CN102214892B - 一种基于块状激光自变频材料级联效应的激光器 - Google Patents

Abstract

一种基于块状激光自变频材料级联效应的激光器，包括至少一个泵浦源、由激光谐振腔A镜和B镜组成的激光谐振腔和至少含三个光学面的块状激光自变频材料；其第一和第二光学面分别垂直于自变频材料非线性系数最大的基频光倍频相位匹配方向(θ₁，φ₁)和基频光与倍频光和频相位匹配方向(θ₂，φ₂)；第三光学面垂直于相位匹配方向(θ₁，φ₁)和(θ₂，φ₂)平分线；泵浦源对自变频材料至少一个面进行泵浦，泵浦光进入处镀对泵浦光具高透射率膜系；基频光沿相位匹配方向(θ₁，φ₁)产生倍频光，基频光与倍频光在自变频材料沿“V”字形传播，基频光与倍频光沿相位匹配方向(θ₂，φ₂)产生和频光(三倍频光)；本发明用一块自变频材料实现基频激光谐振、倍频与和频多种功能，复合功能性强、结构紧凑、稳定性高、制作成本低。

Description

一种基于块状激光自变频材料级联效应的激光器

技术领域

本发明涉及全固态激光器领域，特别涉及一种基于块状激光自变频材料级联效应的激光器。

背景技术

紫外激光由于波长短、光子能量高等特点在器件加工、生物医学、数据存储等方面有着重要应用。在器件加工领域，相对于波长较长的红外光，紫外激光器具有特殊的优点：首先，红外光或者可见光通常依靠产生局部热量使器件溶化或气化的方式进行加工，该方式会导致被加工区域周围结构的严重破坏，因而限制了器件边缘强度和产生精细特征的能力。紫外激光加工直接破坏连接物质原子的化学键将物质分离成粒子，不会加热加工区域。其次，玻璃、晶体等部分材料对紫外光有强烈的吸收作用，而对近红外和可见光的吸收较弱，因而只能用紫外激光加工此类材料。紫外激光器由于波长较短产生的精细加工能力空间分辨率高，成为加工薄橡胶、塑料制品、金属、半导体、玻璃和晶体等物质和材料的理想工具。在生物医学领域，紫外激光由于分辨率高、分子间连接破坏力强，能有效地打断有机材料的化学键准确切割生物组织，可以避免因吸收激光能量造成组织的热损伤，在激光矫正近视、老花、治疗白内障、血管整形以及神经外科手术等方面有广泛应用。在高密度数据存储领域，与目前最新采用的蓝光存储技术相比，紫外数据存储技术具有分辨率高、容量大的优点。

目前在工业和科研领域应用的紫外激光源主要有气体激光器(如氩离子激光器)和固体激光器。

气体激光器输出能量大，但体积庞大、效率低、寿命短、稳定性差，从而限制了气体激光器的发展。

固体紫外激光器一般先通过激光晶体(如掺Nd³⁺的YAG或YVO₄晶体)产生1.06μm附近近红外激光，再利用非线性光学晶体对1.06μm基频光进行倍频产生0.53μm倍频光，将1.06μm基频光与0.53μm倍频光和频，最终获得0.35μm附近紫外输出。这类紫外激光器的光路包括基频部分、倍频部分与和频部分，结构比较复杂，稳定性不很高，成本高。

针对上述问题我们试图采用一块具有复合功能的材料代替激光晶体+倍频晶体+和频晶体的组合，获得结构紧凑、稳定性高、成本低的紫外光源。

自变频材料不仅具有非线性特性，可以对基频光进行非线性频率变换，并且当在自变频材料基质中掺入稀土激活离子时还可以作为激光增益介质产生基频光，因此提出用自变频材料代替激光晶体+倍频晶体+和频晶体的组合，发明一种基于激光自变频材料级联效应的固体紫外激光器，本发明具有复合功能性强、结构紧凑、稳定性高、制作成本低的特点。

发明内容

本发明针对目前紫外固体激光器结构复杂、稳定性不高的问题，提供一种基于块状激光自变频材料级联效应的激光器。该激光器利用单一块自变频材料作为激光增益介质和非线性光学频率变换元件，同时实现基频光谐振、自倍频、自和频多种复合功能，获得紫外激光输出，具有结构紧凑、稳定性高、成本低等优点。

自变频材料不仅具有非线性特性，可以对基频光进行非线性频率变换，并且当在自变频材料基质中掺入稀土激活离子时还可以作为激光增益介质产生基频光，因此本发明采用自变频材料代替激光晶体+倍频晶体+和频晶体的组合，发明一种基于激光自变频材料级联效应的固体激光器，这种激光器具有复合功能性强、结构紧凑、稳定性高、制作成本低的特点。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的基于块状激光自变频材料级联效应的激光器，包括泵浦源、块状激光自变频材料和激光谐振腔；所述泵浦源至少为一个；所述激光谐振腔为由激光谐振腔A镜和激光谐振腔B镜组成的对光具有正反馈作用的激光谐振腔；所述块状激光自变频材料至少含有三个光学面；

该三个光学面中的第一光学面上镀有第一膜系，且该第一光学面垂直于所述块状激光自变频材料的非线性系数最大的基频光倍频相位匹配方向(θ₁，φ₁)；所述第一膜系为对基频光及和频光具有高反射率，同时对倍频光具有高透射率的膜系；所述第一膜系或者为对倍频光及和频光具有高反射率，同时对基频光具有高透射率的膜系；所述第一膜系或者为对和频光具有高反射率，同时对基频光和倍频光具有高透射率的膜系；所述第一膜系或者为对基频光、倍频光和三倍频光均具有高反射率的膜系；

该三个光学面中的第二光学面上镀有第二膜系，且该第二光学面垂直于所述块状激光自变频材料的非线性系数最大的基频光与倍频光和频相位匹配方向(θ₂，φ₂)；所述第二膜系为对基频光与倍频光具有高反射率，同时对和频光具有高透射率的膜系；或者所述第二膜系为对倍频光具有高反射率、对和频光具有高透射率和对基频光具有透过率介于0.1％-70％之间的膜系；

该三个光学面中的第三光学面上镀有第三膜系，且该第三光学面垂直于所述块状激光自变频材料的非线性系数最大的基频光倍频相位匹配方向(θ₁，φ₁)和激光自变频材料的非线性系数最大的基频光与倍频光和频过程相位匹配方向(θ₂，φ₂)的平分线；所述第三膜系为对基频光、倍频光及和频光均具有高反射率的膜系；

所述泵浦源对所述块状激光自变频材料至少一个面进行泵浦，块状激光自变频材料在泵浦光进入处镀有对泵浦光具有高透射率的膜使其被充分吸收；产生的基频光沿块状激光自变频材料的非线性系数最大的基频光倍频相位匹配方向(θ₁，φ₁)传播并发生倍频效应而产生倍频光；基频光与倍频光在块状激光自变频材料的第三光学面全反射，并在块状激光自变频材料内沿“V”字形传播，满足所述块状激光自变频材料相位匹配偏振条件的基频光与倍频光在块状激光自变频材料非线性系数最大的基频光与倍频光和频过程相位匹配方向(θ₂，φ₂)方向上发生和频生成和频光；所述激光谐振腔内插入偏振控制元件，以实现和频过程相位匹配偏振所需的偏振转换。

上述技术方案中，所述块状激光自变频材料可为掺钕三硼酸钙氧(Nd:YCOB)、掺钕三硼酸钙钇钆(Nd:GdCOB)、掺镱四硼酸铝钇晶体(Yb:YAB)或其它具有激光自变频复合功能的材料。

上述技术方案中，基频光波长为块状激光自变频材料输出中心波长，如Nd:YCOB晶体中心波长可以为936nm、1060nm以及1331nm，对应倍频光分别为468nm、530nm以及665.5nm，对应三倍频光分别为312nm、354nm、444nm。

上述技术方案中，所述基于激光自变频材料级联效应的激光器的输出波长可以为(和频)三倍频光一种，也可以为基频光、倍频光和三倍频光中的两种，也可以为基频光、倍频光与和频光三种。

上述技术方案中，为了使基频光、倍频光与和频光在自变频材料第三光学面产生全反射，在所述块状激光自变频材料的第三光学面上键合或光胶一衬底材料层，该衬底材料层的折射率小于nsin(α/2)，α为所述块状激光自变频材料的非线性系数最大的基频光倍频相位匹配方向(θ₁，φ₁)与块状激光自变频材料的非线性系数最大的基频光与倍频光和频过程相位匹配方向(θ₂，φ₂)的夹角，n为所述块状自变频材料对基频光的折射率、倍频光的折射率及和频光的折射率中的最小值；或者在所述块状自变频材料的第三光学面上镀对基频光、倍频光及和频光的反射率均大于90％的高反膜。

上述技术方案中，所述块状激光自变频材料为三棱柱状，也可以在三棱柱状基础上切除多余边角部分形成四棱柱状、五棱柱状、六棱柱状或其它多棱柱状，从而节约晶体所占空间，提高系统紧凑性。

上述技术方案中，所述泵浦源中心波长为块状激光自变频材料的吸收波长，如Nd:YCOB晶体与Nd:GdCOB晶体的泵浦波长可以在808nm-813nm波段，Yb:YAB晶体的泵浦波长为790nm附近。

上述技术方案中，所述激光谐振腔A镜和激光谐振腔B镜可以分别直接制作在自变频材料第一光学面和第二光学面上，或者在所述自变频材料第一光学面、第二光学面外侧分别放置独立的激光谐振腔A镜和激光谐振腔B镜。

激光谐振腔A镜、激光谐振腔B镜可以分别是平面镜、凹面镜、凸面镜中任意两个的组合，以石英镜片、光学玻璃等材料为基质。

上述技术方案中，激光谐振腔内插入偏振控制元件如1/4波片实现和频相位匹配所需要的偏振转换。

本发明的基于块状激光自变频材料级联效应的激光器，利用单一块状自变频材料作为激光增益介质和非线性光学频率变换元件，同时实现基频光谐振、自倍频、自和频多种复合功能，获得紫外激光输出，具有复合功能性强、结构紧凑、稳定性高、制作成本低等优点。

附图说明

图1给出本发明实施例1中基于自变频晶体Nd:YCOB级联效应，1060nm基频光自三倍频的紫外激光器结构示意图。

图2给出本发明实施例1中基于自变频晶体Nd:YCOB级联效应，1060nm基频光自三倍频的紫外激光器中晶体横截面示意图。

图3给出本发明实施例1中自变频材料切割形状示意图。

图4给出本发明实施例1中自变频材料相位匹配方向示意图。

图5为本发明实施例2中基于自变频晶体Nd:YCOB级联效应，1.3μm基频光自三倍频的紫外激光器结构示意图；

图6给出本发明实施例3中的基于自变频晶体Nd:GdCOB级联效应的固体紫外激光器结构示意图。

图7为本发明实施例4制作的基于自变频晶体Nd:YAB级联效应的固体紫外激光器结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

参见图1、图2，本实施例制作一种基于Nd:YCOB自变频晶体级联效应的固体激光器，基频光为1060nm，腔内激光在晶体内沿“V”字形传播，三倍频光在输出镜B出射，实现354nm紫外激光输出。

衬底3-1为一块二氧化铪(HfO₂)材料，衬底大小与Nd:YCOB自变频晶的第三光学面1-3大小相等。冷却控温装置4-1放置于上述衬底3-1上，该冷却控温装置4-1采用市场上购买的常规晶体冷却控温装置。

泵浦源5-1采用中心波长为811nm附近的泵浦源，本实施例为半导体激光器。

块状激光自变频材料2-1采用掺杂浓度为8at.％的Nd:YCOB晶体，该自倍频晶体加工成六棱柱状如图3所示。本实施例中自变频晶体的切割方向按如下方法确定：

倍频过程采用I类相位匹配1060nm(o光)+1060nm(o光)-＞530nm(e光)，和频过程采用I类相位匹配1060nm(o光)+530nm(o光)-＞354nm(e光)，按图4给出的Nd:YCOB晶体相位匹配角，选择Nd:YCOB晶体1060nm基频光倍频有效非线性系数最大的相位匹配方向(θ₁＝113°，φ₁＝36.5°)和Nd:YCOB晶体1060nm基频光与530nm倍频光和频有效非线性系数最大的相位匹配方向(θ₂＝106°，φ₂＝76.682°)，作为晶体中通光方向；这两个相位匹配方向所确定的平面作为六棱柱型自变频材料的端面1-0，垂直于倍频相位匹配方向(θ₁＝113°，φ₁＝36.5°)作为第一光学面1-1；垂直于和频相位匹配方向(θ₂＝106°，φ₂＝76.682°)作为第二光学面1-2；垂直于两个相位匹配方向平分线的平面作为六棱柱型自变频晶体的第三光学面1-3；分别切除由第一光学面1-1、第二光学面1-2、第三光学面1-3的交棱作为六棱柱型自变频晶体的1-4侧面、1-5侧面和1-6侧面。

按这种方法将Nd:YCOB晶体加工成6mm×6mm×60mm×56mm×17mm×17mm×60mm的六棱柱状，其中Nd:YCOB自变频晶体6mm×60mm(第一光学面1-1)，6mm×60mm(第二光学面1-2)，60mm×60mm(第三光学面1-3)，56mm×60mm(1-4侧面)，17mm×60mm(1-5侧面)，17mm×60mm(1-6侧面)，6mm×6mm×60mm×56mm×17mm×17mm(材料两端面1-0)，六棱柱厚度h为60mm。

两个相位匹配方向(θ₁＝113°，φ₁＝36.5°)和(θ₂＝106°，φ₂＝76.682°)的夹角α由空间几何可求出为141.6°；Nd:YCOB自变频晶体对于基频光1060nm的折射率约为1.667，对于倍频光530nm的折射率约为1.6863，为了使基频光和倍频光在Nd:YCOB自变频晶体第三光学面1-3产生全反射按选定的两个相位匹配方向(θ₁＝113°，φ₁＝36.5°)和(θ₂＝106°，φ₂＝76.682°)传播，可以在Nd:YCOB晶体面1-3键合或光胶一块折射率小于1.656的衬底材料层(1.667·sin 141.6/2)；Nd:YCOB晶体经上述方法制作成六棱柱状自变频材料后放置在固定装置中。

本实施例中1060nm基频光I类相位匹配倍频过程为：一个1060nm的o光(寻常光)光子与一个1060nm的o光光子生成一个530nm的e光(非常光)光子，1060nm基频光与530nm倍频光I类相位匹配和频过程为：一个1060nm的o光光子与一个530nm的o光光子生成一个354nm的e光光子，为了满足1060nm基频光与530nm倍频光和频过程的相位匹配条件，激光谐振腔内插入1/4波片作为偏振控制元件2-2，将530nm的e光转化成和频相位匹配所需要的530nm的o光。

本实施例中，激光器输出波长为354nm三倍频激光。

本实施例中，为了使基频光、倍频光与和频光在Nd:YCOB自倍频晶体第三光学面1-3产生全反射而被限制在晶体中沿“V”字型传播，也可以在晶体第三光学面1-3上镀对于1060nm基频光、530nm倍频与354nm三倍频光光高反膜(反射率大于90％)

本实施例中的泵浦源采用中心波长为811nm附近的半导体激光器，泵浦源5-1放置在自变频晶体端面面1-0其中一个面外侧进行泵浦，即采用端面泵浦形式。

本实施例中的激光谐振腔为由谐振腔A镜、谐振腔B镜组成的对光具有正反馈作用的激光谐振腔；激光谐振腔A镜放置在所述六棱柱状的自变频晶体第一光学面1-1外侧，激光谐振腔B镜直接镀在自变频晶体第二光学面1-2上；如图2所示泵浦光有效耦合进入晶体内被吸收实现泵浦过程，基频光和倍频光在晶体内沿“V”字形传播；三倍频光在六棱柱状自变频晶体的第二光学面1-2激光输出。

本实施例中激光谐振腔A镜(高反镜)采用平面镜镀530nm倍频光高反膜(反射率大于90％)；激光谐振腔B镜(输出镜)直接制作在自变频晶体第二光学面1-2上，镀1060nm基频光、530nm倍频光高反膜(反射率大于90％)以及354nm三倍频光高透膜(透射率大于90％)；第一光学面1-1镀1060nm基频光、354nm三倍频光高反膜(反射率大于90％)以及530nm倍频光高透膜(透射率大于90％)。

本发明提供的一种基于Nd:YCOB自变频晶体级联效应的固体紫外激光器，与现有技术相比具有如下特点：使用单一块材料实现了激光谐振、倍频、和频多种功能，复合功能性强、结构紧凑、稳定性高、制作成本低。

实施例2

本实施例具体结构参考图5；本实施例制作一种基于激光自变频晶体Nd:YCOB级联效应的固体激光器(1.3μm基频光自三倍频的固体激光器)。本实施例与实施例1类似，腔内激光在晶体内沿“V”字形传播，三倍频光在输出镜B端出射，实现443.3nm激光输出。

与实施例1的不同之处主要为：

1、基频光波长为Nd:YCOB自变频材料1.3μm中心输出波长。

2、谐振腔腔膜改为，自变频晶体第一光学面1-1镀对于1.3μm基频光和443.3nm三倍频光高反膜(反射率大于90％)，665.5nm倍频光高透膜(透射率大于90％)；激光谐振腔A镜镀对于665.5nm倍频光高反膜(反射率大于90％)；激光谐振腔B镜(输出镜)直接制作在自变频晶体第二光学面1-2上镀1.3μm基频光和665.5nm倍频光高反膜(反射率大于90％)、443.3nm三倍频光高透膜(透射率大于90％)。

3、泵浦方式由实施例1中的自变频晶体端面1-0泵浦改为自变频晶体侧面泵浦，即泵浦源5-1对准自变频晶体的第三光学面1-3作为激光泵浦入射面，泵浦光入射处镀对于泵浦光高反膜(反射率大于90％)。

4、在自变频晶体的1-4侧面安装体冷却控温装置，对晶体进行散热。

5、为了使基频光和倍频光在Nd:YCOB晶体第三光学面1-3产生全反射而在晶体中沿非线性系数最大的倍频相位匹配方向(θ₁，φ₁)和非线性系数最大的和频相位匹配方向(θ₂，φ₂)所确定的方向沿“V”字形传播，不采用“自变频晶体第三光学面1-3键合或光胶一块折射率小于1.656的衬底材料”，而是在自变频晶体的第三光学面1-3表面镀对于1.3μm基频光、665.5nm倍频光与443.3nm三倍频光高反膜(反射率大于90％)。

6、晶体切割方向改为Nd:YCOB自变频晶体第一光学面和第二光学面分别垂直于Nd:YCOB晶体非线性系数最大的1.3μm基频光倍频相位匹配方向(θ₁，φ₁)和1.3μm基频光与665.5nm倍频光和频相位匹配方向(θ₂，φ₂)；第三光学面垂直于相位匹配方向(θ₁，φ₁)和(θ₂，φ₂)平分线；最佳相位匹配角(θ₁，φ₁)与(θ₂，φ₂)的确定方法为本专业技术人员所熟知。。

实施例3

本实施例的具体结构参考图6；本实施例制作一种基于激光自变频晶体Nd:GdCOB级联效应的固体紫外激光器。本实施例与实施例1类似，腔内激光在晶体内沿“V”字形传播，与实施例1的不同之处主要为：

1、自变频材料采用掺杂浓度为8at.％的Nd:GdCOB晶体，晶体切割和制作方法与实施例1类似，基频光为Nd:GdCOB晶体1061nm中心辐射波长。

2、倍频光7-2在激光谐振腔A镜出射，三倍频光7-3在激光谐振腔B出射，实现530.5nm倍频光与354nm紫外激光双波长输出。

3、泵浦方式改为自变频晶体的双端面泵浦，即采用第一泵浦源5-1、第二泵浦源5-2分别对准该自变频晶体的两个端面1-0作为激光泵浦入射面。

4、1061nm基频光与530.5nm倍频光和频过程采用II类相位匹配1061nm(o)+530.5nm(e)-＞354nm(e)。

5、晶体切割和制作方法与实施例1类似，“V”字形方向满足相位匹配，分别为Nd:GdCOB晶体1061nm基频光倍频有效非线性系数最大的I类相位匹配方向(θ₁，φ₁)和1061nm基频光与530.5nm倍频光和频有效非线性系数最大的II类相位匹配方向(θ₂，φ₂)，最佳相位匹配角(θ₁，φ₁)与(θ₂，φ₂)的确定方法为本专业技术人员所熟知。

6、激光谐振腔A镜(530.5nm倍频光输出镜)直接制作在自变频晶体第一光学面1-1上镀1061nm基频光和354nm三倍频光高反膜(反射率大于90％)，530.5nm倍频光部分透射膜(透射率介于0.1％-70％之间)；激光谐振腔B镜(三倍频光输出镜)直接制作在自变频晶体第二光学面1-2上镀1061nm基频光和530.5nm倍频光高反膜(反射率大于90％)、354nm三倍频光高透膜(透射率大于90％)。

实施例4

本实施例具体结构参考图7；本实施例制作一种基于Yb:YAB自变频晶体级联效应的固体紫外激光器。本实施例与实施例2类似，不同之处主要有：

1、自变频材料改为掺杂浓度为6at.％的Yb:YAB晶体，晶体切割和制作方法与实施例1类似。

2、倍频光7-2在激光谐振腔A镜出射，基频光7-1、三倍频光7-3在激光谐振腔B端出射，实现基频光、倍频光与三倍频紫外激光三波长输出。

3、激光谐振腔A镜镀倍频光部分透射膜(透过率介于0.1％-70％)，激光谐振腔B镜镀对于三倍频光高透射及基频光部分透射(透过率介于0.1％-70％)的双层膜系；激光谐振腔镜B外侧加入45°基频光高反以及45°三倍频光高透的分光镜8-1实现基频光与三倍频光分离。

4、泵浦源改为中心波长为790nm的光纤激光器，泵浦光进入处镀对于泵浦光的高透膜(透射率大于90％)。

5、泵浦方式改为自变频晶体的1-5侧面和1-6侧面进行双侧面泵浦，即第一泵浦源5-1和第二泵浦源5-2分别对准自变频晶体的1-5侧面和1-6侧面作为激光泵浦入射面。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出相应的改变和变型，但这些相应的改变和变型都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于块状激光自变频材料级联效应的激光器，包括泵浦源、块状激光自变频材料和激光谐振腔；其特征在于，所述泵浦源至少为一个；所述激光谐振腔为由激光谐振腔A镜和激光谐振腔B镜组成的对光具有正反馈作用的激光谐振腔；所述块状激光自变频材料至少含有三个光学面；

该三个光学面中的第一光学面上镀有第一膜系，且该第一光学面垂直于所述块状激光自变频材料的非线性系数最大的基频光倍频相位匹配方向(θ₁,φ₁)；所述第一膜系为对基频光及和频光具有高反射率，同时对倍频光具有高透射率的膜系；所述第一膜系或者为对倍频光及和频光具有高反射率，同时对基频光具有高透射率的膜系；所述第一膜系或者为对和频光具有高反射率，同时对基频光和倍频光具有高透射率的膜系；所述第一膜系或者为对基频光、倍频光和三倍频光均具有高反射率的膜系；

该三个光学面中的第二光学面上镀有第二膜系，且该第二光学面垂直于所述块状激光自变频材料的非线性系数最大的基频光与倍频光和频相位匹配方向(θ₂,φ₂)；所述第二膜系为对基频光与倍频光具有高反射率，同时对和频光具有高透射率的膜系；或者所述第二膜系为对倍频光具有高反射率、对和频光具有高透射率和对基频光具有透过率介于0.1%-70%之间的膜系；

该三个光学面中的第三光学面上镀有第三膜系，且该第三光学面垂直于所述块状激光自变频材料的非线性系数最大的基频光倍频相位匹配方向(θ₁,φ₁)和块状激光自变频材料的非线性系数最大的基频光与倍频光和频过程相位匹配方向(θ₂,φ₂)的平分线；所述第三膜系为对基频光、倍频光及和频光均具有高反射率的膜系；

所述泵浦源对所述块状激光自变频材料至少一个面进行泵浦，块状激光自变频材料在泵浦光进入处镀有对泵浦光具有高透射率的膜使其被充分吸收；产生的基频光沿块状激光自变频材料的非线性系数最大的基频光倍频相位匹配方向(θ₁,φ₁)传播并发生倍频效应而产生倍频光；基频光与倍频光在块状激光自变频材料的第三光学面全反射，并在块状激光自变频材料内沿“V”字形传播，满足所述块状激光自变频材料相位匹配偏振条件的基频光与倍频光在块状激光自变频材料非线性系数最大的基频光与倍频光和频过程相位匹配方向(θ₂,φ₂)方向上发生和频生成和频光；

所述激光谐振腔内插入偏振控制元件，以实现和频过程相位匹配偏振要求所需的偏振转换。

2.按权利要求1所述的基于块状激光自变频材料级联效应的激光器，其特征在于，所述块状激光自变频材料为掺钕三硼酸钙氧钇晶体、掺钕三硼酸钙钇钆晶体或掺镱四硼酸铝钇晶体。

3.按权利要求1所述的基于块状激光自变频材料级联效应的激光器，其特征在于，其输出波长为基频光、倍频光及和频光中的一种、两种或三种。

4.按权利要求1所述的基于块状激光自变频材料级联效应的激光器，其特征在于，所述块状激光自变频材料的第三光学面上键合或光胶一衬底材料层，该衬底材料层的折射率小于nsin(α/2)，α为所述块状激光自变频材料的非线性系数最大的基频光倍频相位匹配方向(θ₁,φ₁)与块状激光自变频材料的非线性系数最大的基频光与倍频光和频过程相位匹配方向(θ₂,φ₂)的夹角，n为所述块状激光自变频材料对基频光的折射率、倍频光的折射率及和频光的折射率中的最小值。

5.按权利要求1所述的基于块状激光自变频材料级联效应的激光器，其特征在于，在所述块状激光自变频材料的第三光学面上镀对基频光、倍频光及和频光的反射率均大于90%的高反膜。

6.按权利要求1所述的基于块状激光自变频材料级联效应的激光器，其特征还在于，所述块状激光自变频材料为多棱柱形激光自变频晶体；所述多棱柱形激光自变频晶体为三棱柱形激光自变频晶体、四棱柱形激光自变频晶体、五棱柱形激光自变频晶体或六棱柱形激光自变频晶体。

7.按权利要求1所述的基于块状激光自变频材料级联效应的激光器，其特征在于，所述泵浦源中心波长为所述块状激光自变频材料的吸收波长。

8.按权利要求1所述的基于块状激光自变频材料级联效应的激光器，其特征还在于，所述激光谐振腔A镜和激光谐振腔B镜分别直接制作在块状激光自变频材料的第一光学面和第二光学面上，或者分别置于所述块状激光自变频材料的第一光学面的外侧和第二光学面的外侧。

9.按权利要求1所述的基于块状激光自变频材料级联效应的激光器，其特征还在于，所述激光谐振腔A镜和激光谐振腔B镜为平面镜、凹面镜及凸面镜中的任意两种的组合；所述激光谐振腔A镜和激光谐振腔B为石英镜片或光学玻璃镜片。

10.按权利要求1所述的基于块状激光自变频材料级联效应的激光器，其特征还在于，所述激光谐振腔内的偏振控制元件为1/4波片。

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