CN101162828A - 一种腔内倍频激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腔内倍频激光器，其包括泵浦系统和谐振腔，谐振腔前端镀膜形成前腔镜，前腔镜膜为对泵浦光增透、对基频光和倍频光高反的膜，谐振腔后端镀膜形成后腔镜，后腔镜膜为对基频光高反、对倍频光增透的膜，谐振腔内包括激光增益介质、非线性倍频晶体和光学晶体，光学晶体具有双折射性质，其中对激光增益介质的光轴取角度进行切割或在激光增益介质与非线性倍频晶体之间插入具有合适光程的均匀光学介质或双折射晶体，以消除基、倍频光往返通过激光晶体后进入倍频晶体时产生的相对相位，以实现较宽温度带宽倍频光输出的激光器。

Description

一种腔内倍频激光器

技术领域  本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种腔内倍频激光器。

背景技术  在激光器的许多应用领域中，如建筑测量、Laser Point(激光)、微型化的激光显示中，都希望能有一种成本低、体积小、耗能小、且能在较宽温度范围内正常工作的激光器。在腔内倍频激光器中，如果不带温控，其输出功率往往随温度急剧变化，因为腔内基频光和倍频光往返经过激光增益介质后存在相对相位，该相对相位随温度显著变化，影响到倍频晶体的倍频效率，因而倍频光输出也会随之发生显著的变化；同时腔内振荡基频光的偏振也随温度而变，由此带来的基频光功率的变化也会影响倍频效率，从而影响到倍频光输出的温度特性。

常见的腔内倍频激光器如图1所示，是激光增益介质和非线性倍频晶体的微片腔结构。激光增益介质11为Nd:YVO4，非线性倍频晶体12为KTP，激光增益介质11的激光入射面镀对基频光和倍频光高反的膜S1，非线性倍频晶体12出射面镀对基频光高反、对倍频光增透的膜S2，泵浦光LD波长808nm，基频光波长为1064nm，倍频光波长为532nm。腔内往返振荡的1064nm基频光在非线性倍频晶体12KTP内倍频出了波长为532nm的倍频光。假设532nm倍频光功率大小为P1，两者反向出非线性倍频晶体12KTP后在激光增益介质11Nd:YVO4内继续传播，最后又返回进入非线性倍频晶体12KTP，设此时波长为532nm的倍频光和波长为1064nm的基频光的相对相位为Δφ，根据腔内倍频理论，两者在非线性倍频晶体12KTP内产生非线性相互作用，最终出射的波长为532nm的倍频光功率为：Pout＝4P1*cos(Δφ/2)²，显然，对于一个确定的腔结构，波长为1064nm的基频光和波长为532nm的倍频光的相对相位Δφ对最终的波长为532nm倍频光输出功率有很大影响。此外，由于激光增益介质11Nd:YVO4具有很强的偏振激发特性，因此随温度变化的波长为1064nm基频光的偏振对倍频效率的影响也比使用其它激光增益介质时大很多。

因此在上述结构中，倍频光的功率随温度产生很大的变化，如图2所示，其输出倍频光功率与泵浦LD电流之间的P-I曲线关系；如图3所示，其输出倍频光功率与微片温度P-T曲线关系，显然，该腔内倍频激光器一旦运转在低谷位置，其功率是相当低的，只能找一些高功率的温度点运转，但由于每台激光器的差异性，使得每台激光器的最佳温度工作点差异很大，不带温控结构难以将温度控制在需要的温度带宽范围，严重影响了此类腔内倍频激光器的实用性。

发明内容  本发明的目的是提供一种输出功率对温度变化具有较高稳定性，并且具有高偏振性输出的腔内倍频激光器。

本发明为实现上述目的，采用如下方案：激光器包括泵浦系统和谐振腔，谐振腔的前端镀膜形成前腔镜，前腔镜膜为对泵浦光增透、对基频光和倍频光高反的膜，谐振腔的后端镀膜形成后腔镜，后腔镜膜为对基频光高反、对倍频光增透的膜，谐振腔内包括激光增益介质非线性倍频晶体和光学晶体，光学晶体具有双折射性质，其中当激光增益介质为双折射晶体，非线性倍频晶体满足基频光倍频II类相位匹配条件时，激光增益介质的光轴与光学晶体的光轴在同一通光面内，其光轴与非线性倍频晶体的光轴成30°～60°夹角，一般取45°夹角，以下两种方法来消除此时谐振腔内基频光和倍频光往返经过激光增益介质后存在的相对相位差：

A.上述的谐振腔内基频光和倍频光往返经过激光增益介质后，存在的相对相位差为：

$\mathrm{\Δ\φ}=(2\·\mathrm{ne}(\mathrm{\λ},\mathrm{\θ})-\mathrm{ne}(\frac{\mathrm{\λ}}{2},\mathrm{\θ})-\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{2}\right))L\·\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}$

其中λ为基频波长，θ为激光增益介质离轴切割角度，L为激光增益介质通光方向长度，no(λ)、ne(λ，θ)为激光增益介质的折射率，激光增益介质如为Nd:YVO4时，其折射率方程为：

$\mathrm{no}{\left(\mathrm{\λ}\right)}^2=3.77834+\frac{0.069736}{{\mathrm{\λ}}^2-0.04724}-0.0108133\·{\mathrm{\λ}}^2;$

$\mathrm{ne}{\left(\mathrm{\λ}\right)}^2=4.59905+\frac{0.110534}{{\mathrm{\λ}}^2-0.04813}-0.0122676{\mathrm{\λ}}^2;$

$\mathrm{ne}(\mathrm{\λ},\mathrm{\θ})=\frac{1}{\sqrt{\frac{\cos {\left(\mathrm{\θ}\right)}^2}{\mathrm{ne}{\left(\mathrm{\λ}\right)}^2}+\frac{{\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}^2}{\mathrm{no}{\left(\mathrm{\λ}\right)}^2}}}.$

取激光增益介质离轴切割的角度θ，使得 $2\·\mathrm{ne}(\mathrm{\λ},\mathrm{\θ})-\mathrm{ne}(\frac{\mathrm{\λ}}{2},\mathrm{\θ})-\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{2}\right)=0,$ 即得Δφ＝0；

B.在上述的激光增益介质与非线性倍频晶体之间插入一个光学均匀介质或双折射晶体，此时在谐振腔内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体时存在的相对相位差为：

$\mathrm{\Δ\φ}=[(2\·\mathrm{ne}(\mathrm{\λ},\mathrm{\θ})-\mathrm{ne}(\frac{\mathrm{\λ}}{2},\mathrm{\θ})-\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{2}\right))\·L+2(n^{\′}\left(\mathrm{\λ}\right)-n^{\′}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{2}\right))L^{\′}]\·\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}$

其中n′(λ)为光学均匀介质或双折射晶体通光方向的折射率，L′为光学均匀介质或双折射晶体通光方向长度，光学均匀介质或双折射晶体如为AlAs晶体，其折射率方程为：

$n^{\′}{\left(\mathrm{\λ}\right)}^2=2.0729+\frac{{1.9\mathrm{\λ}}^2}{({\mathrm{\λ}}^2-{27.62}^2)}+\frac{6.084{\mathrm{\λ}}^2}{({\mathrm{\λ}}^2-0.2822^2)}$

取光学均匀介质或双折射晶体通光方向长度L′值，可使得Δφ＝0。

上述的激光增益介质的光轴与非线性倍频晶体的光轴在同一通光面内，光学晶体具有双折射性质，其光轴与非线性倍频晶体的光轴成30°～60°夹角，一般取45°夹角，以下两种方法来消除此时谐振腔内基频光和倍频光往返经过激光增益介质后存在的相对相位差：

A.在谐振腔内基频光和倍频光往返经过激光增益介质后存在的相对相位差为：

$\mathrm{\Δ\φ}=(\mathrm{ne}(\mathrm{\λ},\mathrm{\θ})+\mathrm{no}\left(\mathrm{\λ}\right)-2\·\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{2}\right))\·L\·\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}},$ 取激光增益介质离轴切割的角度θ，使得

$\mathrm{ne}(\mathrm{\λ},\mathrm{\θ})+\mathrm{no}\left(\mathrm{\λ}\right)-2\·\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{2}\right)=0,$ 即得Δφ＝0；

B.在激光增益介质与倍频晶体之间插入一个光学均匀介质或双折射晶体，此时在谐振腔内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体时存在的相对相位差为：

$\mathrm{\Δ\φ}=[(\mathrm{ne}(\mathrm{\λ},\mathrm{\θ})+\mathrm{no}\left(\mathrm{\λ}\right)-2\·\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{2}\right))\·L+2(n^{\′}\left(\mathrm{\λ}\right)-n^{\′}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{2}\right))L^{\′}]\·\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}},$ 取光学均匀介质或双折射晶体通光方向长度L′值，使得Δφ＝0。

当激光增益介质为双折射晶体，非线性倍频晶体满足基频光倍频I类相位匹配条件，相位匹配条件为 $\mathrm{no}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)=\mathrm{ne}(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2},\mathrm{\&alpha;})$ 时，α为非线性倍频晶体相位匹配角度，此时当在激光增益介质中 $\mathrm{no}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)<\mathrm{ne}(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2},\mathrm{\&alpha;})$ 时，可采取上述的两种方法：A.取激光增益介质离轴切割的角度θ或B.在激光增益介质与非线性倍频晶体之间插入一个光学均匀介质或双折射晶体来消除谐振腔内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体时存在的相对相位差；当存激光增益介质中 $\mathrm{no}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)>\mathrm{ne}(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2},\mathrm{\&alpha;})$ 时，只采用方法B，在激光增益介质与非线性倍频晶体之间插入一个光学均匀介质或双折射晶体来消除谐振腔内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体时存在的相对相位差。

当上述的相位匹配条件为 $\mathrm{ne}(\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&alpha;})=\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right)$ 时，此时当在激光增益介质中 $\mathrm{ne}(\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&alpha;})>\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right)$ 时，可采取上述两种方法：A.取激光增益介质离轴切割的角度θ或B.在激光增益介质与非线性倍频晶体之间插入一个光学均匀介质和双折射晶体来消除谐振腔内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体时存在的相对相位差；当在激光增益介质中 $\mathrm{ne}(\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&alpha;})<\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right)$ 时，只采用方法B，在激光增益介质与非线性倍频晶体之间插入一个光学均匀介质或双折射晶体来消除谐振腔内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体时存在的相对相位差。

当上述激光增益介质为双折射晶体，将非线性倍频晶体控制成振荡基频光的全、半波片时，激光增益介质内基频光的偏振方向将与其光轴平行或垂直，光学晶体加工成基频光和倍频光的波片。

当激光增益介质为均匀光学介质，非线性倍频晶体满足基频光倍频I类相位匹配条件或II类相位匹配条件时，在谐振腔结构中加入起偏作用的光学器件，如具有起偏作用的楔角片或偏振膜、片等光学组件，采用上述方法B在激光增益介质与非线性倍频晶体之间插入一个光学均匀介质或双折射晶体来消除谐振腔内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体时存在的相对相位差。

以上谐振腔内各元件可为分离元件，或者各元件通过胶合或者是光胶粘合，其中各元件的介质界面镀增透膜，或者在各元件的介质界面或在其中几种折射率相差较大的光学元件的界面镀特定的部分反射膜。

本发明采用以上结构和方法，当温度变化时，非线性倍频晶体将会偏离全波片或半波片，从而引起激光增益介质内基频光偏振方向的变化。因此光学晶体加工成基频光和倍频光的波片在谐振腔中，控制基频光和倍频光的偏振状态，以实现各种不同性能的激光器。

当光学晶体采用基频光的1/4波片时，往返通过光学晶体的基频光的偏振方向将旋转90度，因此在往返通过非线性倍频晶体和光学晶体一周后，非线性倍频晶体对基频光的波片效应将被消除。

当激光增益介质的光轴和非线性倍频晶体的光轴在同一通光面时，光学晶体采用倍频光的半波片或全波片，回返的倍频光经过光学晶体后，偏振方向旋转90度或不变，然后与另一束同偏振的倍频光合二为一输出，可以得到高偏振输出激光器。

如果要使腔内倍频激光器能同时实现上述几种特性，则将光学晶体做成对基频光和倍频光的双波片就可实现。

综上所述，本发明的腔内倍频激光器的输出功率对温度具有较高稳定性，而且具有高偏振输出特性。

附图说明  以下结合附图对本发明作进一步的详述：

图1是现有腔内倍频激光器中微片腔的结构示意图；

图2是现有腔内倍频激光器输出倍频光的P-I曲线；

图3是现有腔内倍频激光器输出倍频光的P-T曲线；

图4是本发明腔内倍频激光器的结构示意图；

图5是本发明腔内倍频激光器实施例1的结构示意图；

图6是本发明腔内倍频激光器实施例2的结构示意图；

图7是本发明腔内倍频激光器实施例3的结构示意图；

图8是本发明腔内倍频激光器实施例4的结构示意图；

图9是本发明腔内倍频激光器实施例5的结构示意图。

具体实施方式  请参阅图4、5或6所示，本发明包括泵浦系统2和谐振腔1，谐振腔1的前端镀膜S1形成前腔镜，前腔镜膜S1为对泵浦光增透、对基频光和倍频光高反的膜，谐振腔1的后端镀膜S2形成后腔镜，后腔镜膜S2为对基频光高反、对倍频光增透的膜，谐振腔1内包括激光增益介质11、非线性倍频晶体12和光学晶体13，激光增益介质11可以为双折射激光增益介质如Nd:YVO₄；非线性倍频晶体12可以为非线性晶体如KTP；光学晶体13由一种或几种双折射晶体共同组成，如石英波片，光学晶体13具有双折射性质，其中当激光增益介质11为双折射晶体，非线性倍频晶体12满足基频光倍频II类相位匹配条件时，激光增益介质11的光轴与光学晶体13的光轴在同一通光面内，其光轴与非线性倍频晶体12的光轴成30°～60°夹角，一般取45°夹角，以下两种方法来消除此时谐振腔1内基频光和倍频光往返经过激光增益介质11后存在的相对相位差：

A.如图5所示，上述的谐振腔1内基频光和倍频光往返经过激光增益介质11后，存在的相对相位差为： $\mathrm{\&Delta;\&phi;}=(2\&CenterDot;\mathrm{ne}(\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&theta;})-\mathrm{ne}(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2},\mathrm{\&theta;})-\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right))L\&CenterDot;\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}}$

当λ＝1064nm时，取激光增益介质11离轴切割的角度θ为33.65°，使得

$\mathrm{\&Delta;\&phi;}=(2\&CenterDot;\mathrm{ne}(1064,\mathrm{\&theta;})-\mathrm{ne}(532,\mathrm{\&theta;})-\mathrm{no}\left(532\right))\&CenterDot;L\&CenterDot;\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}}=0;$

B.如图6所示，在上述的激光增益介质11与非线性倍频晶体12之间插入一个光学均匀介质或双折射晶体14，此时在谐振腔1内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体12时存在的相对相位差为：  $\mathrm{\&Delta;\&phi;}=[(2\&CenterDot;\mathrm{ne}(\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&theta;})-\mathrm{ne}(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2},\mathrm{\&theta;})-\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right))\&CenterDot;L+2(n^{\&prime;}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)-n^{\&prime;}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right))L^{\&prime;}]\&CenterDot;\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}}$

当λ＝1064nm，θ＝33°时，取光学均匀介质或双折射晶体的通光方向长度L′＝1.654L，使得 $\mathrm{\&Delta;\&phi;}=[(2\&CenterDot;\mathrm{ne}(\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&theta;})-\mathrm{ne}(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2},\mathrm{\&theta;})-\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right))\&CenterDot;L+2(n^{\&prime;}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)-n^{\&prime;}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right))L^{\&prime;}]\&CenterDot;\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}}=0.$

请参阅图7所示，本发明包括包括泵浦系统2和谐振腔1，谐振腔1的前端镀膜S1形成前腔镜，前腔镜膜S1为对泵浦光增透、对基频光和倍频光高反的膜，谐振腔1的后端镀膜S2形成后腔镜，后腔镜膜S2为对基频光高反、对倍频光增透的膜，谐振腔1内包括激光增益介质11、非线性倍频晶体12和光学晶体13，激光增益介质11为双折射激光增益介质如Nd:YVO₄；非线性倍频晶体12为非线性晶体如KTP；光学晶体13由一种或几种双折射晶体共同组成，如石英波片，光学晶体13具有双折射性质，其中激光增益介质11的光轴与非线性倍频晶体12的光轴在同一通光面内，其光轴与非线性倍频晶体的光轴成30°～60°夹角，一般取45°夹角，以下两种方法来消除此时谐振腔1内基频光和倍频光往返经过激光增益介质后存在的相对相位差：激光增益介质11和非线性倍频晶体12的光轴在同一通光面并相互成一特定角度θ；光学晶体4光轴方向与非线性倍频晶体12光轴方向成30°～60°夹角，一般取45°夹角，当λ＝1064nm时，取θ＝38.22°，使得Δφ＝0。光学晶体13为基频光的1/4波片时，可实现宽温工作，也可以将光学晶体13加工为倍频光的半、全波片，可实现倍频光高偏振输出，或者该光学晶体13是双波片，即为基频光的1/4波片，同时又是倍频光的全波片、1/2波片。

请参阅图8所示，本发明激光增益介质11和非线性倍频晶体12的光轴在同一通光面，在激光增益介质11与非线性倍频晶体12之间插λ一个光学均匀介质或双折射晶体14，当λ＝1064nm，θ＝33°时，取光学均匀介质或双折射晶体通光方向长度L′＝15.068L，使得Δφ＝0。光学晶体13为基频光的1/4波片可实现激光器宽温工作，也可以将光学晶体13加工为倍频光的半、全波片，可实现倍频光高偏振输出，或者该光学晶体13是双波片，即为基频光的1/4波片，同时又是倍频光的全波片、1/2波片。

请参阅图9所示，激光增益介质11为均匀光学介质，非线性倍频晶体12满足基频光倍频I类相位匹配条件或II类相位匹配条件时，激光增益介质11为光学均匀介质如Nd:YAG；非线性倍频晶体12为非线性晶体如BBO、LBO、KTP等；在谐振腔1结构中加入起偏作用的光学器件15，如具有偏振作用的楔角片或偏振膜、片等光学组件，采用上述方法B在激光增益介质11与非线性倍频晶体12之间插入一个光学均匀介质或双折射晶体14，使得Δφ＝0。用来消除谐振腔1内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体12时存在的相对相位差。

上述各种实施例，均可用在谐振腔1是分离腔的激光器中，也可用在谐振腔1的各元件是通过胶合或者是光胶粘合的激光器中，其中各元件的介质界面镀增透膜，或者为进一步加强选模功能，在各元件的介质界面或者在其中几种折射率相差较大的光学元件的界面镀特定的部分反射膜以形成相应的标准具效应。

在上述实施例中，在谐振腔1中可以增加其它不影响基频光和倍频光偏振特性的光学材料，以增强散热或粘结力，也可达到同样的效果。

Claims (9)

1.一种腔内倍频激光器，包括泵浦系统和谐振腔，谐振腔的前端镀膜形成前腔镜，前腔镜膜为对泵浦光增透、对基频光和倍频光高反的膜，谐振腔的后端镀膜形成后腔镜，后腔镜膜为对基频光高反、对倍频光增透的膜，谐振腔内包括激光增益介质非线性倍频晶体和光学晶体，光学晶体具有双折射性质，其特征在于：当激光增益介质为双折射晶体，非线性倍频晶体满足基频光倍频II类相位匹配条件时，激光增益介质的光轴与光学晶体的光轴在同一通光面内，其光轴与非线性倍频晶体的光轴成30°～60°夹角，一般取45°夹角，以下两种方法来消除此时谐振腔内基频光和倍频光往返经过激光增益介质后存在的相对相位差：

A.上述的谐振腔内基频光和倍频光往返经过激光增益介质后，存在的相对相位差为：

$\mathrm{\&Delta;\&phi;}=(2\&CenterDot;\mathrm{ne}(\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&theta;})-\mathrm{ne}(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2},\mathrm{\&theta;})-\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right))L\&CenterDot;\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}}$

取激光增益介质离轴切割的角度θ，使得 $2\&CenterDot;\mathrm{ne}(\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&theta;})-\mathrm{ne}(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2},\mathrm{\&theta;})-\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right)=0,$ 即得Δφ＝0；

B.在上述的激光增益介质与非线性倍频晶体之间插入一个光学均匀介质或双折射晶体，此时在谐振腔内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体时存在的相对相位差为：

$\mathrm{\&Delta;\&phi;}=[(2\&CenterDot;\mathrm{ne}(\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&theta;})-\mathrm{ne}(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2},\mathrm{\&theta;})-\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right))\&CenterDot;L+2(n^{\&prime;}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)-n^{\&prime;}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right))L^{\&prime;}]\&CenterDot;\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}}$

取光学均匀介质或双折射晶体通光方向长度L′值，使得Δφ＝0。

2.根据权利要求1所述的一种腔内倍频激光器，其特征在于：其激光增益介质的光轴与非线性倍频晶体的光轴在同一通光面内，光学晶体具有双折射性质，其光轴与非线性倍频晶体的光轴成30°～60°夹角，一般取45°夹角，以下两种方法来消除此时谐振腔内基频光和倍频光往返经过激光增益介质后存在的相对相位差：

A.在谐振腔内基频光和倍频光往返经过激光增益介质后存在的相对相位差为：

$\mathrm{\&Delta;\&phi;}=(\mathrm{ne}(\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&theta;})+\mathrm{no}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)-2\&CenterDot;\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right))\&CenterDot;L\&CenterDot;\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}},$ 取激光增益介质离轴切割的角度θ，使得

$\mathrm{ne}(\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&theta;})+\mathrm{no}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)-2\&CenterDot;\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right)=0,$ 即得Δφ＝0；

B.在激光增益介质与倍频晶体之间插入一个光学均匀介质或双折射晶体，此时在谐振腔内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体时存在的相对相位差为：

$\mathrm{\&Delta;\&phi;}=[(\mathrm{ne}(\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&theta;})+\mathrm{no}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)-2\&CenterDot;\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right))\&CenterDot;L+2(n^{\&prime;}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)-n^{\&prime;}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right))L^{\&prime;}]\&CenterDot;\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}},$ 取光学均匀介质或双折射晶体通光方向长度L′值，使得Δφ＝0。

3.根据权利要求1所述的一种腔内倍频激光器，其特征在于：当激光增益介质为双折射晶体，非线性倍频晶体满足基频光倍频I类相位匹配条件，相位匹配条件为 $\mathrm{no}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)=\mathrm{ne}(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2},\mathrm{\&alpha;})$ 时，α为非线性倍频晶体相位匹配角度，此时当在激光增益介质中 $\mathrm{no}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)<\mathrm{ne}(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2},\mathrm{\&alpha;})$ 时，可采取上述的两种方法：A.取激光增益介质离轴切割的角度θ或B.在激光增益介质与非线性倍频晶体之间插入一个光学均匀介质或双折射晶体来消除谐振腔内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体时存在的相对相位差；当在激光增益介质中 $\mathrm{no}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)>\mathrm{ne}(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2},\mathrm{\&alpha;})$ 时，只采用方法B，在激光增益介质与非线性倍频晶体之间插入一个光学均匀介质或双折射晶体来消除谐振腔内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体时存在的相对相位差。

4.根据权利要求3所述的一种腔内倍频激光器，其特征在于：当上述的相位匹配条件为 $\mathrm{ne}(\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&alpha;})=\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right)$ 时，此时当在激光增益介质中 $\mathrm{ne}(\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&alpha;})>\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right)$ 时，可采取上述两种方法：A.取激光增益介质离轴切割的角度θ或B.在激光增益介质与非线性倍频晶体之间插入一个光学均匀介质或双折射晶体来消除谐振腔内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体时存在的相对相位差；当在激光增益介质中 $\mathrm{ne}(\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&alpha;})<\mathrm{no}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2}\right)$ 时，只采用方法B，在激光增益介质与非线性倍频晶体之间插入一个光学均匀介质或双折射晶体来消除谐振腔内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体时存在的相对相位差。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种腔内倍频激光器，其特征在于：光学晶体13由一种或几种双折射晶体共同组成，如石英波片，且具有双折射性质。

6.根据权利要求3或4所述的一种腔内倍频激光器，其特征在于：当上述激光增益介质为双折射晶体，将非线性倍频晶体控制成振荡基频光的全、半波片时，激光增益介质内基频光的偏振方向将与其光轴平行或垂直，光学晶体加工成基频光和倍频光的波片。

7.根据权利要求6所述的一种腔内倍频激光器，其特征在于：光学晶体是基频光的1/4波片，或者该光学晶体是倍频光的全波片、1/2波片，或者该光学晶体是双波片，即为基频光的1/4波片，同时又是倍频光的全波片、1/2波片。

8.根据权利要求1所述的一种腔内倍频激光器，其特征在于：当激光增益介质为均匀光学介质，非线性倍频晶体满足基频光倍频I类相位匹配条件或II类相位匹配条件时，在谐振腔结构中加入起偏作用的光学器件，如具有偏振作用的楔角片或偏振膜、片等光学组件，采用上述方法B在激光增益介质与非线性倍频晶体之间插入一个光学均匀介质或双折射晶体，消除谐振腔内返回的基频光和倍频光进入非线性倍频晶体时存在的相对相位差。

9.根据权利要求1、2、3、4或8所述的一种腔内倍频激光器，其特征在于：以上谐振腔内各元件可为分离元件，或者各元件通过胶合或者是光胶粘合，其中各元件的介质界面镀增透膜，或者在各元件的介质界面或在其中几种折射率相差较大的光学元件的界面镀特定的部分反射膜。

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