CN110911957B - 一种非线性光学晶体激光变频耦合器 - Google Patents

一种非线性光学晶体激光变频耦合器 Download PDF

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    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams

Abstract

本发明属于光学耦合器技术领域，具体的说是一种非线性光学晶体激光变频耦合器，包括非线性晶体；所述非线性晶体两侧均通过光胶粘连有三角棱镜；所述三角棱镜与非线性晶体之间连接处通过光胶粘连使三角棱镜与非线性晶体之间的中部呈中空状的空腔；所述光胶周边开设有均匀布置的膨胀孔；所述光胶表面开设有与膨胀孔一一对应的注射口；所述膨胀孔椭圆形设计；所述光胶内于膨胀孔远离空腔的一侧设有均匀布置的塑料带；本发明可实现在光线位置不变的情况下改变三角棱镜的倾斜角度，从而调整光线的入射角，同时避免人为挪动激光或耦合器位置无法实现精细化调整，导致倍率转换出现差值，从而影响光线倍率转换的精准度。

Description

一种非线性光学晶体激光变频耦合器
技术领域
本发明属于光学耦合器技术领域，具体的说是一种非线性光学晶体激光变频耦合器。
背景技术
在微波系统中，往往需将一路微波功率按比例分成几路，这就是功率分配问题。实现这一功能的元件称为功率分配元器件即耦合器，主要包括:定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件。
公知的非线性光学晶体激光变频(含倍频、和频、差频和光参量振荡和放大)是将非线性光学晶体按位相匹配角切割，被变频的激光按一定的入射角入射，再精确转动晶体调整入射角到位相匹配角(称角度调谐)或控制晶体温度，使晶体达到位相匹配温度而实现有效变频输出，如文献1V.G.Dmitriev，G.G.Gurzadyan，D.N.Nikogosyan，″HandbookofNonlinear Optical Crystals″，second Revised and updated Edition，Springer-verlag，Berlin，Heidelberg，New York，London，Paris，Tokyo，Hong Kong，1996所介绍的。
现有技术中也出现了一些非线性光学晶体激光变频耦合器的技术方案，如申请号为01115313X的一项中国专利公开了一种非线性光学晶体激光变频耦合器，包括M块非线性光学晶体,和晶体光束入射面或光束出射面上或同时在光束入射面及光束出射面上采用光胶或采用匹配液粘接有耦合棱镜,耦合棱镜或同时不同时为直角棱镜、等边三角三棱镜或不等边三角三棱镜。
该变频耦合器在使用时，无法对入射角进行精准的改变，通常通过移动光源或移动耦合器改变光线的入射角，但是在移动光源或移动耦合器入射角的精准度无法得到有效的确定，继而无法准确计算出出射角及出射光线的波长，同时光胶和三角棱镜中存在大量杂质，且纯度不足的情况下，出射角射出光线的波长及出射角均会发生改变，严重时，出射角仅为一个，无法对光线进行有效的分配，同时三家棱镜和光胶中的OH-粒子对光线损耗较大，计算出出射角角度及出射线波长时存在较大的误差。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决无法对入射角进行精准的改变，入射角的精准度无法得到有效的确定，继而无法准确计算出出射角及出射光线的波长，同时光胶和三角棱镜中存在大量杂质，且纯度不足的情况下，出射角射出光线的波长及出射角均会发生改变，三角棱镜和光胶中的OH-粒子对光线损耗较大，计算出出射角角度及出射线波长时存在较大的误差的问题，本发明提出的一种非线性光学晶体激光变频耦合器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种非线性光学晶体激光变频耦合器，包括非线性晶体；所述非线性晶体具有呈平板型的光束入射面和出射面；所述非线性晶体为KABO晶体；所述非线性晶体两侧均通过光胶粘连有三角棱镜；所述三角棱镜与非线性晶体之间连接处通过光胶粘连使三角棱镜与非线性晶体之间的中部呈中空状的空腔；所述光胶粘连干燥后呈现软质弹性状；所述光胶、非线性晶体和三角棱镜的折射率不同；所述光胶周边开设有均匀布置的膨胀孔；所述光胶表面开设有与膨胀孔一一对应的注射口；所述注射口固连有固定环；所述固定环内壁固连有橡胶膜；所述橡胶膜中部开设有膨胀口；所述橡胶膜弹性材料制成，且膨胀口始终处于松弛状态；工作时，当光线通过一侧三角棱镜射入后，通过光胶、非线性晶体和三角棱镜的折射率不同，实现出射光线的倍率转换，需要调整倍率转换具体数值时，通过注射器内装有的液体或气体，注射器通过膨胀口伸入膨胀孔内，对不同膨胀孔内注射不同量气体或液体，实现不同膨胀孔膨胀，从而使光胶变形，在光线位置不变的情况下改变三角棱镜的倾斜角度，从而调整光线的入射角，从而实现对转换倍率的改变，操作简单方便，实用性强，同时避免人为挪动激光或耦合器位置无法实现精细化调整，导致倍率转换出现差值，从而影响光线倍率转换的精准度。
优选的，所述空腔内装有匹配液，匹配液为高纯度蒸馏水；所述匹配液和光胶的折射率均在非线性光学晶体与三角棱镜的折射率之间；工作时，通过在空腔中装高纯度蒸馏水，防止光线进入空腔后，空腔内气体的折射率不同于光胶，造成光线扭曲和光损耗，同时空气中粒子较多，光线通过空气造成大量散射，在倍率转换后，出射线的波长降低，从而影响倍率转换的精准度，造成光能量损耗。
优选的，所述膨胀孔采用椭圆形设计，且通过膨胀孔使光胶靠近非线性晶体和三角棱镜的壁厚小于光胶靠近和远离膨胀孔的壁厚；工作时，在膨胀孔膨胀过程中，由于光胶靠近非线性晶体和三角棱镜的壁厚小于光胶靠近和远离膨胀孔的壁厚及膨胀孔椭圆形设计，可有效防止膨胀孔向空腔内和光胶外膨胀，导致充气或者充液过程中无法有效的调整三角棱镜与光源的角度，从而导致入射角调整失败，影响光线倍率转换，同时防止光胶向空腔内膨胀，导致通过空腔内的光线射入光胶内，且光胶处于弯曲形态，影响光线的折射，导致出射角出现改变，影响光线的倍率转换。
优选的，所述光胶内于膨胀孔远离空腔的一侧设有均匀布置的塑料带；所述塑料带由硬质塑料制成；工作时，由于膨胀孔椭圆形设计，在膨胀孔膨胀过程中，通过塑料带进一步加固光胶远离和靠近空腔的侧面，从而进一步防止光胶向远离和靠近空腔的方向膨胀，影响光线倍率转换精度，从而进一步降低光胶对光线转换倍率的影响，提高转换精准度。
优选的，所述三角棱镜由玻璃中的一种或多种材料制成，并经过化学提纯，使其制造材料纯度达到99.99％，且材料经过化学祛除其中99.99％的OH-离子；工作时，通过对三角棱镜进行化学提纯，使其制造材料纯度达到99.99％，且材料经过化学祛除其中99.99％的OH-离子，降低三角棱镜中其他粒子对光线造成损耗，且OH-离子对光线影响较大，会造成光线损耗，从而造成出射角射出光线的波长改变，影响实验。
优选的，所述非线性晶体和光胶外表面均粘附有阻挡膜；所述阻挡膜外表面涂抹有0.3mm-0.4mm厚度的陶瓷微泡隔热保温涂料；所述阻挡膜为橡胶材料制成，且阻挡膜内填充有黑色吸光材料制成的粉末；工作时，通过陶瓷微泡隔热保温涂料可有效对三角棱镜和光胶进行保温，从而防止温度的变化导致光线出现波长改变，同时防止温度影响光线的转化，通过黑色吸光材料制成的粉末可有效防止外界光线射入光胶和三角棱镜内，造成光线重合改变光线波长，同时会造成光线损耗，同时通过黑色吸光材料制成的粉末，可对光线于三家棱镜和光胶中出现的散射光线进行吸收，防止光线出现散射后，散射出的光线对出射角射出光线造成影响，影响光线转换倍率。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的一种非线性光学晶体激光变频耦合器，通过设置光胶、三角棱镜、非线性晶体和膨胀孔，通过注射器内装有的液体或气体，注射器通过膨胀口伸入膨胀孔内，对不同膨胀孔内注射不同量气体或液体，实现不同膨胀孔膨胀，从而使光胶变形，在光线位置不变的情况下改变三角棱镜的倾斜角度，从而调整光线的入射角，从而实现对转换倍率的改变，操作简单方便，实用性强，同时避免人为挪动激光或耦合器位置无法实现精细化调整，导致倍率转换出现差值，从而影响光线倍率转换的精准度。
2.本发明所述的一种非线性光学晶体激光变频耦合器，通过设置陶瓷微泡隔热保温涂料和阻挡膜，通过陶瓷微泡隔热保温涂料可有效对三角棱镜和光胶进行保温，从而防止温度的变化导致光线出现波长改变，同时防止温度影响光线的转化，通过黑色吸光材料制成的粉末可有效防止外界光线射入光胶和三角棱镜内，造成光线重合改变光线波长，同时会造成光线损耗，同时通过黑色吸光材料制成的粉末，可对光线于三家棱镜和光胶中出现的散射光线进行吸收，防止光线出现散射后，散射出的光线对出射角射出光线造成影响，影响光线转换倍率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的主视图；
图2是图1中A-A的剖视图；
图3是图2中B-B的剖视图；
图4是图2中C-C的剖视图；
图5是图1中D处局部放大图；
图6是图2中E处局部放大图；
图7是改变一侧光胶形状后光线倍率转换示意图；
图8是改变两侧光胶形状后光线倍率转换示意图；
图中：非线性晶体1、光胶2、三角棱镜3、空腔21、膨胀孔22、固定环23、橡胶膜24、膨胀口25、塑料带26、阻挡膜4。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图8所示，本发明所述的一种非线性光学晶体激光变频耦合器，包括非线性晶体1；所述非线性晶体1具有呈平板型的光束入射面和出射面；所述非线性晶体1为KABO晶体；所述非线性晶体1两侧均通过光胶2粘连有三角棱镜3；所述三角棱镜3与非线性晶体1之间连接处通过光胶2粘连使三角棱镜3与非线性晶体1之间的中部呈中空状的空腔21；所述光胶2粘连干燥后呈现软质弹性状；所述光胶2、非线性晶体1和三角棱镜3的折射率不同；所述光胶2周边开设有均匀布置的膨胀孔22；所述光胶2表面开设有与膨胀孔22一一对应的注射口；所述注射口固连有固定环23；所述固定环23内壁固连有橡胶膜24；所述橡胶膜24中部开设有膨胀口25；所述橡胶膜24弹性材料制成，且膨胀口25始终处于松弛状态；工作时，当光线通过一侧三角棱镜3射入后，通过光胶2、非线性晶体1和三角棱镜3的折射率不同，实现出射光线的倍率转换，需要调整倍率转换具体数值时，通过注射器内装有的液体或气体，注射器通过膨胀口25伸入膨胀孔22内，对不同膨胀孔22内注射不同量气体或液体，实现不同膨胀孔22膨胀，从而使光胶2变形，在光线位置不变的情况下改变三角棱镜3的倾斜角度，从而调整光线的入射角，从而实现对转换倍率的改变，操作简单方便，实用性强，同时避免人为挪动激光或耦合器位置无法实现精细化调整，导致倍率转换出现差值，从而影响光线倍率转换的精准度。
作为本发明的一种实施方式，所述空腔21内装有匹配液，匹配液为高纯度蒸馏水；所述匹配液和光胶2的折射率均在非线性晶体1与三角棱镜3的折射率之间；工作时，通过在空腔21中装高纯度蒸馏水，防止光线进入空腔21后，空腔21内气体的折射率不同于光胶2，造成光线扭曲和光损耗，同时空气中粒子较多，光线通过空气造成大量散射，在倍率转换后，出射线的波长降低，从而影响倍率转换的精准度，造成光能量损耗。
作为本发明的一种实施方式，所述膨胀孔22采用椭圆形设计，且通过膨胀孔22使光胶2靠近非线性晶体1和三角棱镜3的壁厚小于光胶2靠近和远离膨胀孔22的壁厚；工作时，在膨胀孔22膨胀过程中，由于光胶2靠近非线性晶体1和三角棱镜3的壁厚小于光胶2靠近和远离膨胀孔22的壁厚及膨胀孔22椭圆形设计，可有效防止膨胀孔22向空腔21内和光胶2外膨胀，导致充气或者充液过程中无法有效的调整三角棱镜3与光源的角度，从而导致入射角调整失败，影响光线倍率转换，同时防止光胶2向空腔21内膨胀，导致通过空腔21内的光线射入光胶2内，且光胶2处于弯曲形态，影响光线的折射，导致出射角出现改变，影响光线的倍率转换。
作为本发明的一种实施方式，所述光胶2内于膨胀孔22远离空腔21的一侧设有均匀布置的塑料带26；所述塑料带26由硬质塑料制成；工作时，由于膨胀孔22椭圆形设计，在膨胀孔22膨胀过程中，通过塑料带26进一步加固光胶2远离和靠近空腔21的侧面，从而进一步防止光胶2向远离和靠近空腔21的方向膨胀，影响光线倍率转换精度，从而进一步降低光胶2对光线转换倍率的影响，提高转换精准度。
作为本发明的一种实施方式，所述三角棱镜3由玻璃中的一种或多种材料制成，并经过化学提纯，使其制造材料纯度达到99.99％，且材料经过化学祛除其中99.99％的OH-离子；工作时，通过对三角棱镜3进行化学提纯，使其制造材料纯度达到99.99％，且材料经过化学祛除其中99.99％的OH-离子，降低三角棱镜3中其他粒子对光线造成损耗，且OH-离子对光线影响较大，会造成光线损耗，从而造成出射角射出光线的波长改变，影响实验。
作为本发明的一种实施方式，所述非线性晶体1和光胶2外表面均粘附有阻挡膜4；所述阻挡膜4外表面涂抹有0.3mm-0.4mm厚度的陶瓷微泡隔热保温涂料；所述阻挡膜4为橡胶材料制成，且阻挡膜4内填充有黑色吸光材料制成的粉末；工作时，通过陶瓷微泡隔热保温涂料可有效对三角棱镜3和光胶2进行保温，从而防止温度的变化导致光线出现波长改变，同时防止温度影响光线的转化，通过黑色吸光材料制成的粉末可有效防止外界光线射入光胶2和三角棱镜3内，造成光线重合改变光线波长，同时会造成光线损耗，同时通过黑色吸光材料制成的粉末，可对光线于三家棱镜和光胶2中出现的散射光线进行吸收，防止光线出现散射后，散射出的光线对出射角射出光线造成影响，影响光线转换倍率。
工作时，当光线通过一侧三角棱镜3射入后，通过光胶2、非线性晶体1和三角棱镜3的折射率不同，实现出射光线的倍率转换，需要调整倍率转换具体数值时，通过注射器内装有的液体或气体，注射器通过膨胀口25伸入膨胀孔22内，对不同膨胀孔22内注射不同量气体或液体，实现不同膨胀孔22膨胀，从而使光胶2变形，在光线位置不变的情况下改变三角棱镜3的倾斜角度，从而调整光线的入射角，从而实现对转换倍率的改变，在膨胀孔22膨胀过程中，由于光胶2靠近非线性晶体1和三角棱镜3的壁厚小于光胶2靠近和远离膨胀孔22的壁厚及膨胀孔22椭圆形设计，可有效防止膨胀孔22向空腔21内和光胶2外膨胀，导致充气或者充液过程中无法有效的调整三角棱镜3与光源的角度，从而导致入射角调整失败，影响光线倍率转换，同时防止光胶2向空腔21内膨胀，导致通过空腔21内的光线射入光胶2内，且光胶2处于弯曲形态，影响光线的折射，导致出射角出现改变，影响光线的倍率转换。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种非线性光学晶体激光变频耦合器，包括非线性晶体(1)；所述非线性晶体(1)具有呈平板型的光束入射面和出射面；所述非线性晶体(1)为KABO晶体；其特征在于：所述非线性晶体(1)两侧均通过光胶(2)粘连有三角棱镜(3)；所述三角棱镜(3)与非线性晶体(1)之间连接处通过光胶(2)粘连使三角棱镜(3)与非线性晶体(1)之间的中部呈中空状的空腔(21)；所述光胶(2)粘连干燥后呈现软质弹性状；所述光胶(2)、非线性晶体(1)和三角棱镜(3)的折射率不同；所述光胶(2)周边开设有均匀布置的膨胀孔(22)；所述光胶(2)表面开设有与膨胀孔(22)一一对应的注射口；所述注射口固连有固定环(23)；所述固定环(23)内壁固连有橡胶膜(24)；所述橡胶膜(24)中部开设有膨胀口(25)；所述橡胶膜(24)弹性材料制成，且膨胀口(25)始终处于松弛状态，需要调整倍率转换具体数值时，通过注射器内装有的液体或气体，注射器通过膨胀口(25)伸入膨胀孔(22)内，对不同膨胀孔(22)内注射不同量气体或液体，实现不同膨胀孔(22)膨胀，从而使光胶(2)变形，在光线位置不变的情况下改变三角棱镜(3)的倾斜角度，从而调整光线的入射角，从而实现对转换倍率的改变。
2.根据权利要求1所述的一种非线性光学晶体激光变频耦合器，其特征在于：所述空腔(21)内装有匹配液，匹配液为高纯度蒸馏水；所述匹配液和光胶(2)的折射率均在非线性晶体(1)与三角棱镜(3)的折射率之间。
3.根据权利要求1所述的一种非线性光学晶体激光变频耦合器，其特征在于：所述膨胀孔(22)采用椭圆形设计，且通过膨胀孔(22)使光胶(2)靠近非线性晶体(1)和三角棱镜(3)的壁厚小于光胶(2)靠近和远离膨胀孔(22)的壁厚。
4.根据权利要求3所述的一种非线性光学晶体激光变频耦合器，其特征在于：所述光胶(2)内于膨胀孔(22)远离空腔(21)的一侧设有均匀布置的塑料带(26)；所述塑料带(26)由硬质塑料制成。
5.根据权利要求1所述的一种非线性光学晶体激光变频耦合器，其特征在于：所述三角棱镜(3)由玻璃中的一种或多种材料制成，并经过化学提纯，使其制造材料纯度达到99.99％，且材料经过化学祛除其中99.99％的OH-离子。
6.根据权利要求1所述的一种非线性光学晶体激光变频耦合器，其特征在于：所述非线性晶体(1)和光胶(2)外表面均粘附有阻挡膜(4)；所述阻挡膜(4)外表面涂抹有0.3mm-0.4mm厚度的陶瓷微泡隔热保温涂料；所述阻挡膜(4)为橡胶材料制成，且阻挡膜(4)内填充有黑色吸光材料制成的粉末。
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