CN109416468A - 用于频率转换激光的紧凑且有效的光束吸收器 - Google Patents

用于频率转换激光的紧凑且有效的光束吸收器 Download PDF

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    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams

Abstract

一种光束分离和吸收元件包括镜子，其接收入射在第一表面上的第一和第二光束，并且所述镜子被配置为透射所述第一光束并反射所述第二光束。一光束吸收器接收透过镜子的第一光束，并在所述第一光束透过镜子后吸收透射的第一光束的第一光部分。所述光束吸收器散射第一光束的第二部分，并且所述光束吸收器和所述镜子被定位成使得所述散射光的至少一部分是入射在镜子的第二表面上。与入射在所述第一镜面上的第一光束的透射率相比，所述镜子对于入射在所述第二镜面上的所述散射光的透射率可以更低，以增强所述第一和第二光束的分离。

Description

用于频率转换激光的紧凑且有效的光束吸收器
技术领域
本发明涉及一种光束吸收器的结构，所述光束吸收器例如用于在频率转换激光装置中吸收光。本发明可被用于吸收装置中的可见光,所述装置使用可见光的非线性频率转换产生紫外光。
背景技术
非线性频率转换(NLFC)是一种广泛使用的、用于使用激光装置产生特定波长的光学技术。在NLFC装置中，具有基波波长的光进入将具有基波波长的一些或全部光转换为具有转换波长的光的NLFC组件。该技术的一种常见变形使用具有倍频的基波波长的光，导致转换波长为基波波长的一半，该过程称为二次谐波生成(SHG)。NLFC过程不转换具有基本波长的所有光，导致具有转换波长的光与离开NLFC组件的具有基波波长的光的空间重叠。
NLFC装置的许多应用仅需要具有转换波长的光，因此离开NLFC组件的具有基波波长的一些或全部光必须被去除。这可以通过两个光束(基波和转换的)的空间分离然后吸收基波光束来实现。
倍频装置可以根据基波和转换光束的偏振特性被分类。在“I型”SHG中离开NLFC装置的线性偏振转换光束具有相对于线性偏振基本光束的正交偏振。可以利用90°的极化变化通过使用布鲁斯特镜面来反射分离基本和转换光束，如美国专利No.8,559,471(Mao，2013年10月15日发布)所教导的。Tangtrongbenchasil等人在[Japanese Journal ofApplied Physics 47,2137，(2008)]描述的装置中，对转换光束具有高反射率并透射大部分基本光束的镜子以布鲁斯特角定向。
激光的吸收可以通过光束吸收器来实现-一个用于捕捉光线的空腔-激光被引导入其中。一些激光可以在与光束吸收器接触时被反射或散射并且能够从光束吸收器逸出。被设计用于减少这种逸出散射光的光束吸收器的实施例被找到，例如美国专利No.8,047,663(Pang等人，2011年11月1日公告)，其中光束吸收器被成型为在吸收室内的锥形螺旋终端。然而，与更简单的空腔相比，这种设计具有相对难以制造和体积大的缺点。
日本专利No.2005337715A(Toshiyasu等人，2005年12月8日公开)中示出了组合波长排斥镜和光束吸收器，其包括在可被配置为吸收的壳体中的波长抑制镜。
发明内容
本发明提供一种示例性使用于非线性频率转换(NLFC)装置中的光分离和吸收元件。与现有技术中的技术不同，本发明满足了对提供高性能波长分离并使来自分离过程的散射光最小化的紧凑装置的要求。尤其是第一光束的高吸收和第二光束的高反射效率。
在NLFC装置中，由光源发射并且可选地由一个或多个光学元件作用的第一光束通过NLFC组件传播并且通过NLFC工艺部分地转换成具有波长与第一光束不同的第二光束。离开NLFC组件的第一和第二光束可以彼此接近或部分或完全在空间上重叠，导致第二光束的光束纯度差，这对于许多应用是不可接受的。本发明提供了用于降低与第二光束重合的第一光束的功率的方法，从而产生更纯的第二光束。
在本发明的一个方面，组合光束，包括第一和第二光束的组合光束入射在包括至少一个第一镜子和光束吸收器的光分离和吸收元件上。所述第一镜子可以配置成使得第一镜子的反射率对于第一光束是低的，并且第一镜子的反射率对于第二光束是高的。优选地，第一镜子的透射率对于第一光束是高的。从第一镜子反射的第二光束的部分在此称为反射的第二光束。通过第一镜子透射的第一光束的部分在此称为透射的第一光束。透射的第一光束入射在光束吸收器上，该光束吸收器吸收透射的第一光束的一部分并反射及散射所述光中的一些成为散射光。这里提到的散射光是最初在透射的第一光束中的光，其已经被光束吸收器反射或散射至少一次。光束吸收器和镜子可以彼此相对设置，使得任何从光束吸收器逸出并且大致在与反射的第二光束相同的方向和空间位置上传播的散射光入射在第一镜子上。这种配置有利于减少来自光束吸收器的散射光的逸出，并因此减少从NLFC装置逸出的散射光的量。
在本发明的另一个方面，第一镜子可以配置成使得第一光束以接近布鲁斯特角的入射角入射在第一镜子上，并且所述光束在第一镜子处的线性偏振大部分是p型的，且第一镜子的反射率可以被配置以提供第一光束的高透射率和第二光束的高反射率。例如，第一镜子可包括多层涂层。多层涂层允许光束的高选择性，随着被反射的第二光束的功率小幅降低，同时强烈减少与反射的第二光束大致相同的方向上被第一镜子反射的第一光束的量。这种配置特别适合于第一光束和第二光束具有正交线性偏振的情况。
在本发明的另一个方面，光束吸收器可以配置成提供入射在第一镜子上的散射光不会透过第一镜子的相对高的概率。这可以通过配置光束吸收器来实现，使得入射到第一镜子上的散射光以与第一镜子对第一光束的反射率相比第一镜子对散射光具有更高的反射率的入射角和线性偏振中的至少其中之一入射具有相对高的概率。例如，光束吸收器的形状可以被配置成使得来自从光束吸收器表面散射至少一次的第一光束的光以高入射角入射在第一镜子上的概率相对较高。可选地或另外地，光束吸收器的表面可以配置成使得入射在第一镜子上的散射光具有s-和p-偏振的偏振比(如s型的功率除以p型的功率)高于入射在第一镜子上的第一光束的所述偏振比。这可以提供散射光透射通过第一镜子且从光束吸收器逸出的有利地低概率。特别地，这可以提供散射光透射通过第一镜子的有利的低概率，如果通过第一镜子传输的散射光将大致在与反射的第二光束相同的方向上传播。
在本发明的另一个方面，第一镜子可以配置成提供入射在第一镜子上的散射光不会透过第一镜子的相对高的概率。这可以通过将第一镜子配置成对散射光具有高反射率，将散射光反射回光束吸收器并减少从光束吸收器逸出的散射光来实现。可以通过使用多层涂层来配置第一镜子的第二表面的反射率。该方面提供了另一个降低散射光从光束吸收器逸出的概率的机会。
在本发明的另一个方面，光束吸收器和第一镜子可以光学接触，即彼此物理接触，从而防止在所述部件物理接触的区域中光束吸收器和第一镜子之间的光传播。这确保了将从光束吸收器传播出的一些或全部散射光必须首先入射在第一镜子上。这有利于减少散射光从光束吸收器中逸出，因为散射光可以通过第一镜子反射回光束吸收器。进一步的优点是通过消除部件之间的任何物理空间，使光分离和吸收元件的物理尺寸最小化。另一个优点是提供有利的简单和低成本的光分离和吸收元件的制造，因为光束吸收器可以配置成为第一镜子提供支撑。
本发明的另一方面利用角度选择性遮光罩来减少散射光在类似于反射的第二光束方向的方向上的传播。光遮蔽装置被配置为允许反射的第二光束无阻碍地通过，但阻挡在反射的第二光束的方向和空间位置上不相似的光。该遮光板有利于减少NLFC装置内的散射光，不仅是光束分离和吸收元件散射的光，而且还有来自装置内的其他部件的。
本发明的优点可包括但不限于：
有效的光束分离，由于自第二光束中有效分离和吸收第一光束的使用。
通过光束分离和吸收元件的第二光束的高透射效率(例如>95％)。
低成本设计，由于使用最少的组件和潜在使用便宜的材料。
紧凑的形式，由于光束分离和吸收元件内的部件的配置。
由于角度和位置选择性光遮蔽装置，减少了NLFC装置中散射光的向前传播。
发射具有频率转换光束的功率除以基本光束(第一光束)的功率的高比率的频率转换光束(第二光束)的NLFC装置。
本发明特别有利于启用通过使用激光二极管产生第一光束的类型1SHG产生深紫外光(波长小于270nm)的紧凑型NLFC装置。需要具有这些性质的波长分离元件，因为对深紫外光谱区域中的光源的需求正在增加。第一和第二光束的分离对于这些装置的功能是重要的。
为了实现前述和相关目的，本发明包括在下文中充分描述并在权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本发明的某些说明性实施例。然而，这些实施例仅表示可以采用本发明原理的各种方式中的一些。当结合附图考虑时，从以下对本发明的详细描述中，本发明的其他目的、优点和新颖特征将变得显而易见。
附图说明
[图1]
图1示出了进入一例举的光束分离和吸收元件的组合光束。
[图2]
图2示出了以入射角θ1入射在第一镜子的表面上的组合光束。
[图3]
图3示出了示例性DBR镜的反射率。
[图4]
图4示出了光束吸收器内部形状和光束吸收器内的光线的光线轨迹的示例性配置。
[图5]
图5示出了对于示例性第一镜子的透射对入射角的依赖性。
[图6]
图6示出了光束吸收器顶表面和光束吸收器底表面之间的角度是θ2的情况。
[图7]
图7示出了图6的示例性光束吸收器的配置的替代视图。
[图8]
图8示出了具有表面纹理的光束吸收器的内表面。
[图9]
图9示出了在第一镜子的第二表面上添加涂层。
[图10]
图10示意性地示出了适用于第一镜子的第二表面的示例性涂层的透射特性。
[图11]
图11示出了完全光学接触的光束吸收器和第一镜子的配置的示意图。
[图12]
图12示出了完全光学接触的光束吸收器和第一镜子的配置的两个透视图。
[图13]
图13示出了光束吸收器上的冷却元件可以如何被定位以提供散热。
[图14]
图14示出了包括孔和光通道的光遮蔽元件可以如何被配置以阻挡一些或所有散射光。
[图15]
图15是从图14的一部分中提取的，并示出了光通道几何形状和角度接收度之间的关系。
[图16]
图16示出了包括两个或更多个孔的光遮蔽元件可以如何被配置以阻挡一些或所有散射光。
[图17]
图17是从图16的一部分中引出的并示出了光通道几何形状和角度接收度之间的关系。
[图18]
图18示出了包括光束分离和吸收元件的示例性NLFC装置。
[图19]
图19示出了包括光束分离和吸收元件以及光遮蔽元件示例性NLFC装置。
[图20]
图20示出了对于如图16所示双层遮光罩，接收角θ如何随纵横比w/l而变化。
附图标记说明
1 光束分离和吸收元件
2 组合光束
2a 向前传播的光束
3 第一光束
3a 透射的第一光束
3b 反射的第一光束
4 第二光束
4a 反射的第二光束
5 第一镜子
5a 一镜子的第一表面
5b 第一镜子的第二表面
6 光束吸收器
6a 光束吸收器的顶面
6b 光束吸收器的底面
7 散射光
7a 混合散射光
8 不透明阻挡材料
9 光通道
10 光束吸收器的内表面
11 第二表面具有涂层的镜子
12 冷却元件
13 激光二极管
14 光学元件
15 NLFC元件(例如β-BBO)
16 滤光器
17 激光
18 输出光束
19 装置壳体
具体实施方式
NLFC装置可包括发光的光源、NLFC组件、在入射到所述NLFC组件上之前作用于光上的一个或多个可选的光学元件、以及光束分离和吸收元件。入射至NLFC组件上的光在本文中称为第一光束。第一光束进入将第一光束中的一些或全部转换成第二光束的NLFC组件。从NLFC组件传播出的第二光束的功率可以比从所述组件传播出的第一光束的功率小得多(例如，低至六个数量级)。因此，经常必须过滤或以其他方式分离两个光束以获得大部分功率来自第二光束的输出光束。
本发明提供一种用于从包括两个光束(例如，第一和第二光束)的组合光束中紧凑且有效地分离光束的分离和吸收元件。本发明特别适用于分离两个正交的光偏振。这种有效的分离包括具有第一光束的高透射率和第二光束的高反射率的分离阶段，以及有效吸收第一透射光束的方式。
在本发明的第一方面，待分离的两个光束入射在第一镜子上。第一光束可以基本透射通过第一镜子且第二光束可以基本被镜子反射。第一光束的透射率(即透过镜子的光的功率除以入射在镜子上的光的功率)优选>50％，更优选>90％，还更优选>99％。第二光束的反射优选>50％，更优选>90％，还更优选>99％。
从第一镜子反射的第二光束的部分作为反射的第二光束传播。光束吸收器可以位于第一镜子附近，使得透过镜子的第一光束的一部分(透射的第一光束)入射在光束吸收器上。光束吸收器可以由诸如铝，锌合金，石墨，钢或不锈钢的材料制成。光束吸收器被配置成吸收入射在光束吸收器上的一些透射的第一光束。优选地，光束吸收器吸收透射的第一光束的至少50％，更优选地>90％，还更优选地>99％。未被光束吸收器吸收的透射的第一光束的一部分可以作为散射光散射。散射光是来自已经被光束吸收器反射或散射至少一次的透射的第一光束的光。光束吸收器和第一镜子可以彼此相对设置，使得从光束吸收器逸出并且大致在反射的第二光束的方向和空间位置传播的任何散射光入射在第一镜子上。因此，第一镜子可以有利地将一些散射光反射回到光束吸收器中，否则该散射光将大致在反射的第二光束的方向上传播。
因此，本发明的一个方面是光束分离和吸收元件。在示例性实施例中，所述元件可包括接收第一光束和第二光束的镜子，并且镜子被配置成透射第一光束并反射第二光束。所述元件还可包括光束吸收器，所述光束吸收器被配置成接收透过镜子的第一光束，并在第一光束透过镜子后吸收第一光束的第一光部分。所述光束吸收器可以将第一光束的第二部分散射成散射光，并且所述光束吸收器和镜子相对于彼此设置，使得至少一部分散射光入射到镜子上。第一和第二光束可以入射至镜子的第一表面上，并且散射光可以入射至与镜子的第一表面相对的镜子的第二表面上。通常，镜子对于入射至镜子的第二表面上的散射光的光的透射率相较于对于入射至镜子的第一表面上的第一光束的光的透射率可以更低，以增强第一和第二光束的分离。
图1示出了本发明的示例性实施例，其示出了入射在光束分离和吸收元件1上的组合光束2。所述组合光束2包括第一光束3和可以在空间上与第一光束3重叠的第二光束4。组合光束2入射在第一镜子5的第一表面5a上。第一表面5a可以被配置为具有到第一光束3的高透射率和对第二光束4的高反射率。透过第一表面5a的第一光束的一部分通过包括第一镜子5的一种或多种材料(优选地对所述光基本透明)，且通过优选地被配置成对所述光具有高透射率的第二表面5b传播。因此，第一光束3基本透射通过第一镜子5作为透射的第一光束3a。第一光束3中的一些可以被第一镜子的第一表面5a和第二表面5b中的一个或两个反射为被统称为反射的第一光束3b的一个或多个光束。
第二光束4基本从第一镜子5被反射为反射的第二光束4a。因此，在作为组合光束4a和3b的向前传播光束2a中，反射的第二光束4a的功率除以反射的第一光束3b的功率的比率显着高于组合光束2中的第二光束4和第一光束3的当量比。优选地，(透射的第一光束3a的功率/第一光束3的功率)的比率>0.99且(反射的第二光束4a的功率/第二光束4的功率)的比率>0.99。
光束吸收器6可以相对于第一镜子5设置，使得透射的第一光束3a在透过第一镜子5之后入射在光束吸收器6上。光束吸收器6被配置为对透射的第一光束3a高度吸收，优选地吸收>90％的入射光，更优选地>99％吸收，使得大部分透射的第一光束3a在与光束吸收器6接触时被吸收。来自透射的第一光束3a的未被光束吸收器6吸收的任何光将作为散射光7从光束吸收器表面反射或散射(透射的第一光束3a的反射和散射分量将统称为散射光7，应理解为可包括镜面反射和非镜面反射分量)。光束吸收器6可以优选地相对于第一镜子5设置，使得将入射在下一个由向前传播光束2a遇到的光学元件上的任何散射光7都入射在第一镜子5的第二表面5b上，更优选地，使得最终将沿着向前传播光束2a的路径或通过替代光学路径传播出NLFC装置的任何散射光7入射在第一镜子5的第二表面5b上。
通过基本透射第一光束3并基本反射第二光束4，光束分离和吸收元件1提供与组合光束2相比在第二光束的纯度方面得到改善的向前传播光束2a。这方面是有利的，因为它允许通过简单的方式有效地分离两个光束。利用用于光束分离和吸收元件的简单元件确保了这种装置的成本和复杂性保持在最小。有利地，向前传播光束2a中的第一光束3的比例可通过最小化可以有助于向前传播光束2a的散射光7来减小。另一个优点是，通过将光束吸收器6放置在第一镜子5附近，光束分离和吸收元件1变得紧凑。
在示例性实施例中，第一光束可以具有第一偏振，第二光束可以具有与第一偏振不同的第二偏振。镜子可以被配置为第一偏振相对于第二偏振具有更高的光的透射率，以及第二偏振相对于第一偏振具有更高的光的反射率。在第一光束3和第二光束4具有基本正交的偏振的情况下，第一镜子可以配置成基于偏振来改善光束分离的有效性。例如，如果>50％，优选地>90％，并且更优选地>99％的第一光束3中的功率在第一偏振方向上线性偏振，则第一镜子5可以被配置为使得第一光束3中的第一偏振方向相对于第一镜子5是p型偏振的。在这种情况下，第一镜子5可以定向成使得第一光束3的显着部分-优选>90％，更优选地>99％-能够透过第一镜子5。
基于偏振的强化分离在图2中示出，其示出了包括以第一入射角θ1入射在第一镜子5上的第一光束3和第二光束4的组合光束2。为了在第一镜子5处获得具有p型偏振的第一光束3的低反射率(Rf)，使用近似等于布鲁斯特角的入射角是有利的。所述布鲁斯特角可以通过以下方式确定：
公式1：
其中θBr是布鲁斯特角，nprop是在所述光束入射到第一镜子5的第一表面5a之前介质中第一光束的折射率，并且ntrans是第一光束通过第一镜子的第一表面5a传播之后介质中第一光束的折射率。如果组合光束2最初在空气或气体中传播，则nprop≒1.0。
当布鲁斯特角条件满足时，p偏振光束的反射率变成接近零(Rf≒0)。因此，反射的第一光束3b的功率显著低于第一光束的功率。
通过减少大致在向前传播光束2a的方向上传播的散射光，可以进一步确保向前传播光束2a关于第二光束的纯度。本发明的这个方面是有利的，因为布鲁斯特角界面是光学系统中相对简单和便宜的元件，使得该实施例相对于诸如偏振器的更昂贵的元件具有商业优势。布鲁斯特角界面还可以稳健地抵抗可能会损坏光学涂层的高功率光束的损坏。
在另一方面，在第一光束3和第二光束4在偏振和波长上分离的情况下(例如，作为类型1SHG的结果)，第一镜子5可以以布鲁斯特角对准且具有配置为使第二光束4的反射最大化的涂层。例如，分布式布拉格反射器(DBR)涂层可以在特定波长的界面上提供>99％的反射率。因此，第一光束3中的p偏振光可以通过利用布鲁斯特角透射通过第一镜子5，且包括第二波长的s偏振光的第二光束4可以以高反射系数反射。
图3示出了在一个示例中DBR镜子对于入射角＝56°，波长在190-460nm范围内的反射率；可以看出，在λ＝220nm附近的波长处的s偏振光的反射率高，在λ＝440nm附近的p偏振光的反射率低。诸如此类的高反射率涂层是有利的，因为它确保了波长分离和吸收元件1中的第二光束4的光学损失最小化。这是非常重要的，因为在NLFC装置中产生的第二光束通常比第一光束低许多个数量级的功率，因此非常不期望有损耗。
在示例性实施例中，第一光束可以以第一入射角入射在镜子的第一表面上。光束吸收器可以配置成使得至少一部分散射光以不同于第一入射角的第二入射角入射到镜子的第二表面上。与第一入射角相比，对以所述第二入射角入射的所述散射光的光，所述镜子的透射率更低。
特别地，第二入射角可以在与由镜子反射的第二光束的方向大致相同的传播方向上，以使镜子不会透射散射光，否则该散射光会与反射的第二光束重叠的。与反射的第二光束重叠的散射光可以被定义为包括在与反射的第二光束的光路上的任何后续点处的第二反射光束相同的空间位置中的散射光的任何分量。
在本发明的另一方面，如图4所示，光束吸收器6可以配置成以使入射在第一镜面上的大部分散射光7在第一镜子5处具有不同于第一镜子5上的第一光束3的入射角的入射角。例如，这可以通过以下至少一个的配置来获得：光束吸收器的内部形状；和/或光束吸收器中的一种或多种材料以及所述材料的表面纹理。本发明的这个方面是有利的，因为不需要额外的元件就可以减少来自光束吸收器的散射光的逃逸。
第一镜子5可以被配置为基本上透射以第一入射角入射在第一镜子5上的第一光束3。这样的一个不被期待的结果是，以所述入射角入射在第一镜子5上的散射光7可以基本透过所述第一镜子5。根据本发明的这个方面，光束吸收器被配置成以使入射在第一镜子上的大部分散射光7在第一镜子5处具有不同于第一入射角的入射角。散射光的分数可以大于20％，优选大于50％，最优选大于90％。
此外，第一镜子可以配置成使得以不同于第一入射角的入射角入射在第一镜子上的散射光的透射低于具有等于第一入射角的入射角的散射光的透射。图5示出了对于示例性第一镜子的透射对入射角的依赖性。对于沿传播通过镜子的任一方向(即入射在第一镜子的第一表面5a上或第二表面5b上)的光，这种透射是相同的。图中示出了对于不同的入射角通过镜子的具有s型和p型偏振的光的透射。该实施例是为了沉积在UV熔融石英衬底上的DBR镜且应用于大约440nm的波长(即，如实施例1中更详细地解释的)，但在此处被介绍是为了说明适当配置的第一镜子的一般特征。入射在第一镜子上的第一光束3具有约等于布鲁斯特角的第一入射角；在本实施例中，中大约为56°。第一光束中的p偏振光通过第一镜子5的透射非常高，这有利于第一光束有效地传输到光束吸收器。
光束吸收器被配置成使得入射在第一镜子上的大部分散射光7具有不同于第一入射角的入射角。结合具有如图5所示配置的反射率的第一镜子，通过第一镜子的散射光的透射有利地低，因为对于不同于第一入射角的入射角，通过镜子的光的透射低于对于等于第一入射角的入射角的。
通过所述第一镜子的散射光的有利地低的透射率导致有利地高的比例的散射光在第一镜子处被反射并因此保留在光束吸收器6内。例如，在80°入射角处，p偏振光透射率约为60％，而第一入射角约为56°时为99％。
在优选示例中，光束吸收器的形状可以被配置为确保在光束吸收器的一个或多个表面处在近似镜面方向上散射或反射并且最终入射在第一镜子上的散射光以大于第一入射角的入射角入射到第一个镜子。如果光束吸收器内的涂层劣化，在近似镜面方向上的大多数反射或散射可能是特别相关的。
例如，光束吸收器的第一表面可以相对于光束吸收器的第二表面成锐角。图6和7中示出了示例性的光束吸收器的形状。图6示出了示例性配置，其中，对于组合光束2和第一镜子5之间的第一入射角θ1＝56°，光束吸收器顶部(第一)表面6a和光束吸收器底部(第二)表面6b之间的角度是θ2＝16°。图7示出了图6的光束吸收器6和第一镜子5的配置的替代视图。可以看出，光束吸收器6的内部轮廓的横截面是正方形或矩形，底表面6b朝向顶表面6a向上倾斜。
请返回参考图4，其示出了与图6和7相类似的光束吸收器形状，图4示出了通过光学射线跟踪模拟计算的这种光束吸收器中的单个光线的轨迹。跟踪多条光线表明，对于光束吸收器内表面的这种配置，大约40％的散射光7以76°入射到镜子上，其他60％在入射角36°和68°之间大致相等地分离。请返回参考图5，可以看出，与布鲁斯特角(56°)相比，所有这些入射角的传输减少，但是特别地，在76°的传输仅是布鲁斯特角的传输的约70％。
图6和7仅示出了具有制造相对简单的优点的光束吸收器6的内部形状的一种可能选择。然而，光束吸收器的内表面有许多可能的构造，其将满足本发明的这个方面。
因此，所描述的配置提供了第一光束通过第一镜子5的有利地高透射率，以及通过所述镜子的散射光7的有利地低透射率。
光束分离还可以在进一步偏振的基础上被增强。在示例性实施例中，第一光束可以入射在具有第一偏振的镜子的第一表面上。光束吸收器可以配置成使得散射光的至少一部分以不同于第一偏振的第二偏振入射在镜子的第二表面上，并且与第一偏振相比，镜子对于散射光的光的透射率在第二偏振更低。例如，光束吸收器可以具有有表面纹理的内表面，该表面纹理将入射在该表面纹理上的光的一部分从第一偏振变为第二偏振。
在本发明的该另一方面中，如例如图8中所示，光束吸收器6的内表面10可以配置成使得入射在第一镜子5上的散射光7平均具有不同的光功率分数值，其中s型线性偏振除以光的总功率，而不是入射在第一镜子上的第一光束的等效分数。
光束吸收器的内表面10可以配置成使得具有第一偏振分数(即，具有s型偏振的光的功率除以光的总功率)的入射光(即，入射在内表面上的光)散射为偏振分数不同于第一偏振分数的散射光。例如，一些或所有内表面10可以配置有引起偏振分数变化的纹理。图8示出了这种实施例，其中示意性地示出了光束吸收器6的内表面10具有表面纹理。包括尺寸接近或小于入射光波长的特征的表面纹理(例如粗糙)对于改变入射光和散射光之间的偏振分数特别有效。
在第一光束3相对于第一镜子基本上是p偏振,并且光束吸收器6的内表面10根据该方面配置的示例中，入射在第一镜子5上的散射光，相较于入射在第一镜子上的第一光束的等效分数，在第一镜子处具有较高的s型偏振功率的偏振分数除以总功率。离开光束吸收器6的内表面10的多个散射现象将进一步增加入射在第一镜子上的散射光7中的s偏振分量。例如，如果第一光束3包括具有≤总功率的1％的s偏振分量的光，从光束吸收器内表面10的散射增加了入射在第一镜子上的散射光7的s偏振除以总功率到>1％。优选地，该分数增加到入射在第一镜子上的散射光7中的功率的大约50％。
第一镜子5可以配置成使得入射在第一镜子上的散射光的透射率低于通过第一镜子的第一光束的透射率，这是由于s型偏振光的分数的变化。例如，配置成反射率对于s偏振光比对于p偏振光更高的镜子适合于当前实施例。具有图5中所示的透射率的镜子(如在前一方面的描述中所介绍的)是合适的实施例。如果第一光束3大部分是p偏振的，则对于第一入射角约为56°的，通过具有图5所示特性的第一镜子的透射率是非常高；对于第一镜子处的散射光的几乎所有角度的入射角,入射在第一镜子上的具有较高s型偏振分量的散射光透射得更少。因此，s偏振光更可能被获取并最终被吸收在光束吸收器6内部，并且在反射的第二光束的近似方向和空间位置上散射光的传播有利的小。
高散射要求光束吸收器10的内表面是固有地散射-通过粗糙或其他纹理化表面-或通过包含散射涂层。合适表面的实例包括：形成在铝、钢或不锈钢上的阳极化层(可选地包括阳极化层中的染料)；硅；石墨涂层；以及吸收性玻璃(即吸收部分或全部光线的玻璃)。
在本发明的另一方面，如图9所示，第一镜子5的第二表面5b可以配置成进一步改善光束分离和吸收元件的有效性。例如，第二表面5b可以包括被配置为减少入射在镜子的第二表面上的散射光的透射的涂层11。如果涂层11被包括在第一镜子5b的第二表面上，则可以减少散射光7通过第一镜子的透射，其中涂层配置成减少入射在镜子第二表面上的散射光7的透射。涂层11可以被配置为由于散射光的偏振或入射角中的至少一个而减少散射光的透射。
对于第一光束3的偏振和对于等于第一入射角的入射角，合适的涂层对第一光束3具有高透射率(如对于第一表面5a；例如优选>99％)，以及对于入射角不同于第一入射角和/或偏振不同于第一镜子处的第一光束的偏振的散射光7，具有低透射率。多层光学涂层可以被适当地配置。在第二表面5b上使用涂层11的特定优点是，与第一镜子5的第一表面5a不同，涂层11不需要也具有反射第二光束的功能。因此，涂层11的设计比第一表面的配置具有更少的约束，涂层11因此可以设计成提供有利地低的散射光7的透射率。
在第二表面5b上涂层11的使用对于SHG装置的示例特别相关，其中基本光(第一光束)包括400～600nm范围内的波长，以及频率转换光(第二光束)包括200～300nm范围内的波长。在这种情况下，第一镜面必须对波长在200～300nm范围内的光具有高反射率，对波长为400～600nm的光具有高透射率。相对较少的光学材料适合于波长为200～300nm(特别是波长为200～240nm)提供高反射率的镜子，因此有必要使用也不能提供散射光7的最低透射率的材料和设计。例如，对于波长为200～240nm的具有高反射率的镜子可以使用多层耐久的氟化物材料制造，但是在裂缝发生之前可能沉积在表面上的耐久的氟化物材料的总厚度很小；因此，不可能生产可以为散射光7提供低透射率的复杂的多层镜子。相反，第二表面5b上的涂层11仅需要具有400～600nm范围内的波长的功能，因此可以设计成为第一光束提供非常高的透射率，并且为散射光提供低透射率(例如，基于散射光的偏振和散射光的入射角中的至少一个)。图10示出了这种涂层对于第一光束的波长的透射特性的示例性实施例；在第一入射角为56°的情况下该涂层是合适的。应该注意的是，图10中涂层的性能是非常有利的；更不完美的透射率或透射角度的范围仍然是有利的并且在本发明的范围内。
在另一个示例中，涂层11可以被配置为通过第一镜子5的第二表面5b提供第一光束3的高透射率。
在另一个示例中，如在全文中描述的第一和第二表面的配置可以互换，使得本文归于第一表面的配置用于第二表面，反之亦然。
在本发明的另一方面，第一镜子5和光束吸收器6可以至少部分地彼此光学接触，即彼此物理接触，从而减少或防止在所述元件物理接触的区域中，从光束吸收器和第一镜子之间的光束分离和吸收元件射出的散射光的传播。光束吸收器和第一镜子可以部分光学接触，由此光束吸收器的一些但不是全部开口与第一镜子光学接触。可选地，光束吸收器和第一镜子可以完全光学接触，由此光束吸收器的开口通过与第一镜子的光学接触而完全密封。在图11和12中示出了该方面的一个实施例，其中第一镜子与光束吸收器完全光学接触。这种配置使能够从光束吸收器6逸出的散射光7最小化，因为可能从光束吸收器逸出的所有散射光7入射在第一镜子5上且可以被反射回到光束吸收器中。
这方面具有装置小型化的优点，因为光束吸收器和第一镜子在物理接触时需要尽可能小的空间。另一个优点是在光分离和吸收元件的制造中，因为光束吸收器可以被配置为为第一镜子提供机械支撑，进一步减少了对附加元件的需求。该方面的另一个优点是已知光束吸收器的表面会随着时间的推移而劣化，特别是如果入射在表面上的光具有高功率。劣化的表面的实例包括石墨以及铝或钢上的阳极化涂层。如果第一镜子和光束吸收器完全光学接触，则第一镜子将防止NLFC装置中的其他组件的污染，因为由于光束吸收器的劣化而释放的任何气体或微粒被第一镜子密封在光束吸收器中。
图13中示出了本发明的另一方面，其中冷却元件12被提供于光束吸收器6上以散热。如在NLFC装置中使用的激光源可以发射具有高光学功率的光。特别是当以连续波(cw)模式操作时，光束吸收器中的热量积聚是不可忽略的，并且可能需要主动管理。举例来说，至少1W的光功率可以入射在光束吸收器上。
冷却元件12的添加增加了光束吸收器6的表面积以允许比来自形成有较小表面积的光束吸收器(例如圆柱形或长方体形状)更有效的散热。当与本发明的前一方面(光束吸收器的配置的内部形状)结合时，这方面是特别有利的，因为冷却翅片的添加不需要增加光束吸收器的整体轮廓，从而将物理尺寸保持在最小。冷却优点可以赋予本发明需要光束吸收器的任何方面。
本发明的另一方面利用一个或多个角度选择性光遮蔽元件，其被被配置以阻挡在与包括由镜子反射的第二光束的向前传播光束的方向大致相同的方向和空间位置传播的一些或所有散射光。参考图4中的实施例介绍了该方面。混合散射光7a可以源自光束分离和吸收元件内，或源自第一光束3或组合光束2遇到的任何元件。角度选择性光遮蔽元件被配置为允许向前传播的光束2a除了阻挡以外无阻碍通过，并且优选地吸收，在向前传播光束4a的方向和空间位置上不相似的散射光。优选地，否则将导致来自NLFC装置的散射光的光发射的任何散射光被角度选择性光遮蔽元件阻挡。
图14中示出了角度选择性光遮蔽元件的一个实施例，其中角度选择性光遮蔽元件包括阻挡散射光的不透明材料的光遮蔽层8，以及光通道9，也由不透明材料构成，其限定了被配置成允许向前传播的光束2a无阻碍通过的光路。
光通道9的角度接受度Φ可以由通道宽度w与长度l的纵横比来控制。这在图15中描述并示出，假设通道形成角度使得壁与向前传播的光束2a平行，则Φ被定义为；
公式2：
其中
图16中示出了另一示例性角度选择性光遮蔽元件，其中光遮蔽包括两(或更多)层8不透明材料，每个层8具有孔以允许向前传播的光束无阻碍通过。通过分离光遮蔽层8，可以使光遮蔽的角度接受度具有高选择性。这实施例是有利的，因为通道壁的缺乏降低了混合散射光7a在通道内散射的概率。
角度接受度Φ可以以与光通道类似的方式通过孔径宽度w与层间距l的纵横比来控制。对于两层光遮蔽的示例，在光遮蔽层之间没有光学组件，否则将阻挡或转移向前传播的光束或混合的散射光7a，并且假设孔被定位成使得向前传播的光束2a通过每个孔的中心，Φ定义为；
公式3：
其中
且
其中θ是向前传播的光束相对于光遮蔽板的角度，如图17所示。
本发明的这个方面是有利的，因为遮光罩可以限制来自第一光束3，组合光束2或透射的第一光束3a所遇到的NLFC装置中的任何组件的散射光。然而，特别地，当与第一镜子减少从光束吸收器逸出到大致向前传播光束的方向和空间位置的散射光的要求相结合时，角度选择性光遮蔽元件提供了强大的优势。在这种情况下角度选择性光遮蔽元件提供散射光的角度选择性，这意味着从光束吸收器直接逸出的更少的散射光可以传播经过光遮蔽。当与控制光束吸收器如何相对于第一镜子设置的这些方面结合时，这然后具有更大的能力来进一步减少射出NLFC装置的混合散射光7。
以下实例描述了包括上述光束分离和吸收元件的非线性频率转换(NLFC)装置的示例性实施例。通常，在示例性实施例中NLFC装置可包括发射第一光束的光源、将第一光束的一部分转换为第二光束的NLFC元件，其中第一和第二光束具有不同的波长(即，NLFC元件执行频率转换处理以将第一光束的一部分转换为第二光束)，以及根据任何实施例的光束分离和吸收元件。第一和第二光束入射在光束分离和吸收元件上，并且从光束分离和吸收元件传播的向前光束相对于入射在光束分离和吸收元件上的第一光束的功率具有减小的第一光束的功率。
(示例1：具有光束分离和吸收元件的NLFC装置)
具有光束分离和吸收元件的示例性NLFC装置的实施例1在图18中示出，其示出了从激光器13发射的激光17。激光器13可以发射峰值波长在400nm和600nm之间的光，并且可以是包括AlyInxGazN材料的激光二极管。对于该实施例的其余部分，激光器13是包括AlyInxGazN材料的激光二极管，其被配置为发射波长大约为440nm的激光。激光17可以传播通过一个或多个光学元件14(例如，一个或多个透镜)，其聚焦激光使得当光束朝向NLFC元件15传播时激光会聚在光束的至少一个平面中。NLFC元件15被配置为为激光17提供频率转换。在本实施例中，NLFC元件15被配置为提供激光17的SHG。激光17是SHG工艺中的基本光；一些激光17被转换成波长等于基本光的波长的一半的转换光(即转换光的波长约为220nm)。对于波长λ≒440nm的激光17，NLFC元件15的合适选择是配置用于相位匹配的1型SHG的β-BaB2O4(“β-BBO”)。注意，在整个本文中，波长是指在真空中传播的光。
如图18的特写部分所示，未在NLFC元件中频率转换的激光17作为第一光束3传播出NLFC元件。转换后的光作为第二光束4传播出NLFC元件。组合光束2包括第一光束3和第二光束4。
对于大部分β-BBO中SHG，转换光的功率通常显着低于基本光中的功率。例如，在基波波长为440nm(功率＝P440nm)，转换波长为220nm(功率＝P220nm)，且P440nm≒1W的情况下，典型值为P220nm/P440nm≒10-4。
对于220nm波长激光的许多应用，转换为基波波长的功率比，P220nm/P440nm，需要>>1，优选>103，更优选>104，还更优选>106。因此，离开β-BBO NLFC元件15的组合光束2中的比率P220nm/P440nm必须显着增加，以～108倍。这是通过将应用滤波级于组合光束2来实现的。
许多光源的进一步要求，不仅仅是那些利用NLFC元件产生输出，系统的物理尺寸必须尽可能小；光学元件的小型化是满足尺寸或重量规格的常见工业要求。这些实施例说明了所有这些要求是如何通过使用紧凑且有效的波长分离作为滤波过程的一部分来实现。然后，得到作为结果的输出光束18并具有所需的功率比P220nm/P440nm。
光束分离和吸收元件1在离开NLFC元件之后作用在组合光束2上。光束分离和吸收元件包括根据任何实施例的第一镜子5和光束吸收器6。可选地，诸如透镜的光学元件可以放置在NLFC元件和光束分离和吸收元件之间的光路中。在该位置不包括透镜元件的优点在于，离开NLFC元件的组合光束是发散的，并且这种发散可以有利地影响光束吸收器内的散射光的散射角。
如上所述，组合光束包括第一和第二光束。第一光束基本上或完全是单一偏振；通常地第一光束中至少99％的功率具有相同的偏振。与第一光束的偏振正交的第二光束基本上或完全是单一偏振(通常地至少99％的功率具有相同的偏振)。
第一镜子5包括具有第一表面5a和第二表面5b的薄平行板。板的厚度(即第一和第二表面之间的距离)可以在0.01mm和10mm之间，优选地约为1mm。组合光束2入射在第一表面5a上，使得第一光束的多数偏振相对于第一表面是p偏振的，并且入射角θ1近似等于布鲁斯特角。第一镜子5包括在第一镜子第一表面处为了p型偏振光支持布鲁斯特型反射的材料。在当前实施例中第一镜子包括UV熔融石英且布鲁斯特角约为56°。包含在第一镜子中的其他合适材料包括二氧化硅，硅，PMMA，含氟聚合物和其他塑料。
第一镜子的第一表面5a配置有涂层以为s偏振的第二光束(λ≒220nm)提供大于50％且优选大于99％的反射率，并且为p偏振的第一光束(λ≒440nm)提供大于99％，优选大于99.9％的透射率。在本实施例中第一表面5a包括耐久氟化物材料的堆叠多层，例如包括氟化镧(LaF3)和氟化镁(MgF2)，但是其他合适的材料可以被额外地使用或者替代这些材料以获得类似的反射率。
对于图18中具体示出的本实施例，第一镜子5的第二表面5b不包括上述涂层。图5中的曲线图示出了λ≒440nm光通过本实施例的第一镜子的典型透射，且图3示出了入射角＝56°的光的波长行为。在另一个变更例中，第一镜子的第二表面5b可包括上述的这种涂层。这可以是有利的，例如第二表面5b可以被配置为对于s偏振散射光提供比第一镜子第一表面5a上的涂层更高的反射率并且，或者可选地，对布鲁斯特角的一些角度以外的入射角的高反射率。第二个表面不需要为λ≒220nm光提供反射率，因此在选择材料和第二个表面涂层的设计方面有更大的设计和制造自由度。例如，第二表面涂层可包括SiO2和Si3N4的多层。
光束吸收器6包括具有空腔的壳体以接收进入的透射的第一光束3a。在当前实施例中光束吸收器6的内表面10是阳极化铝表面，其中阳极化涂层包括黑色染料以促进透射的第一光束3a的吸收。内表面被配置成吸收大部分入射透射的第一光束3a，因此透射的第一光束中的大部分功率在光束吸收器中转换成热量。未被吸收的光是散射光7。第一镜子5相对于光束吸收器6设置使得在与反射的第二光束4a大致相同的方向和空间位置传播的任何散射光入射在第一镜子上。
当沿组合光束的光路测量时，光束分离和吸收元件可以优选地定位在距离NLFC元件<10mm，且更优选地<5mm。光束吸收器和第一镜子将优选地设置成确保垂直于反射的第二光束被定向并且沿反射的第二光束的光路测量的距离第一镜子20mm的平面上，将要入射到第二光束的中心的1mm半径内的平面上的散射光入射到第一镜子第二表面。在这种情况下，将入射在平面上的散射光被定义为当它透过第一镜子时将入射在平面上的光。在这种情况下，将要入射在平面上的散射光被定义为当它透射穿过第一镜子时将入射在平面上的光。更优选地，入射在反射的第二光束的中心的2mm半径内的散射光，甚至更优选地入射在反射的第二光束的中心的3mm半径内的散射光，入射在第一镜子的第二表面。最优选地，光束吸收器和第一镜子将被设置成确保没有来自光束吸收器的散射光能离开NLFC装置，不论是沿着反射的第二光束的路径或通过其他路径。
在第一镜子的第一光束3的反射率<0.1％的情况下，与组合光束相比，向前传播的光束中的440nm光的功率减小。
组合光束：P220nm/P440nm＝10-4
向前传播光束：P220nm/P440nm＝10-1
第一镜子可选地设置成与光束吸收器光学接触，从而确保在光束吸收器内散射的任何光在离开光束吸收器之前必须入射在第一镜子上。
光束吸收器的内表面可选地进一步配置成使得入射在第一镜子上的任何散射光的平均偏振(在从光束吸收器的内表面散射或反射至少一次之后)比入射在第一镜子上的第一光束的偏振具有更高的s-型偏振分数。第一镜子第二表面5b可以配置有高反射涂层以反射入射在第一镜子第二表面上的较高比例的该散射光。合适的涂层包括多层涂层。因此，从光束分离和吸收元件1逸出的散射光被减少。
除了系统中的散射光之外有利的减少之外，还需要光束吸收器和第一镜子之间的光学接触以最小化容纳两个元件所需的空间和组件。
利用实施例1的配置，前向传播光束2a中的P220nm/P440nm的比率可以通过用于过滤从来自光束分离和吸收元件传播的向前光束的第一光束的光的另外的滤波级16被改善到期望的结果。
(示例2：具有包括光遮蔽元件的光束分离和吸收元件的NLFC装置)
在具有光束分离和吸收元件的NLFC装置的另一个例子中，如图19所示，通过增加角度选择性光遮蔽元件NLFC装置中的散射光进一步减少。如图19所示，在本实施例中第一镜子5和不透明阻挡材料8的光遮蔽层之间，或者在遮光罩的层之间没有光学组件，但是这不一定是这种情况。例如，遮光罩的两层可以是滤光器16的任一侧或诸如镜子的其他组件。或者，诸如滤光器和/或镜子之类的其他光学元件可以在从第一镜子5到光遮蔽层的传播之间作用于向前传播的光束。
在本实施例中，角度选择性光遮蔽元件包括两个不透明材料8的光遮蔽层，例如在两侧具有阳极化涂层的铝层。NLFC装置封装在合适的装置壳体19中，并且不透明阻挡材料8的光遮蔽层被配置成将壳体的内部空间的一侧与另一侧完全隔开(典型的壳体尺寸将约为5-50cm3，但可能超出该范围)。在这个实施例中遮光罩位于镜子5之后，滤光器16之前，并且光遮蔽层中的仅有的孔是向前传播的光束2a从层的一侧到另一侧无阻碍地通过所需的那些。
光遮蔽层中的孔宽w必须足够宽以允许光束2a传播通过。通常，该宽度是光束的FWHM的1-5倍。在本实施例中，在β-BBO NLFC元件15中产生λ转换≒220nm的1型SHG装置在离开NLFC元件之后不久具有宽度<1mm的光束，因此合适的孔径范围将是1-5mm。
遮光罩的层分离可以随后通过遮光罩的所需角度接收角来确定，其可以根据上面的等式计算。例如，如果遮光罩与θ＝0°对齐(见图17)并且角度接收度为(φ1+φ2)＝10°，则纵横比必须为～0.09，并且对于W＝2mm，l＝23mm。角度接收度和纵横比w/l都随θ变化，如图20所示。如果θ＝60°，则对于(φ1+φ2)＝10°纵横比必须为～0.33，并且对于w＝2mm，l＝6mm。因此，对于双层遮光罩，θ可以用于帮助选择给定纵横比w/l的接收角度，或者使遮光罩所需的整体空间更小或更大(例如将光遮蔽层安装在NLFC装置内的其他组件周围)。
因此，本发明的一个方面，是一种光束分离和吸收元件。在示例性实施例中，所述光束分离和吸收元件可以包括：接收第一光束和第二光束的镜子，并且所述镜子被配置为透射所述第一光束并反射所述第二光束；以及用于接收透过所述镜子的所述第一光束的光束吸收器，并在所述第一光束透射所述镜子后吸收所述第一光束的第一光部分。所述光束吸收器将所述第一光束的第二部分散射成散射光，并且所述光束吸收器和所述镜子相对于彼此设置，使得所述散射光的至少一部分入射到所述镜子上。所述光束分离和吸收元件可以单独地或者组合地包括一下特征中的一个或多个。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述光束吸收器被定位成使得与所述反射的第二光束重叠的所述散射光的一部分入射在所述镜子上。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述第一光束具有第一偏振，所述第二光束具有不同于所述第一偏振的第二偏振；以及所述镜子被配置为相对于所述第二偏振对所述第一偏振的光具有更高透射率，以及相对于所述第一偏振对所述第二偏振的光具有更高反射率。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述镜子被定位成使得所述第一光束以布鲁斯特角入射在所述镜子上。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述第一和所述第二光束入射在所述镜子的第一表面上，并且所述镜子的所述第一表面具有配置成使所述第二光束的反射最大化的涂层。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述第一和第二光束入射在镜子的第一表面上，并且所述散射光入射在与所述镜子的第一表面相对的所述镜子的第二表面上；以及与入射在所述镜子的第一表面上的所述第一光束的光的透射率相比，所述镜子对于入射在所述镜子的第二表面上的所述散射光的光的透射率更低。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述第一光束以第一入射角入射到所述镜子的第一表面上；所述光束吸收器被配置成使得所述散射光的至少一部分以不同于所述第一入射角的第二入射角入射到所述镜子的第二表面上；以及与所述第一入射角相比，对以所述第二入射角入射的所述散射光的光，所述镜子的透射率更低。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述第二入射角与由所述镜子反射的所述反射的第二光束的方向大致在同一传播方向上，使得所述散射光与所述反射的第二光束重叠。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述光束吸收器被成型使得在所述光束吸收器的一个或多个表面处以镜面方向散射的所述散射光的一部分以不同于所述第一入射角的第二入射角入射到所述镜子的第二表面上；以及与所述第一入射角相比，对以所述第二入射角入射的所述散射光的光，所述镜子的透射率更低。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述光束吸收器的第一表面相对于所述光束吸收器的第二表面形成锐角。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述第一光束入射到具有第一偏振的所述镜子的所述第一表面上；所述光束吸收器被配置成使得所述散射光的至少一部分以不同于所述第一偏振的第二偏振入射在所述镜子的所述第二表面上；以及与所述第一偏振相比，所述镜子对于具有所述第二偏振的所述散射光的透射率较低。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述光束吸收器具有内表面，所述内表面具有表面纹理，所述表面纹理将由所述表面纹理散射的光的一部分从第一偏振变为第二偏振。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，其中,所述镜子的第二表面具有被配置以减少入射在所述镜子的第二表面上的散射光的透射的涂层。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述镜子和所述光束吸收器至少部分地彼此光学接触，以减少散射光从所述镜子和所述光束吸收器之间的光束分离和吸收元件射出的传播。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述镜子和所述光束吸收器完全地相互光学接触。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述光束吸收器包括用于散热的冷却元件。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述元件进一步包括被配置以阻挡从所述光束吸收器沿与由所述镜子反射的所述反射的第二光束的方向大致在同一传播方向上传播的散射光，使得所述散射光与所述反射的第二光束重叠。
在所述光束分离和吸收元件的示例性实施例中，所述光遮蔽元件包括阻挡所述散射光的遮光层材料，以及限定用于传播包括所述反射的第二光束的向前光束的光路的光通道。
本发明的另一个方面是一种非线性频率转换(NLFC)装置。在示例性实施例中，所述NLFC装置包括：发射第一光束的光源，NLFC组件，其将第一光束的一部分转换为第二光束，其中所述第一和第二光束具有不同的波长，以及根据任何一个实施例的光束分离和吸收元件；其中所述第一和第二光束入射在光束分离和吸收元件上，并且从所述光束分离和吸收元件传播的向前光束相对于入射在所述光束分离和吸收元件上的第一光的功率具有减小的所述第一光束的功率。所述NLFC装置进一步包括滤光器元件，其用于过滤从光束分离和吸收元件传播的向前光束的第一光束的光。
尽管已经关于某个实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员在阅读和理解本说明书和附图时可以想到等同的改变和修改。特别是关于由上述元件(部件，组件，装置，组合物等)执行的各种功能，用于描述这些元件的术语(包括对“方法”的引用)旨在对应，除非另有说明，对于执行所述元件的指定功能的任何元件(即，功能上等同的)，即使在结构上不等同于在本发明的示例性实施例或实施例中执行该功能的所公开的结构。另外，虽然上面仅针对若干实施例中的一个或多个描述了本发明的特定特征，这样的特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征组合，其对于任何给定或特定应用可能是被期望的和有利的。
(相关申请的交叉引用)
本申请要求2016年7月13日提交的美国申请No.15/208,980的优先权，其内容通过引用结合于此。
[工业适用性]
根据本发明的波长分离和吸收元件可以用于使用NLFC的光源，例如紫外光源。所述光源可以用作荧光传感器或吸收传感器中的光源。

Claims (20)

1.一种光束分离和吸收元件，包括：
镜子，其接收第一光束和第二光束，并且所述镜子被配置为透射所述第一光束并反射所述第二光束；以及
光束吸收器，其用于接收透过所述镜子的所述第一光束，并在所述第一光束透射所述镜子后吸收所述第一光束的第一光部分；
其特征在于：所述光束吸收器将所述第一光束的第二部分散射成散射光，并且所述光束吸收器和所述镜子相对于彼此设置，使得所述散射光的至少一部分入射到所述镜子上。
2.如权利要求1所述的光束分离和吸收元件，其特征在于:所述光束吸收器被定位成使得与所述反射的第二光束重叠的所述散射光的一部分入射在所述镜子上。
3.如权利要求1-2中任意一项所述的光束分离和吸收元件，其特征在于：
所述第一光束具有第一偏振，所述第二光束具有不同于所述第一偏振的第二偏振；以及
所述镜子被配置为相对于所述第二偏振对所述第一偏振的光具有更高透射率，以及相对于所述第一偏振对所述第二偏振的光具有更高反射率。
4.如权利要求3所述的光束分离和吸收元件，其特征在于:所述镜子被定位成使得所述第一光束以布鲁斯特角入射在所述镜子上。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的光束分离和吸收元件，其特征在于:所述第一和所述第二光束入射在所述镜子的第一表面上，并且所述镜子的所述第一表面具有配置成使所述第二光束的反射最大化的涂层。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的光束分离和吸收元件，其特征在于:所述第一和第二光束入射在所述镜子的第一表面上，并且所述散射光入射在与所述镜子的第一表面相对的所述镜子的第二表面上；以及
与入射在所述镜子的第一表面上的所述第一光束的光的透射率相比，所述镜子对于入射在所述镜子的第二表面上的所述散射光的光的透射率更低。
7.如权利要求6所述的光束分离和吸收元件，其特征在于：
所述第一光束以第一入射角入射到所述镜子的第一表面上；
所述光束吸收器被配置成使得所述散射光的至少一部分以不同于所述第一入射角的第二入射角入射到所述镜子的第二表面上；以及
与所述第一入射角相比，对以所述第二入射角入射的所述散射光的光，所述镜子的透射率更低。
8.如权利要求7所述的光束分离和吸收元件，其特征在于：
所述第二入射角与由所述镜子反射的所述反射的第二光束的方向大致在同一传播方向上，使得所述散射光与所述反射的第二光束重叠。
9.如权利要求7-8中任意一项所述的光束分离和吸收元件，其特征在于：所述光束吸收器被成形使得在所述光束吸收器的一个或多个表面处以镜面方向散射的所述散射光的一部分以不同于所述第一入射角的第二入射角入射到所述镜子的第二表面上；以及
与所述第一入射角相比，对以所述第二入射角入射的所述散射光的光，所述镜子的透射率更低。
10.如权利要求9所述的光束分离和吸收元件，其特征在于：所述光束吸收器的第一表面相对于所述光束吸收器的第二表面形成锐角。
11.如权利要求6-10中任意一项所述的光束分离和吸收元件，其特征在于:
所述第一光束入射到具有第一偏振的所述镜子的所述第一表面上；
所述光束吸收器被配置成使得所述散射光的至少一部分以不同于所述第一偏振的第二偏振入射在所述镜子的所述第二表面上；以及
与所述第一偏振相比，所述镜子对于具有所述第二偏振的所述散射光的透射率较低。
12.如权利要求11所述的光束分离和吸收元件，其特征在于：所述光束吸收器具有内表面，所述内表面具有表面纹理，所述表面纹理将由所述表面纹理散射的光的一部分从第一偏振变为第二偏振。
13.如权利要求6-12中任意一项所述的光束分离和吸收元件，其特征在于：所述镜子的第二表面具有被配置以减少入射在所述镜子的所述第二表面上的散射光的透射的涂层。
14.如权利要求1-13中任意一项所述的光束分离和吸收元件，其特征在于：所述镜子和所述光束吸收器至少部分地彼此光学接触，以减少散射光从所述镜子和所述光束吸收器之间的所述光束分离和吸收元件射出的传播。
15.如权利要求14所述的光束分离和吸收元件，其特征在于：所述镜子和所述光束吸收器完全地相互光学接触。
16.如权利要求1-15中任意一项所述的光束分离和吸收元件，其特征在于：所述光束吸收器包括用于散热的冷却元件。
17.如权利要求1-16中任意一项所述的光束分离和吸收元件，其特征在于：进一步包括被配置以阻挡从所述光束吸收器沿与由所述镜子反射的所述反射的第二光束的方向大致在同一传播方向上传播的散射光，使得所述散射光与所述反射的第二光束重叠。
18.如权利要求17所述的光束分离和吸收元件，其特征在于：所述光遮蔽元件包括阻挡所述散射光的遮光层材料，以及定义用于传播包括所述反射的第二光束的向前光束的光路的光通道。
19.一种非线性频率转换(NLFC)装置，包括：
发射第一光束的光源；
NLFC组件，其将第一光束的一部分转换为第二光束，其中所述第一和第二光束具有不同的波长；以及
如权利要求1-18中任一项所述的光束分离和吸收元件；
其特征在于：所述第一和第二光束入射在所述光束分离和吸收元件上，并且从所述光束分离和吸收元件传播的向前光束具有相对于入射在所述光束分离和吸收元件上的第一光的功率减小的所述第一光束的功率。
20.如利要求19所述的NLFC装置，其特征在于：进一步包括滤光器元件，其用于过滤从所述光束分离和吸收元件传播的所述向前光束中的所述第一光束的光。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109541801B (zh) * 2018-12-06 2021-04-13 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种用于高功率终端光学系统的杂散光管控系统和方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005337715A (ja) * 2004-05-24 2005-12-08 Ideal Star Inc バンドリジェクションミラー、フィルタ分光器、及びラマン散乱スペクトル測定用フィルタ分光器
CN101995745A (zh) * 2009-08-10 2011-03-30 佳能株式会社 颜色分离合成系统和投影显示装置
CN102377107A (zh) * 2010-07-28 2012-03-14 小约翰·P·唐宁 高稳定性的光源系统及制造方法
CN103814317A (zh) * 2011-09-14 2014-05-21 Imra美国公司 可控的多波长光纤激光源

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3566099A (en) * 1968-09-16 1971-02-23 Polaroid Corp Light projection assembly
FR2389883B1 (zh) * 1977-05-05 1980-07-25 Cselt Centro Studi Lab Telecom
JP3168765B2 (ja) * 1993-04-01 2001-05-21 松下電器産業株式会社 偏光装置および該偏光装置を用いた投写型表示装置
JPH06347847A (ja) 1993-06-08 1994-12-22 Hitachi Metals Ltd 波長変換素子
JPH07218941A (ja) * 1994-01-28 1995-08-18 Sharp Corp 波長変換装置
US6072175A (en) * 1998-11-23 2000-06-06 California Institute Of Technology Microscope using micro-channel filter
JP2000284266A (ja) * 1999-03-31 2000-10-13 Casio Comput Co Ltd 液晶表示装置
US6356578B1 (en) * 1999-12-29 2002-03-12 Photonics Industries International, Inc. Attenuator
EP1486811A1 (de) * 2003-06-13 2004-12-15 Leica Microsystems Wetzlar GmbH Mikroskop mit mindestens einem Strahlteiler und einem streulichtreduzierenden Mittel
WO2005015958A2 (en) * 2003-08-07 2005-02-17 Pelikon Limited Electroluminescent displays
US7119951B2 (en) * 2004-09-07 2006-10-10 Corning Incorporated Polarizer for high-power deep UV radiation
JP2007250800A (ja) * 2006-03-15 2007-09-27 Ricoh Co Ltd レーザー装置
US20090295681A1 (en) * 2008-05-27 2009-12-03 Gm Global Technology Operations, Inc. Virtual Image System for Windshields
US8559471B2 (en) 2009-11-23 2013-10-15 Guilin Mao High-power diode end-pumped solid-state UV laser
US20120001061A1 (en) * 2010-07-02 2012-01-05 Hamilton Sundstrand Corporation Ion implanted beam dump
US20140047783A1 (en) * 2012-08-16 2014-02-20 Hanoch Shalit Window with modifiable transparency
JP6478804B2 (ja) 2014-05-22 2019-03-06 ルーメンタム オペレーションズ エルエルシーＬｕｍｅｎｔｕｍ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ＬＬＣ カスケード光高調波発生

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005337715A (ja) * 2004-05-24 2005-12-08 Ideal Star Inc バンドリジェクションミラー、フィルタ分光器、及びラマン散乱スペクトル測定用フィルタ分光器
CN101995745A (zh) * 2009-08-10 2011-03-30 佳能株式会社 颜色分离合成系统和投影显示装置
CN102377107A (zh) * 2010-07-28 2012-03-14 小约翰·P·唐宁 高稳定性的光源系统及制造方法
CN103814317A (zh) * 2011-09-14 2014-05-21 Imra美国公司 可控的多波长光纤激光源

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