CN101499605B - 一种晶体器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学与激光领域，尤其涉及光学或激光晶体的结构。本发明的晶体器件，包含晶体、第一窗口片、第二窗口片，其中第一窗口片与所述的晶体的入射光面胶合，第二窗口片与所述的晶体的出射光面胶合。在所述的第一窗口片或第二窗口片镀介质膜。所述的晶体、第一窗口片、第二窗口片接触面的侧面用UV胶粘住，晶体的非通光的上、下底面设有保护片，保护片与晶体用UV胶粘住。第一窗口片和第二窗口片的折射率与所述的晶体的折射率相同或相接近。本发明采用如上技术方案，可避免膜层损伤对激光器性能的影响或防止晶体潮解及直接在光学晶体表面镀膜时所造成的膜层损伤、脱落等问题，从而提高激光器的损伤阈值及激光功率，并扩大一些晶体的使用范围。
Description
技术领域
本发明涉及光学与激光领域，尤其涉及光学或激光晶体的结构。
背景技术
激光对激光基质和激光系统中元件的损伤，决定了固体激光器有效性能的极限。一般来说，损伤阈值取决于各光学元件表面的光洁度和光学膜层，而不是体材料。光学元件表面的刮痕、瑕疵、不完善等缺陷降低了光学元件表面的损伤阈值，而激光系统一般都需要镀各种多层介质膜。多层介质膜是所有激光系统中最脆弱的元件，膜层制作及激光器使用过程中的一些缺陷及变化都可能引起膜层损伤，使薄膜的损伤阈值低于相同材料的体结构，从而降低激光器的损伤阈值。膜层的抗损伤能力与多种因素有关，包括镀膜工艺、基底的表面光洁度及材料性能等。有的文献采用在晶体表面同时镀介质膜和内保护层来提高膜层的抗损伤能力。在固体激光系统所用的全部光学元件和材料中，损伤阈值变化最大的是非线性晶体。表1所示为几种常见非线性晶体的典型损伤阈值。
表1：
| 非线性晶体 | KTP | LBO | BBO |
| 未镀膜表面损伤阈值(GW/cm2) | 15 | 6 | 15 |
| 镀介质膜表面损伤阈值(GW/cm2) | 1 | 1.7 | 7 |
| 加保护层镀膜损伤阈值(GW/cm2) | - | 2.5 | - |
可见激光系统中由于介质膜的存在大大降低了激光器的损伤阈值，并限制了激光器输出功率的提高和使用寿命的延长。
此外，一些晶体表面易潮解，如β-BaB2O4(β-BBO)晶体，其表面光洁度易因吸潮而受到破坏；一些晶体各轴向热膨胀系数相差很大，不能镀膜或很难镀膜，如LiB3O5(LBO)晶体，其各向热膨胀系数差异大(αx＝10.8×10-5/K，αy＝-8.8×10-5/K，αz＝3.4×10-5/K)，并且各轴向热膨胀系数随着晶体温度的变化而变化，在其表面所镀膜层容易出现裂纹损伤，因而影响膜层的使用寿命和耐激光功率。这些缺点毫无疑问均降低了激光器的损伤阈值及使用寿命，而且也限制了一些晶体的使用。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种晶体器件来提高非线性晶体的损伤阈值，从而提高激光器的激光功率及使用寿命。本发明的结构无需镀膜，或仅在与非线性晶体胶合的窗口片上镀膜，或在非线性晶体表面镀损伤阈值较高且对入射光吸收很少的光胶膜或保护膜，因而可消除或大大减弱膜层损伤对激光器性能的影响。
本发明的目的通过以下方案实现：
本发明的晶体器件，包含晶体、第一窗口片、第二窗口片，其中第一窗口片与所述的晶体的入射光面胶合，第二窗口片与所述的晶体的出射光面胶合。
进一步的，所述的晶体为被保护的晶体，在晶体表面不镀介质膜。为提高透光率，可以在所述的第一窗口片或第二窗口片镀介质膜，可以镀入射光增透膜。
进一步的，所述的第一窗口片、第二窗口片及晶体边缘倒角，光胶后使用软胶如UV胶密封，使水分、灰尘等不易进入。
进一步的，所述的晶体的非通光的上底面、下底面设有保护片，所述保护片与所述的晶体用UV胶粘住。
进一步的，所述的第一窗口片和第二窗口片的折射率与所述的晶体的折射率相同或相接近。
进一步的，所述的晶体为易潮解晶体或为各轴向热膨胀系数相差较大晶体或为非线性晶体或为普通晶体。
更进一步的，所述的非线性晶体为I类相位匹配晶体或II类相位匹配晶体或和频晶体。
进一步的，所述的第一窗口片、第二窗口片为普通窗口片或为布儒斯特片或为布儒斯特波片。
进一步的，可以通过第一窗口片调节入射光偏振方向，使其符合I类和II类倍频、和频要求，通过第二窗口片使基波、倍频或和频光偏振方向相对布儒斯特角为P分量。
本发明所述的晶体器件可以应用于腔外倍频领域或腔内倍频领域或高功率输出领域或电光调Q。
本发明采用如上技术方案，可避免膜层损伤对激光器性能的影响或防止晶体潮解及直接在光学晶体表面镀膜时所造成的膜层损伤、脱落等问题，从而提高激光器的损伤阈值及激光功率，并扩大一些晶体的使用范围。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的扩展方式的结构示意图；
图3(a)是本发明的实施例一的结构示意图；
图3(b)是本发明的实施例二的结构示意图；
图3(c)是本发明的实施例三的结构示意图；
图3(d)是本发明的实施例四的结构示意图；
图4是本发明的实施例五的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图说明和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明的晶体器件，包含晶体、第一窗口片、第二窗口片，其中第一窗口片与所述的晶体的入射光面胶合，第二窗口片与所述的晶体的出射光面胶合。所述的晶体为被保护的晶体，在晶体表面不镀介质膜。为提高透光率，可以在所述的第一窗口片或第二窗口片镀介质膜，可以镀入射光增透膜。窗口片及非线性晶体边缘倒角，光胶后使用软胶如UV胶密封，使水分、灰尘等不易进入。扩展的，所述的晶体的非通光的上底面、下底面可以设有保护片，所述保护片与所述的晶体用UV胶粘住。由于没有在非线性晶体表面直接镀膜，因此可避免膜层损伤、脱落等问题。本发明的晶体结构也可将非线性晶体直接加工成布儒斯特片，光束垂直晶片入射，或光束直接以布儒斯特角入射，直接获得高透射；或将非线性晶体与布儒斯特状态波片光胶。这种结构无需在晶体表面镀膜，因而无膜层损坏问题。
如图1所示的为本发明的晶体结构。其中，101A、101B为光学材料窗口片，102为微潮解或易潮解晶体，103为UV胶，S1，S2为入射光增透膜，S 3为光胶膜。其中第一窗口片101A、第二窗口片101B和晶体102边缘倒角，且第一窗口片101A、第二窗口片101B的折射率与晶体102的折射率相同或接近。将第一窗口片101A、第二窗口片101B分别与晶体102直接光胶，并在光胶面的侧面用UV胶密封，阻止由于受热开胶时水分及灰尘等的进入。在第一窗口片101A的入射端面和第二窗口片101B的出射端面镀入射光的增透膜，由于窗口片与被保护晶体之间折射率相差较小，入射光束能直接通过界面，反射损耗可降到较低。由于常用晶体的热膨胀各向异性明显，采用这样的结构可避免将增透膜直接镀在晶体表面上，因而可较好地延长晶体使用寿命，而且不会影响晶体的应用。同时由于采用UV胶密封可较好地保护晶体的光学端面，因而该结构中晶体102亦适用于各种表面易产生静电吸附或易损坏的晶体。
扩展的，如图2所示结构。其中，201A、201B为光学材料窗口片，202为易潮解晶体，203为保护片，204为UV胶层，S1、S2为入射光增透膜，S3为光胶膜。先将窗口片201A、201B与晶体202光胶，再用UV胶将保护片203与窗口片201A、201B及晶体202粘结在一起，使整个结构密封，防止晶体202吸潮。则，晶体202与窗口片201A、201B即使由于受热开胶，也不会影响正常使用。
更多实施方式支持的，图3(a)所示的为实施例一的结构图。其中，301为入射光束，302A、302B为布儒斯特窗口片，303为易潮解的晶体，按相位匹配角方向切割，304为UV胶。晶体303可与布儒斯特窗口片302A、布儒斯特窗口片302B分别采用光胶或深化光胶粘在一起，也可仅是光学接触或间隔一定距离。布儒斯特窗口片302A、布儒斯特窗口片302B和晶体303边缘倒角，胶合后采用UV胶密封端面。由于布儒斯特窗口片302A、布儒斯特窗口片302B的折射率与晶体303的折射率相近，因而无论二者是否开胶，当入射光束301以布儒斯特角入射时，均可获得高透射。布儒斯特窗口片302A、布儒斯特窗口片302B可采用折射率与晶体303的折射率较接近的双折射晶体，通过调整光轴方向使其折射率与晶体303相近。
本发明亦可将窗口片制成单波片、双波长或三波长的波片，激光以P分量进入入射端波片，波片将倍频光偏振方向转到所需方向。由于处于光胶状态，波片和晶体表面的反射损失较少，而输出端波片则将基波、倍频光或和频光的偏振方向转到P分量状态以布儒斯特角透射。
图3(b)所示的为实施例二的结构图，所示结构可实现I类相位匹配倍频输出。其中，301为入射光，302A为布儒斯特波片，302B为基波全波片，则其对倍频光是1/2波片，且其光轴与倍频晶体303的光轴成45°夹角，304为UV胶。腔内倍频时，此全波片302B不改变基波光的偏振方向，而倍频光在波片出射时偏振方向旋转90°，变为P分量，这样基波与倍频光均以布儒斯特角透射，由于晶体与波片光胶折射率相近，光胶面上折射很少，倍频光的损失很小。
图3(c)所示的为实施例三的结构图。其中，302A、302B均为布儒斯特波片，且均为基波半波片，303为II类倍频晶体，两波片302A、302B的光轴均与倍频晶体303的光轴成45°夹角，304为UV胶。P分量入射光301以布儒斯特角入射到布儒斯特波片302A，产生偏振方向相互垂直的o光和e光，并在倍频晶体303内实现II类相位匹配，出射光通过波片303B使角度符合布儒斯特角偏振要求输出。
图3(d)所示的为实施例四的结构图。其中，301为入射光，304为UV胶，布儒斯特波片302A与倍频晶体303的光轴夹角为45°，倍频晶体303与布儒斯特波片302B的光轴夹角为22.5°，且布儒斯特波片302A与布儒斯特波片302B的光轴夹角为22.5°。
图4所示的为实施例五的结构图，其采用的结构以获得和频激光输出。其中，401为P分量的波长为λ1和λ2的入射光，402A、402B为波片，403为和频晶体，404为UV胶。波片402A、402B及晶体403为布儒斯特状态结构。可采用I类或II类相位匹配方式实现和频输出。
尽管最佳实施方式采用光胶的方式，但本发明的胶合方式不仅可以通过光胶，也可以通过深化光胶或烧结等方式胶合各光学元件。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种晶体器件，其特征在于：包含晶体、第一窗口片、第二窗口片，所述的晶体为易潮解晶体或为各轴向热膨胀系数相差较大晶体或为非线性晶体，其中第一窗口片与所述的晶体的入射光面结合固定，第二窗口片与所述的晶体的出射光面结合固定，用于防止晶体潮解或者避免在晶体表面镀膜时所造成的膜层损伤、脱落问题，其中，所述的第一窗口片、第二窗口片为布儒斯特片，所述的结合固定方式是光胶或者烧结。
2.如权利要求1所述的晶体器件，其特征在于：所述的第一窗口片、第二窗口片更改为布儒斯特波片，所述的结合固定方式是光胶或者烧结。
3.如权利要求1所述的晶体器件，其特征在于：所述的第一窗口片、第二窗口片为布儒斯特片，所述的结合固定方式更改为深化光胶。
4.如权利要求1所述的晶体器件，其特征在于：所述的第一窗口片、第二窗口片更改为布儒斯特波片，所述的结合固定方式更改为深化光胶。
5.如权利要求1或2或3或4所述的晶体器件，其特征在于：所述的晶体、第一窗口片、第二窗口片接触面的侧面用UV胶粘住。
6.如权利要求1或2或3或4所述的晶体器件，其特征在于：所述的晶体的非通光的上底面、下底面设有保护片，所述保护片与所述的晶体用UV胶粘住。
7.如权利要求1或2或3或4所述的晶体器件，其特征在于：所述的第一窗口片和第二窗口片的折射率与所述的晶体的折射率相同或相接近。
8.如权利要求1或2或3或4所述的晶体器件，其特征在于：所述的非线性晶体为I类相位匹配晶体或II类相位匹配晶体或和频晶体。
9.如权利要求1或2或3或4所述的晶体器件，其特征在于：可以通过第一窗口片调节入射光偏振方向，使其符合I类和II类倍频、和频要求，通过第二窗口片使基波、倍频或和频光偏振方向相对布儒斯特角为P分量。
10.如权利要求1或2或3或4所述的晶体器件，其特征在于：所述的晶体器件应用于腔外倍频领域或腔内倍频领域。
11.如权利要求1或2或3或4所述的晶体器件，其特征在于：所述的晶体器件应用于高功率输出领域。
12.如权利要求1或2或3或4所述的晶体器件，其特征在于：所述的晶体器件应用于电光调Q领域。
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