群速不一致，使得它们在和频晶体中在时域上不能够完全叠加，从而降低了三次谐波的转换效率。为了解决群速失配问题，最常用的方式是利用时间延迟线技术，延迟线由分束片和反射镜组成，通过调整基频光和倍频光在光路中的传播距离，最终使得通过和频晶体时在时域上完全重叠，从而获得较高的倍频效率。然而，由于反射镜和分束片受到镀膜技术的限制，基频光和倍频光在通过上述镜片后会造成不可避免的能量损耗，同时受到超短脉冲自身的限制，两束光在光路上的传播距离匹配要非常精确，例如：飞秒激光的脉冲宽度为35fs，通过倍频晶体后，倍频光将落后于基频光几十个微米。延迟线技术的另一个缺陷在于，对于不同波长的基频光，延迟线之间的距离匹配长度不同，这对于产生可调谐的超短激光脉冲来说，增加了光路的复杂化。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种群速失配在线补偿三次谐波脉冲激光装置，通过对基频光和倍频光的群速失配进行在线补偿，从而解决了群速失配的问题，在很大程度上提高了三次谐波的转换效率。所述装置操作简单，成本较低，光路的复杂化得到改善，尤其适用于超短脉冲激光装置。所述群速失配在线补偿三次谐波脉冲激光装置，其特征在于，包括倍频晶体、群速补偿晶体以及和频晶体；所述群速补偿晶体位于所述倍频晶体与所述和频晶体之间；基频光经过所述倍频晶体产生的倍频光与基频光一起经过所述群速补偿晶体后，再经过所述和频晶体，得到和频激光。本申请在三次谐波激光装置的倍频晶体和和频晶体之间加入了群速补偿晶体，通过缩小经过和频晶体之前基频光和倍频光之间的时域差，使得基频光和倍频光在通过和频晶体时群速能够匹配，提高了和频激光的输出功率和效率。优选地，基频光进入所述倍频晶体的入射角度满足第一类相配匹配条件；基频光和倍频光进入所述和频晶体的入射角度满足第二类相位匹配条件。优选地，基频光和倍频光进入所述基频光和倍频光进入群速补偿晶体的入射角满足正入射条件。优选地，所述倍频晶体中倍频光的群速小于基频光的群速；所述群速补偿晶体中所述倍频光的群速大于所述基频光的群速；所述和频晶体中所述倍频光的群速大于所述基频光的群速。本申请的群速失配在线补偿三次谐波脉冲激光装置的工作过程是：(a)基频光进入倍频晶体后，通过调整倍频晶体的入射角，满足第一类相位匹配条件，产生二次谐波，即倍频激光输出；(b)基频光和倍频光进入群速补偿晶体，调整群速补偿晶体的入射角度，倍频光在通过群速补充晶体后，基频光和倍频光的时域差缩小，倍频光在时域上稍微落后于基频光；(c)当基频光和倍频光进入和频晶体时，通过调整和频晶体的入射角，满足第二类相位匹配条件，最终基频光和倍频光在群速匹配的情况下得到三倍频和频激光。优选地，所述群速补偿晶体选自β相偏硼酸钡晶体、BBSAG、方解石的至少一种。本申请中，所述BBSAG晶体的化学式为Ba1-xB2-y-zO4SixAlyGaz，其x＝0～0.15，y＝0～0.01，z＝0～0.04，x2+y2+z2≠0。更进一步优选地，所述群速补偿晶体为β相偏硼酸钡晶体(可简写为β-BBO)。β-BBO晶体的化学式为β-BaB2O4，三方晶系，3m点群；晶胞参数为本领域技术人员可以根据实际装置的需要和条件选择所述群速补偿晶体的厚度，在一定范围内，均起到可以改善群速失配的问题，当群速补偿晶体的厚度与所述倍频晶体的厚度、所述和频晶体的厚度满足一定关系时，可以使得基频光和倍频光在通过所述和频晶体时的群速完全匹配。优选地，所述群速补偿晶体在光线入射方向上的厚度LGCP满足如式I所示的关系：LSHGVF-LSHGVSHG=LGCPVSHG′-LGCPVF′+LTHGVSHG″-LTHGVF″]]> 式I其中，是所述倍频晶体的厚度，LTHG是所述和频晶体的厚度，VF是基频光在所述倍频晶体中的群速，V′F是基频光在所述群速补偿晶体中的群速，V″F是基频光在所述和频晶体中的群速，VSHG是倍频光在所述倍频晶体中的群速，V′SHG是倍频光在所述群速补偿晶体中的群速，V″SHG是倍频光在所述和频晶体中的群速。本申请中所述倍频晶体选用非线性晶体材料，当基频光进入倍频晶体时，根据第一类相位匹配模式，满足一定的相位匹配角时，会产生二次谐波(即二倍频光)。在超短激光脉冲领域，基频光和倍频光在通过非线性晶体后会出现群速失配现象，这是因为非线性介质材料对不同频率的光的折射率不同，从而导致基频光和倍频光在晶体中的群速也不相同，基频光在介质中的群速要大于倍频光。它们在时域上的时间间隔为式II所示：Δt1=LSHGVF-LSHGVSHG]]> 式II其中LSHG为倍频晶体的厚度，VF、VSHG分别代表基频光和倍频光在倍频晶体中的群速。同时倍频光自身的脉宽也会展宽。因此为了减小基频光和倍频光之间的群速失配程度，尽可能选择厚度较薄的非线性晶体材料。对于群速补偿晶体，群速补充晶体的入射角度满足正入射条件，群速补充晶体的厚度满足式I，在这个条件下，倍频光在晶体中的群速大于基频光的群速。基频光和倍频光在通过群速补充晶体时，此时它们在时域上的间隔为式III所示：Δt2=LGCPVSHG′-LGCPVF′]]> 式III其中LGCP表示群速补充晶体的厚度，V′F、V′SHG分别表示基频光和倍频光在群速补偿晶体中的群速，Δt1＞Δt2，倍频光会稍微落后于基频光，但是它们之间的时域差已经缩小，在时域上已经部分互相重叠。当和频晶体的入射角度满足第二类相位匹配条件时，倍频光在和频晶体内的群速大于基频光的群速，基频光和倍频光在时域上的时间差为式IV所示：Δt3=LTHGVSHG″+LTHGVF″]]> 式IV其中LTHG表示和频晶体的厚度，V″F、V″SHG分别表示基频光、倍频本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种群速失配在线补偿三次谐波脉冲激光装置，其特征在于，包括倍频晶体、群速补偿晶体以及和频晶体；所述群速补偿晶体位于所述倍频晶体与所述和频晶体之间；基频光经过所述倍频晶体产生的倍频光与基频光一起经过所述群速补偿晶体后，再经过所述和频晶体，得到和频激光。
【技术特征摘要】
1.一种群速失配在线补偿三次谐波脉冲激光装置，其特征在于，包
括倍频晶体、群速补偿晶体以及和频晶体；
所述群速补偿晶体位于所述倍频晶体与所述和频晶体之间；
基频光经过所述倍频晶体产生的倍频光与基频光一起经过所述群速
补偿晶体后，再经过所述和频晶体，得到和频激光。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，基频光进入所述倍频
晶体的入射角度满足第一类相配匹配条件；基频光和倍频光进入所述和频
晶体的入射角度满足第二类相位匹配条件。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，基频光和倍频光进入
所述群速补偿晶体的入射角满足正入射条件。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述倍频晶体中，倍
频光的群速小于基频光的群速；所述群速补偿晶体中，倍频光的群速大于
基频光的群速；所述和频晶体中，倍频光的群速大于基频光的群速。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述群速补偿晶体选
自β相偏硼酸钡晶体、方解石、BBSAG晶体中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述群速补偿晶体为β
相偏硼酸钡晶体。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述群速补偿晶体在
光线入射方向上的厚度LGCP满足如式I所示的关系：
LSHGVF-LSH...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥昊，刘华刚，黄见洪，陈金明，李锦辉，林文雄，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35
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