CN102751654B - 汇聚型光纤激光器腔内倍频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汇聚型光纤激光器腔内倍频器，包括温度控制器、第一尾纤、套管、第一自聚焦透镜、倍频晶体、第二自聚焦透镜、导热铜块和第二尾纤，第一自聚焦透镜和第二自聚焦透镜分别粘结在倍频晶体左、右两端；第一自聚焦透镜左端与第一尾纤带有尾纤插针的一端粘结，第二自聚焦透镜右端与第二尾纤带有尾纤插针的一端粘结；第一尾纤、套管、第一自聚焦透镜、倍频晶体、第二自聚焦透镜和第二尾纤中心共线，构成以倍频晶体为中心的对称结构；本发明克服了现有激光器因分立元件构成引起的缺陷，同时经过精密计算选择倍频晶体，实现了基频光在倍频晶体中心点汇聚，使得该点有很高的光子密度，即使在中小功率情况下，也可以获得很高的倍频效率。

Description

汇聚型光纤激光器腔内倍频器

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种汇聚型光纤激光器腔内倍频器，特别是用于实现中小功率的全光纤结构的腔内倍频光纤激光器。

背景技术

近年来，光纤激光器以其体积小、效率高、稳定性好、光束质量好等优点，发展十分迅速，但是目前成熟的、占大半市场份额的高功率光纤激光器，输出波长主要集中在1030nm-1100nm，输出波长的单一化限制了光纤激光器在许多领域尤其是可见光波段的应用。而相应的，在全固态激光器中利用非线性频率变换技术在获得可见光波段激光技术方面已取得很好成效，特别是全固态激光器内腔倍频技术，几乎成为了可见波段固体激光器的主力军，但将内腔倍频技术应用于光纤激光器时遇到一个矛盾：光纤激光器的优势在于它的全光纤化熔接，无分立元件，故而其稳定性好、免维护和易于使用，但如果插入倍频晶体这样的分立元件，必然破坏了光纤激光器稳定性好，免维护且易于使用的优势，失去市场竞争力。

要实现光纤激光器腔内倍频必须采用光纤结构的腔内倍频器件，将其熔接在光纤激光器中，实现全光纤结构的倍频光纤激光器。现有的光纤激光器倍频技术多采用腔外倍频或内腔分立元件倍频，如双面泵浦腔内倍频双包层绿光光纤激光器（申请号：200620079299），双包层光纤腔内倍频激光器（专利号：03116633.4），内腔倍频蓝光光纤激光器（申请号：200820155748），高功率蓝光光纤激光器（申请号：200620079296），这些激光器均是分立元件构成的，从本质上讲，这些技术都是全固态腔内倍频技术的翻版，虽将其搬入光纤激光器，但光纤激光器自身所具有的高稳定性却被破坏了，显示不出光纤激光器的优势。

本发明的发明人于2011年6月14日申请的专利申请（申请号：201110158949.0，名称：全光纤结构腔内倍频绿光激光器），是一种采用三光栅结构的光纤激光器，其采用自聚焦透镜长度为0.23P（P为自聚焦透镜节距）的全光纤腔内倍频光纤激光器，主要用于大功率光纤激光器，因其腔内光纤倍频器所采用的自聚焦透镜长度采用0.23P，基频光被自聚焦透镜转换为平行光，在倍频晶体中产生二次谐波（倍频）效应。发明人在对腔内倍频器的后续研究中发现，自聚焦透镜的长度和倍频晶体的长度、折射率均会影响腔内倍频器内部的激光分布，从而影响出射激光的强度，由于该激光器中的自聚焦透镜长度固定为0.23P，基频光在经自聚焦透镜扩束转换为平行光，并在倍频晶体中以平行光的方式行进，故而其在大功率或当倍频晶体非线性系数较高时倍频效率比较高，但其在中小功率或倍频晶体非线性系数不是很高时，倍频效率相对比较低。经进一步研究发现，当改变自聚焦透镜长度，使得基频光能够在倍频晶体中汇聚时，便可以获得很高的倍频效率，尤其是在中小功率或倍频晶体非线性系数不是很高时，效果更为明显。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种汇聚型光纤激光器腔内倍频器，该腔内倍频器结合了光纤激光器与全固态腔内倍频技术，通过光纤熔接的方式将该该倍频器置入光纤激光器中，能够实现全光纤结构腔内倍频激光输出，克服了现有激光器因分立元件构成引起的缺陷，同时经过精密计算选择倍频晶体，实现了基频光在倍频晶体中心点汇聚，使得该点有很高的光子密度，即使在中小功率情况下，也可以获得很高的倍频效率。

为了实现上述技术效果，本发明采用如下技术解决方案：

一种汇聚型光纤激光器腔内倍频器，包括温度控制器、第一尾纤、套管、第一自聚焦透镜、倍频晶体、第二自聚焦透镜、导热铜块和第二尾纤，其中，第一自聚焦透镜和第二自聚焦透镜分别粘结在倍频晶体左、右两端；第一自聚焦透镜的左端与第一尾纤带有尾纤插针的一端粘结，第二自聚焦透镜的右端与第二尾纤带有尾纤插针的一端粘结；第一尾纤、套管、第一自聚焦透镜、倍频晶体、第二自聚焦透镜和第二尾纤中心共线，共同构成以倍频晶体为中心的对称性结构；第一自聚焦透镜、倍频晶体、第二自聚焦透镜三者的整体的外部依次包裹有铟箔和导热铜块，所述导热铜块的底面与温度控制器相接触，导热铜块的其余表面封装在套管内部，第一尾纤和第二尾纤分别从套管的左、右两端穿出。各元件熔接时采用纤芯对准；

所述倍频晶体、第一自聚焦透镜和第二自聚焦透镜满足式1：

$L=-\frac{2n_1\mathrm{Tan}\left(\mathrm{\αd}\right)}{\mathrm{\α}{n}_0}$ 式1

式中，L为倍频晶体的长度；n₁为倍频晶体的折射率；n₀为第一自聚焦透镜的中心折射率；d为第一自聚焦透镜的长度；α为第一自聚焦透镜折射率分布系数；第一自聚焦透镜的折射率n(r)沿径向r分布满足式2：

n(r)＝n₀(1-α²r²/2)式2

式中，r为径向坐标。

所述第一自聚焦透镜和第二自聚焦透镜选用相同的自聚焦透镜，自聚焦透镜长度选取为0.3P~0.45P。

所述第一自聚焦透镜、第二自聚焦透镜和倍频晶体均为柱体且横截面面积相同。

所述第一自聚焦透镜、第二自聚焦透镜和倍频晶体均采用横截面直径为2~5mm的圆柱或者横截面边长为2~5mm的长方体。

所述第一尾纤和第二尾纤的长度为1~2米。

所述温度控制器采用控制范围为－10℃～200℃的自动恒温控制炉。

本发明的创新点及有益效果如下：

1）本发明由核心部件倍频晶体、自聚焦透镜、尾纤组成一个独立器件，该独立器件与光纤激光器中通过光纤熔接方式连接，无分立元件需要调整，具有很高的稳定性和良好的光束质量。

2）当倍频晶体和自聚焦透镜参数选择满足一定条件时，便可以使得基频光和倍频光在倍频晶体中心汇聚，在两端经自聚焦透镜汇聚并注入尾纤之中，解决了光纤激光器腔内倍频实现过程中基频光和倍频光的泄漏问题。

3）本发明的腔内倍频器由倍频晶体、自聚焦透镜、尾纤、导热铜块及封装套管按照从里到外的次序封装而成，解决了激光器中倍频晶体的光纤化集成这一技术难题，降低了激光器装配的难度，增加整机稳定性与可靠性，与现有的全光纤激光技术结合可实现全熔接、免调整整机装配，为实现流水线作业和批量生产奠定了基础。

4）倍频晶体采用铟箔包裹封于导热铜块内，导热铜块底面与全自动温控炉相接触，全自动温控炉可-10℃~200℃调节温度，既可用于角度相位匹配方式下倍频晶体冷却之用，亦可用于温度相位匹配方式时倍频晶体温度控制与调节。

5）基频光经自聚焦透镜后在倍频晶体中点处汇聚于一点，使得其在倍频晶体内的光斑面积较小，功率密度较大，使倍频效率得以提高，故而即使在低功率情况下，同样也可获得很高的倍频效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。其中，（a）为正视图，（b）为俯视图，（c）为左视图。

图2为本发明内部的光线轨迹图。

图3为本发明所应用的掺镱光纤激光器的结构示意图。

图4为本发明所应用的掺镱光纤激光器中的基频光及倍频光行进光路图。

以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。

具体实施方式

如图1所示，本发明的汇聚型光纤激光器腔内倍频器，包括温度控制器1、第一尾纤2、套管3、第一自聚焦透镜4、倍频晶体5、第二自聚焦透镜6、导热铜块7和第二尾纤8，其中，第一自聚焦透镜4和第二自聚焦透镜6分别粘结在倍频晶体5左、右两端；第一自聚焦透镜4的左端与第一尾纤2带有尾纤插针的一端粘结，第二自聚焦透镜6的右端与第二尾纤8带有尾纤插针的一端粘结；第一尾纤2、套管3、第一自聚焦透镜4、倍频晶体5、第二自聚焦透镜6和第二尾纤8中心共线，共同构成以倍频晶体5为中心的对称性结构；第一自聚焦透镜4、倍频晶体5、第二自聚焦透镜6三者的整体的外部依次包裹有铟箔和导热铜块7，所述导热铜块7的底面与温度控制器1相接触，导热铜块7的其余表面封装在套管3内部，第一尾纤2和第二尾纤8分别从套管3的左、右两端穿出。各元件熔接时采用纤芯对准。

本发明的制作过程如下：

1、选择倍频晶体类型：根据要倍频的光纤激光器的基频光波长、输出功率、匹配方式等要求选择倍频晶体类型，在该波长处，倍频晶体应满足：①有大的非线性极化系数；②具有良好的透明性，吸收损耗小；③较高的损伤阈值，满足功率要求；④化学稳定性好，不易潮解；⑤相位匹配满足设计需求，即满足角度匹配、温度匹配要求。

2、选择倍频晶体和自聚焦透镜的尺寸与规格：本发明的腔内倍频器的核心部件是倍频晶体和自聚焦透镜，其内部基频光的行进轨迹如图2所示，要保证光线以图中所画轨迹行进从而在倍频晶体5内聚焦于一点，所述倍频晶体5、第一自聚焦透镜4和第二自聚焦透镜6满足式1：

$L=-\frac{2n_1\mathrm{Tan}\left(\mathrm{\αd}\right)}{\mathrm{\α}{n}_0}$ 式1

式中，L为倍频晶体5的长度；n₁为倍频晶体5的折射率；n₀为第一自聚焦透镜4的中心折射率；d为第一自聚焦透镜4的长度，取0.3P~0.45P；α为第一自聚焦透镜4折射率分布系数；第一自聚焦透镜4的折射率n(r)沿径向r分布满足式2：

n(r)＝n₀(1-α²r²/2)式2

式中，r为径向坐标。

第一自聚焦透镜4和第二自聚焦透镜6选用相同的自聚焦透镜，自聚焦透镜长度选取为0.3P~0.45P。

自聚焦透镜、倍频晶体均为柱体且横截面面积相同，既有利于装配，也便于热传导。可以采用横截面直径2~5mm的圆柱或者横截面边长为2~5mm的长方体。

根据矩阵光学理论，式1的推导原理如下：

第一自聚焦透镜的折射率分布为：

$n^2={n_0}^2[1-\frac{1}{2}{\left(\mathrm{\αr}\right)}^2]$

式中，n₀为第一自聚焦透镜中心折射率，n为半径为r处的折射率。激光进入第一自聚焦透镜矩阵

$m1=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& n_0\end{array}\right]$

第一自聚焦透镜中传播矩阵

$m2=\left[\begin{array}{cc}\cos \left(\mathrm{\αd}\right)& (1/\mathrm{\α})\sin \left(\mathrm{\αd}\right)\\ -\mathrm{\α}\sin \left(\mathrm{\αd}\right)& \cos \left(\mathrm{\αd}\right)\end{array}\right]$

式中，d为自聚焦透镜长度

第一自聚焦透镜进入倍频晶体矩阵

$m3=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& n_1/n_0\end{array}\right]$

式中n₁为倍频晶体折射率

倍频晶体中传播矩阵

$m4=\left[\begin{array}{cc}1& s\\ 0& 1\end{array}\right]$

式中，s为倍频晶体长度

倍频晶体进入第二自聚焦透镜矩阵

$m5=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& n_0/n_1\end{array}\right]$

第二自聚焦透镜中传播矩阵

$m6=m2=\left[\begin{array}{cc}\cos \left(\mathrm{\αd}\right)& (1/\mathrm{\α})\sin \left(\mathrm{\αd}\right)\\ -\mathrm{\α}\sin \left(\mathrm{\αd}\right)& \cos \left(\mathrm{\αd}\right)\end{array}\right]$

离开第二自聚焦透镜矩阵

$m7=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1/n_0\end{array}\right]$

光束经过第一自聚焦透镜、倍频晶体、第二自聚焦透镜的传播矩阵为

$M=\left[\begin{array}{cc}A& B\\ C& D\end{array}\right]=m1\·m2\·m3\·m4\·m5\·m6\·m7$

矩阵相乘便可得到传输矩阵M，其矩阵元ABCD分别为

$A={\left[\cos \left(\mathrm{\αd}\right)\right]}^2-\frac{n_0\mathrm{\α}\sin \left(\mathrm{\αd}\right)[s\cos \left(\mathrm{\αd}\right)+\frac{n_1\sin \left(\mathrm{\αd}\right)}{\mathrm{\α}{n}_0}]}{n_1}$

$B=\frac{\frac{\cos \left(\mathrm{\αd}\right)\sin \left(\mathrm{\αd}\right)}{\mathrm{\α}}+\frac{n_0\cos \left(\mathrm{\αd}\right)[s\cos \left(\mathrm{\αd}\right)+\frac{n_1\sin \left(\mathrm{\αd}\right)}{\mathrm{\α}{n}_0}]}{n_1}}{n_0}$

$C=-n_0\mathrm{\α}\sin \left(\mathrm{\αd}\right)\cos \left(\mathrm{\αd}\right)-\frac{n_0\mathrm{\α}\sin \left(\mathrm{\αd}\right)[-n_0\mathrm{s\α}\sin \left(\mathrm{\αd}\right)+n_1\cos \left(\mathrm{\αd}\right)]}{n_1}$

$D=\frac{\frac{n_0\cos \left(\mathrm{\αd}\right)[-n_0\mathrm{s\α}\sin \left(\mathrm{\αd}\right)+n_1\cos \left(\mathrm{\αd}\right)]}{n_1}-n_0{\left[\sin \left(\mathrm{\αd}\right)\right]}^2}{n_0}$

如果光线1

$r_1=\left[\begin{array}{c}{y}_1\\ {\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right]$

经第一自聚焦透镜、倍频晶体、第二自聚焦透镜的传输后，得到光线2

$r_2=\left[\begin{array}{c}{y}_2\\ {\mathrm{\θ}}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}A{y}_1+B{\mathrm{\θ}}_1\\ C{y}_1+D{\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right]$

当光线1为第一自聚焦透镜入射端面的中心点入射，并要求其汇聚于第二自聚焦透镜的出射端面的中心点，为了简化推导，我们设自聚焦透镜的中心点（即自聚焦透镜端面的圆心）为高度坐标原点，则有当y₁=0时，必有y₂=0，为此我们求解方程Bθ₁=0，且cos(αd)<>0，也即求解

$\left\{\begin{array}{c}\frac{\frac{\cos \left(\mathrm{\&alpha;d}\right)\sin \left(\mathrm{\&alpha;d}\right)}{\mathrm{\&alpha;}}+\frac{n_0\cos \left(\mathrm{\&alpha;d}\right)[s\cos \left(\mathrm{\&alpha;d}\right)+\frac{n_1\sin \left(\mathrm{\&alpha;d}\right)}{\mathrm{\&alpha;}{n}_0}}{n_1}}{n_0}{\mathrm{\&theta;}}_1=0\\ \cos \left(\mathrm{\&alpha;d}\right)\&lang;\&rang;0\end{array}\right.$

可以得到：

$s=-\frac{2n_1\tan \left(\mathrm{\&alpha;d}\right)}{\mathrm{\&alpha;}{n}_0}$

3、根据所应用的光纤激光器选用的有源光纤的规格来选择第一尾纤2和

第二尾纤8，尾纤应与有源光纤结构匹配，即有源光纤的芯径（或模场半径）、数值孔径、包层尺寸尽量一致或接近，以便在光纤熔接时有较小损耗，第一尾纤2和第二尾纤8的长度为1~2米。

4、温度控制器1采用市售的自动恒温控制炉，控制范围为-10℃～200℃，通过该装置可对温度进行控制，达到稳定倍频晶体温度的效果，在选择采用温度相位匹配方式时亦可用于倍频晶体温度控制与调节。

5、加工导热铜块7和套管3。将倍频晶体、自聚焦透镜、尾纤的端面进行抛光处理。

6、装配与封装。将倍频晶体、自聚焦透镜、导热铜块、封装套管、尾纤等装配在一起，并将其固定在温度控制器1上，整个装配过程必须保证第一尾纤2、第一自聚焦透镜4、倍频晶体5、第二自聚焦透镜6和第二尾纤8的中心共线。

实施例

如图3所示，将本发明的汇聚型光纤激光器腔内倍频器应用于掺镱光纤激光器获得绿激光输出。该掺镱光纤激光器包括依次熔接的半导体激光器泵浦组件9、第一光纤光栅10、掺镱双包层光纤11、第二光纤光栅12、腔内倍频器13、第三光纤光栅14和尾纤15。腔内倍频器13采用本发明的腔内倍频器，腔内倍频器13的第一尾纤2与第二光纤光栅12熔接，第二尾纤8与第三光纤光栅14熔接。其中，半导体激光器泵浦组件9选取带100μm尾纤、输出波长为973nm、最大输出功率为35W的半导体激光器，为整个激光系统提供激光泵浦。第一光纤光栅10、第三光纤光栅14均为1080nm全反射光纤光栅，掺镱双包层光纤11为10/125μm单模双包层光纤，以上三个部件构成波长为1080nm激光谐振腔。第二光纤光栅12和腔内倍频器13构成该激光器的倍频部分。

本实施例的制作步骤如下：

1）腔内倍频器13的部件选取：倍频晶体5采用KTP晶体，采用角度匹配方式，切割角度θ＝90°，全自动温控炉控制温度设定为100°C，这样既可避免产生离散效应，亦可提高激光损伤阈值；第一自聚焦透镜4和第二自聚焦透镜6均采用d=0.35P、横截面直径为3mm、长度为6.9mm的圆形自聚焦透镜；倍频晶体5的横截面尺寸为3mm*3mm，根据公式（1）计算得到倍频晶体5的长度L为10.8mm；第一尾纤2和第二尾纤8均采用2米长的10/125μm双包层无掺杂光纤；导热铜块7长度取24.6mm，壁厚5mm；套管3长度取36.6mm，侧壁厚3mm，端壁厚6mm；

2）按照图1装配并封装腔内倍频器13；

3）按照图3进行掺镱光纤激光器的装配：将半导体激光器泵浦组件9的输出尾纤与第一光纤光栅10的注入端熔接；将第一光纤光栅10的另一端与掺镱双包层光纤11一端熔接；将掺镱双包层光纤11的另一端与第二光纤光栅12的注入端熔接；将第二光纤光栅12的另一端与腔内倍频器13的一个尾纤熔接；将腔内倍频器13的另一端与第三光纤光栅14的一端熔接，第三光纤光栅14的另一端为上述掺镱光纤激光的输出端。最后将腔内倍频器13的底面与温控炉的控温平台之间涂抹导热硅脂，然后固定，将温控炉控制温度调到100℃，开启半导体激光器泵浦组件9的电源，既可实现540nm激光输出。

本实施例中，半导体激光器泵浦组件9中发出的泵浦光透过第一光纤光栅10注入掺镱双包层光纤11的内包层，随着泵浦光在内包层中传输而持续不断地进入掺镱双包层光纤11的纤芯。掺镱双包层光纤11的纤芯构成激光工作物质（Yb³⁺），第一光纤光栅10、掺镱双包层光纤11的纤芯和第三光纤光栅14构成波长为1080nm激光谐振腔，即本实施例所应用的掺镱光纤激光器的基频部分，激光工作物质（Yb³⁺）吸收泵浦光能量后产生1080nm的荧光辐射，该荧光辐射在第一光纤光栅10和第三光纤光栅14之间不断反射，多次经过掺镱双包层光纤11的纤芯被不断放大加强形成波长为1080nm的激光振荡，此时，由于基频光在第一光纤光栅10和第二光纤光栅14之间不断反射而未输出，从而形成一个腔内能量不断聚集、没有输出的光纤激光器，图4中下半部分的虚线为基频光行进光路。

第二光纤光栅12和光纤激光器汇聚型腔内倍频器13构成掺镱光纤激光器的倍频部分，随着激光谐振腔的基频振荡不断加强，基频光经过光纤激光器汇聚型光纤激光器腔内倍频器13时产生二次谐波（即倍频），从而从波长为1080nm的基频光转换为波长为540nm的倍频光，图4上半部分的虚线为倍频光行进光路，左向的倍频光被第二光纤光栅12反射后行进方向变为右向，右向行进的倍频光通过第三光纤光栅14后输出，从而可获得很高的倍频效率。在整个过程中，泵浦组件9持续提供能量注入，掺镱双包层光纤11消耗泵浦光产生基频光，倍频晶体5消耗基频光产生倍频光，该过程最终达到稳态，保持连续稳态倍频激光输出。

基频光在掺镱光纤激光器中的运行轨迹如下：

本发明的腔内倍频器13左右对称，无方向性，构成基频光、倍频光的行进通道，并完成基频光的倍频转换功能。

右向行进的波长为1080nm的基频光从第一尾纤2左端入射，经由第一自聚焦透镜4进入倍频晶体5，部分基频光被转换为波长为540nm的右向行进的倍频光，该右向行进的倍频光进入第二自聚焦透镜6后从第二尾纤8输出，再经第三光纤光栅14后从尾纤15输出。剩余的基频光继续右向行进，其被第二自聚焦透镜6汇聚进第二尾纤8后到达第三光纤光栅14，被第三光纤光栅14反射为左向行进的基频光，进入基频光行进光路（如图4所示）。

左向行进的基频光进入汇聚型腔内倍频器13时，部分被转换为左向行进的波长为540nm的倍频光，剩余部分基频光继续左向行进，在经过掺镱双包层光纤11时被放大，放大后到达第一光纤光栅10被反射为右向。综上，所有基频光不断经过掺镱双包层光纤11时被放大，经过倍频晶体5而源源不断地被转换为倍频光，理论上转换效率可达100%。

左向行进的倍频光进入第一自聚焦透镜4后经第二尾纤8输出，到达第二光纤光栅12时被反射为右向，该右向行进的倍频光沿第一尾纤2依次进入第一自聚焦透镜4、倍频晶体5、第二自聚焦透镜6、第二尾纤8、第三光纤光栅14，最终从尾纤15输出。

本发明的其它应用：

本发明的光纤激光器汇聚型腔内倍频器除了可实现上述掺镱光纤激光器腔内倍频绿光光纤激光器外，同样可用于其他波段、其他掺杂的光纤激光器腔内倍频，如掺钕光纤激光器腔内倍频，实现光纤激光器腔内倍频红光（660nm）和蓝光（470nm）激光输出，采用相同的结构，只需将光栅、光纤以及倍频晶体做相应的选择即可。

Claims (6)

1.一种汇聚型光纤激光器腔内倍频器，包括温度控制器（1）、第一尾纤（2）、套管（3）、第一自聚焦透镜（4）、倍频晶体（5）、第二自聚焦透镜（6）、导热铜块（7）和第二尾纤（8），其中，第一自聚焦透镜（4）和第二自聚焦透镜（6）分别粘结在倍频晶体（5）左、右两端；第一自聚焦透镜（4）的左端与第一尾纤（2）带有尾纤插针的一端粘结，第二自聚焦透镜（6）的右端与第二尾纤（8）带有尾纤插针的一端粘结；第一尾纤（2）、套管（3）、第一自聚焦透镜（4）、倍频晶体（5）、第二自聚焦透镜（6）和第二尾纤（8）中心共线，共同构成以倍频晶体（5）为中心的对称性结构；第一自聚焦透镜（4）、倍频晶体（5）、第二自聚焦透镜（6）三者的整体的外部依次包裹有铟箔和导热铜块（7），所述导热铜块（7）的底面与温度控制器（1）相接触，导热铜块（7）的其余表面封装在套管（3）内部，第一尾纤（2）和第二尾纤（8）分别从套管（3）的左、右两端穿出；各元件熔接时采用纤芯对准；

其特征在于：所述倍频晶体（5）、第一自聚焦透镜（4）和第二自聚焦透镜（6）满足式1：

$L=-\frac{{2n}_1\mathrm{Tan}\left(\mathrm{\&alpha;d}\right)}{\mathrm{\&alpha;}{n}_0}$ 式1

式中，L为倍频晶体（5）的长度；n₁为倍频晶体（5）的折射率；n₀为第一自聚焦透镜（4）的中心折射率；d为第一自聚焦透镜（4）的长度；α为第一自聚焦透镜（4）折射率分布系数；第一自聚焦透镜（4）的折射率n(r)沿径向r分布满足式2：

n(r)＝n₀(1-α²r²/2)                式2

式中，r为径向坐标。

2.如权利要求1所述的汇聚型光纤激光器腔内倍频器，其特征在于，所述第一自聚焦透镜（4）和第二自聚焦透镜（6）选用相同的自聚焦透镜，自聚焦透镜长度选取为0.3P～0.45P，P为自聚焦透镜节距。

3.如权利要求1所述的汇聚型光纤激光器腔内倍频器，其特征在于，所述第一自聚焦透镜（4）、第二自聚焦透镜（6）和倍频晶体（5）均为柱体且横截面面积相同。

4.如权利要求3所述的汇聚型光纤激光器腔内倍频器，其特征在于，所述第一自聚焦透镜（4）、第二自聚焦透镜（6）和倍频晶体（5）均采用横截面直径为2～5mm的圆柱或者横截面边长为2～5mm的长方体。

5.如权利要求1所述的汇聚型光纤激光器腔内倍频器，其特征在于，所述第一尾纤（2）和第二尾纤（8）的长度为1～2米。

6.如权利要求1所述的汇聚型光纤激光器腔内倍频器，其特征在于，所述温度控制器（1）采用控制范围为－10℃～200℃的自动恒温控制炉。

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