CN111060452B - 一种补偿古依相移增加非线性相互作用的晶体炉装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于非线性光学技术领域，具体涉及一种补偿古依相移增加非线性相互作用的晶体炉装置。本发明的目的在于克服现有非线性光学实验中高斯光束穿过非线性晶体引起古依相移无法补偿的问题，本发明包括壳体，在所述壳体内从上至下依次设有第一铟箔片、上帕尔贴元件、第二铟薄片、上楔形金属炉体、第三铟薄片、非线性晶体、下楔形金属炉体、第四铟薄片、下帕尔贴元件和第五铟薄片，本发明上楔形金属炉体和下楔形金属炉体上的斜面分别向后倾斜和向后倾斜，使得非线性晶体沿着轴向方向距上帕尔贴元件和下帕尔贴元件表面之间的距离依次递增，从而使得非线性晶体沿着轴向形成一个温度梯度。

Description

一种补偿古依相移增加非线性相互作用的晶体炉装置

技术领域

本发明属于非线性光学技术领域，具体涉及一种补偿古依相移增加非线性相互作用的晶体炉装置。

背景技术

在非线性光学的研究领域中，基于非线性相互作用的二次谐波产生过程以及三次谐波产生过程已经被广泛应用在制备不同波长的光场。此外在量子光学领域，包括制备离散变量多光子纠缠态在内的非经典光场实验中，都首先需要基于非线性相互作用制备参量下转换过程所需的泵浦光场(二次谐波)。高质量的非线性相互作用过程为制备出高性能的非经典光场提供有效基础，并在基于非经典光场的量子界面以及量子网络中发挥重要作用。为了提高非线性相互作用转化效率以及提高基于非线性相互作用的倍频激光输出，就必须考虑各种因素对非线性相互作用的影响。根据非线性光学理论，利用强聚焦泵浦光场作用在高损伤阈值晶体上，可以获得较高的非线性相互作用效率，此时高斯光束经过非线性晶体中不可避免产生的“古依相移”成为限制因素。古依相移是指在高斯光束强聚焦在非线性晶体中心后，光束穿过晶体后会获得比同频率平面波光束额外的相移，这种古依相移是高斯光束穿过晶体引起的，是在激光与非线性晶体相互作用中无法避免的，所以通过补偿古依相移，可以增强非线性相互作用，提高转化效率。对于波长在1微米以下激光倍频实验中，尤其是对应于铷原子以及铯原子吸收线附近激光倍频实验，在较高基频光注入谐振腔时如何降低晶体热透镜效应导致的模式失配以及蓝光导致红外吸收效应(BLIIRA)成为非线性非线性相互作用效率降低的主要因素，由于非线性晶体(例如磷酸钛氧钾晶体)对蓝光波长吸收严重，这就使得BLIIRA效应尤其在短波长附近更加明显，这也是短波长附近的倍频转换效率很难提升的重要原因。然而对于1微米波长以及更大波长激光的倍频实验中，上述两个问题不在是主要限制非线性相互作用效率提升的主要要素，此时古依相移为成为主要限制因素之一，所以对于1微米波长附近以及更大波长激光的倍频实验中补偿古依相移，增加非线性相互作用非常重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有非线性光学实验中高斯光束穿过非线性晶体引起古依相移无法补偿的问题，提供一种补偿古依相移增加非线性相互作用的晶体炉装置。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种补偿古依相移增加非线性相互作用的晶体炉装置，包括壳体，在所述壳体内从上至下依次设有第一铟箔片、上帕尔贴元件、第二铟薄片、上楔形金属炉体、第三铟薄片、非线性晶体、下楔形金属炉体、第四铟薄片、下帕尔贴元件和第五铟薄片，所述上楔形金属炉体和下楔形金属炉体的前部设有斜面，且使得上楔形金属炉体和下楔形金属炉体上的斜面分别向后倾斜和向后倾斜，在所述壳体的第一保温板和第三保温板上对应非线性晶体前后面板的位置设有通光孔，通过在所述上楔形金属炉体和下楔形金属炉体之间设置第三铟薄片，有利于导热，由于达到热平衡状态后上帕尔贴元件和下帕尔贴元件表面温度是恒定的，且所述上楔形金属炉体和下楔形金属炉体的前部设有斜面，且使得上楔形金属炉体和下楔形金属炉体上的斜面分别向后倾斜和向后倾斜，使得非线性晶体沿着轴向方向距上帕尔贴元件和下帕尔贴元件表面之间的距离依次递增，由于上楔形金属炉体和下楔形金属炉体之间具有一定的导热性，致使距离上帕尔贴元件和下帕尔贴元件近的地方温度较高，距离上帕尔贴元件和下帕尔贴元件远的地方温度较低，从而使得非线性晶体沿着轴向形成一个温度梯度，这样的温度梯度可以补偿高斯光束经过非线性晶体中产生的古依相移，进而增加高斯光束与非线性晶体之间的相互作用，从而提高非线性转化效率，为量子光学实验中实现高效非线性转化提供有效的可补偿古依相移的非线性晶体温控炉装置，并且本装置整体结构简洁、成本低廉，具有调节精确、方便、高效等优点，可以很好地解决非线性光学实验中古依相移无法补偿的问题，上帕尔贴元件和下帕尔贴元件的型号相同，并且串联供电，这样使得上帕尔贴元件和下帕尔贴元件的表面温度相同，并且设置上帕尔贴元件下表面以及下帕尔贴元件的上表面同时为加热表面或制冷表面，从而使得上下楔形金属炉得到相同效果的加热或制冷，实现晶体上下表面温度梯度一样，进而使得晶体温度梯度更加均匀。

进一步，在所述下楔形金属炉体的上面板设有凹槽，用于放置非线性晶体，且所述非线性晶体的长度小于凹槽的长度，在所述下楔形金属炉体的右表面设有放置槽，用于放置热敏电阻，以便于对上楔形金属炉体和下楔形金属炉体温度进行测量，所述非线性晶体放置在凹槽中时，凹槽的左右两端会留2-5mm，这样非线性晶体可以完全放置在凹槽中，使得晶体表面距离上楔形金属炉体和下楔形金属炉体外表面留有一定空间，这样更有利于保持晶体温度稳定以及实现稳定均匀的温度梯度。

再进一步，在所述非线性晶体的上下左右四个面上设有铟薄片。这样利用铟薄片延展性强以及质地柔软的属性增加非线性晶体和金属炉体之间接触面积，有利于上楔形金属炉体和下楔形金属炉体与晶体之间热传导，使得非线性晶体的温度梯度和上楔形金属炉体和下楔形金属炉体形成的温度梯度保持一致。

更进一步，所述壳体包括保温壳、上楔形散热金属座和下楔形散热金属座，所述上楔形散热金属座和下楔形散热金属座分别设置在保温壳的上部和下部。这样在上楔形金属炉体和下楔形金属炉体前后左右共四个面形成全方位保温，并在上下两个方向利用金属散热底座配合帕尔贴元件工作，形成完整的保温系统。

更进一步，所述保温壳包括第一保温板、第二保温板、第三保温板和第四保温板，所述第一保温板、第二保温板、第三保温板和第四保温板依次连接组成中空的立方体结构。保温壳所用材料为聚砜材料或其他导热性能较差的材料组成，其在上楔形金属炉体和下楔形金属炉体前后左右四面隔绝上楔形金属炉体和下楔形金属炉体与外界空气热传递，实现上楔形金属炉体和下楔形金属炉体的保温。

更进一步，所述上楔形散热金属座包括上底座和上连接块，所述上连接块设置在上底座的下部，在所述上连接块的后部设有斜面，且使得上连接块上的斜面向后倾斜，以便于和上楔形金属炉体配合使用；所述下楔形散热金属座包括下底座和下连接块，所述下连接块设置在下底座的上部，在所述下连接块的后部设有斜面，且使得下连接块上的斜面向前倾斜，以便于和下楔形金属炉体配合使用。当给帕尔贴元件提供电流时，其两个表面分别为制冷表面和加热表面，当电流翻转时，制冷表面和加热表面相互对调，这样通过控制电流的大小和方向可以实现对上楔形金属炉体和下楔形金属炉体温度控制，一般非线性晶体最佳温度范围均高于室温(约为30-150摄氏度)，故帕尔贴原件与上楔形金属炉体和下楔形金属炉体接触的一面为加热表面，帕尔贴原件的另一面为制冷表面；为了达到热平衡，上楔形散热金属座和下楔形散热金属座的楔形面分别和上帕尔贴元件的上表面以及下帕尔贴元件的下表面良好接触，这样的散热底座可以给帕尔贴元件制冷表面提供热传递，最终配合帕尔贴元件实现上楔形金属炉体和下楔形金属炉体温度的稳定快速控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过在所述上楔形金属炉体和下楔形金属炉体之间设置第三铟薄片，有利于导热，由于达到热平衡状态后上帕尔贴元件和下帕尔贴元件表面温度是恒定的，且所述上楔形金属炉体和下楔形金属炉体的前部设有斜面，且使得上楔形金属炉体和下楔形金属炉体上的斜面分别向后倾斜和向后倾斜，使得非线性晶体沿着轴向方向距上帕尔贴元件和下帕尔贴元件表面之间的距离依次递增，由于上楔形金属炉体和下楔形金属炉体之间具有一定的导热性，致使距离上帕尔贴元件和下帕尔贴元件近的地方温度较高，距离上帕尔贴元件和下帕尔贴元件远的地方温度较低，从而使得非线性晶体沿着轴向形成一个温度梯度，通过调节上楔形金属炉体和下楔形金属炉体楔形的角度以及上楔形金属炉体和下楔形金属炉体金属材质实现不同温度梯度，以便实现特定材质非线性晶体补偿过程中不同温度梯度的要求，这样在晶体轴向方向形成的温度梯度可以补偿高斯光束经过非线性晶体中产生的古依相移，进而增加高斯光束与非线性晶体之间的相互作用提高非线性转化效率，为量子光学实验中实现高效非线性转化提供有效的可补偿古依相移的非线性晶体温控炉装置，并且通过这样设置，本装置整体结构简洁、成本低廉，具有调节精确、方便、高效等优点，可以很好地解决非线性光学实验中古依相移无法补偿的问题，上帕尔贴元件和下帕尔贴元件的型号相同，并且串联供电，这样使得上帕尔贴元件和下帕尔贴元件的表面温度相同，并且设置上帕尔贴元件下表面以及下帕尔贴元件的上表面同时为加热表面或制冷表面，从而使得上下楔形金属炉得到相同效果的加热或制冷，实现晶体上下表面温度梯度一样，进而使得晶体温度梯度更加均匀。

2.本发明在所述下楔形金属炉体的上面板设有凹槽，用于放置非线性晶体，且所述非线性晶体的长度小于凹槽的长度，在所述下楔形金属炉体的右表面设有放置槽，用于放置热敏电阻，以便于对上楔形金属炉体和下楔形金属炉体温度进行测量(进而通过温控仪器测量上楔形金属炉体和下楔形金属炉体温度)，所述非线性晶体放置在凹槽中时，凹槽的左右两端会留2-5mm，这样非线性晶体可以完全放置在凹槽中楔形上楔形金属炉体和下楔形金属炉体内部，使得晶体表面距离上楔形金属炉体和下楔形金属炉体外表面留有一定空间，这样更有利于保持晶体温度稳定以及实现稳定均匀的温度梯度。

3.本发明在所述非线性晶体的上下左右四个面上设有铟薄片。这样利用铟薄片延展性强以及质地柔软的属性增加非线性晶体和金属炉体之间接触面积，有利于上楔形金属炉体和下楔形金属炉体与晶体之间热传导，使得非线性晶体的温度梯度和上楔形金属炉体和下楔形金属炉体形成的温度梯度保持一致。

4.本发明所述壳体包括保温壳、上楔形散热金属座和下楔形散热金属座，所述上楔形散热金属座和下楔形散热金属座分别设置在保温壳的上部和下部。这样在上楔形金属炉体和下楔形金属炉体前后左右共四个面形成全方位保温，并在上下两个方向利用金属散热底座配合帕尔贴元件工作，形成完整的保温系统。

5.本发明所述保温壳包括第一保温板、第二保温板、第三保温板和第四保温板，所述第一保温板、第二保温板、第三保温板和第四保温板依次连接组成中空的立方体结构。保温壳所用材料为聚砜材料或其他导热性能较差的材料组成，其在上楔形金属炉体和下楔形金属炉体前后左右四面隔绝上楔形金属炉体和下楔形金属炉体与外界空气热传递，实现上楔形金属炉体和下楔形金属炉体的保温。

6.本发明所述上楔形散热金属座包括上底座和上连接块，所述上连接块设置在上底座的下部，在所述上连接块的后部设有斜面，且使得上连接块上的斜面向后倾斜，以便于和上楔形金属炉体配合使用；所述下楔形散热金属座包括下底座和下连接块，所述下连接块设置在下底座的上部，在所述下连接块的后部设有斜面，且使得下连接块上的斜面向前倾斜，以便于和下楔形金属炉体配合使用。当给帕尔贴元件提供电流时，其两个表面分别为制冷表面和加热表面，当电流翻转时，制冷表面和加热表面相互对调，这样通过控制电流的大小和方向可以实现对上楔形金属炉体和下楔形金属炉体温度控制，一般非线性晶体最佳温度范围均高于室温(约为30-150摄氏度)，故帕尔贴原件与上楔形金属炉体和下楔形金属炉体接触的一面为加热表面，帕尔贴原件的另一面为制冷表面；为了达到热平衡，上楔形散热金属座和下楔形散热金属座的楔形面分别和上帕尔贴元件的上表面以及下帕尔贴元件的下表面良好接触，这样的散热底座可以给帕尔贴元件制冷表面提供热传递，最终配合帕尔贴元件实现上楔形金属炉体和下楔形金属炉体温度的稳定快速控制。

附图说明

图1是本发明的整体三维结构示意图；

图2是本发明的结构爆炸图；

图3是本发明去掉保温壳的结构示意图；

图4是本发明保温壳的结构示意图；

图5是本发明上楔形金属炉体的示意图；

图6是本发明下楔形金属炉体的示意图；

图7是实施例中非线性晶体沿着轴向形成的温度梯度示意图；

图中：1-壳体、2-第一铟箔片、3-上帕尔贴元件、4-第二铟薄片、5-上楔形金属炉体、6-第三铟薄片、7-非线性晶体、8-下楔形金属炉体、801-凹槽、802-放置槽、9-第四铟薄片、10-下帕尔贴元件、11-第五铟薄片、12-保温壳、121-第一保温板、122-第二保温板、123-第三保温板、124-第四保温板、13-上楔形散热金属座、131-上底座、132-上连接块、14-下楔形散热金属座、141-下底座、142-下连接块。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1-6所示，一种补偿古依相移增加非线性相互作用的晶体炉装置，包括壳体1，在所述壳体1内从上至下依次设有第一铟箔片2、上帕尔贴元件3、第二铟薄片4、上楔形金属炉体5、第三铟薄片6、非线性晶体7、下楔形金属炉体8、第四铟薄片9、下帕尔贴元件10和第五铟薄片11，所述上楔形金属炉体5和下楔形金属炉体8的前部设有斜面，且使得上楔形金属炉体5和下楔形金属炉体8上的斜面分别向后倾斜和向后倾斜，所述壳体1包括保温壳12、上楔形散热金属座13和下楔形散热金属座14，所述保温壳12包括第一保温板121、第二保温板122、第三保温板123和第四保温板124，所述第一保温板121、第二保温板122、第三保温板123和第四保温板124依次连接组成中空的立方体结构，所述上楔形散热金属座13和下楔形散热金属座14分别设置在保温壳12的上部和下部，所述上楔形散热金属座13包括上底座131和上连接块132，所述上连接块132设置在上底座131的下部，在所述上连接块132的后部设有斜面，且使得上连接块132上的斜面向后倾斜，以便于和上楔形金属炉体5配合使用；所述下楔形散热金属座14包括下底座141和下连接块142，所述下连接块142设置在下底座131的上部，在所述下连接块142的后部设有斜面，且使得下连接块142上的斜面向前倾斜，以便于和下楔形金属炉体8配合使用，在所述壳体1的第一保温板121和第三保温板123上对应非线性晶体7前后面板的位置设有通光孔15，在所述下楔形金属炉体8的上面板设有凹槽801，用于放置非线性晶体7，且所述非线性晶体7的长度小于凹槽801的长度，在所述非线性晶体7的上下左右四个面上设有铟薄片，在所述下楔形金属炉体8的右表面设有放置槽802，用于放置热敏电阻，以便于对上楔形金属炉体和下楔形金属炉体温度进行测量。

如图7所示，由于达到热平衡状态后上帕尔贴元件和下帕尔贴元件表面温度是恒定的，且所述上楔形金属炉体和下楔形金属炉体的前部设有斜面，且使得上楔形金属炉体和下楔形金属炉体上的斜面分别向后倾斜和向后倾斜，使得非线性晶体沿着轴向方向距上帕尔贴元件和下帕尔贴元件表面之间的距离依次递增，由于上楔形金属炉体和下楔形金属炉体之间具有一定的导热性，致使距离上帕尔贴元件和下帕尔贴元件近的地方温度较高，距离上帕尔贴元件和下帕尔贴元件远的地方温度较低，从而使得非线性晶体沿着轴向形成一个温度梯度，这样的温度梯度可以补偿高斯光束经过非线性晶体中产生的古依相移，进而增加高斯光束与非线性晶体之间的相互作用，从而提高非线性转化效率。

工作原理：在量子光学领域，对于二次谐波产生以及三次谐波产生实验中，将激光光束通过透镜组合聚焦到所描述装置中的非线性晶体中心上，并与非线性晶体进行相互作用，从而制备出二次谐波激光或三次谐波激光。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种补偿古依相移增加非线性相互作用的晶体炉装置，其特征在于：包括壳体（1），在所述壳体（1）内从上至下依次设有第一铟箔片（2）、上帕尔贴元件（3）、第二铟薄片（4）、上楔形金属炉体（5）、第三铟薄片（6）、非线性晶体（7）、下楔形金属炉体（8）、第四铟薄片（9）、下帕尔贴元件（10）和第五铟薄片（11），所述上楔形金属炉体（5）和下楔形金属炉体（8）的前部设有斜面，且使得上楔形金属炉体（5）和下楔形金属炉体（8）上的斜面分别向后倾斜和向后倾斜，通过调节上楔形金属炉体（5）和下楔形金属炉体（8）楔形的角度以及上楔形金属炉体（5）和下楔形金属炉体（8）金属材质实现不同温度梯度，以补偿高斯光束经过非线性晶体（7）中产生的古依相移，在所述壳体（1）的第一保温板（121）和第三保温板（123）上对应非线性晶体（7）前后面板的位置设有通光孔（15）。

2.根据权利要求1所述的一种补偿古依相移增加非线性相互作用的晶体炉装置，其特征在于：在所述下楔形金属炉体（8）的上面板设有凹槽（801），用于放置非线性晶体（7），且所述非线性晶体（7）的长度小于凹槽（801）的长度；在所述下楔形金属炉体（8）的右表面设有放置槽（802），用于放置热敏电阻。

3.根据权利要求1所述的一种补偿古依相移增加非线性相互作用的晶体炉装置，其特征在于：在所述非线性晶体（7）的上下左右四个面上设有铟薄片。

4.根据权利要求1所述的一种补偿古依相移增加非线性相互作用的晶体炉装置，其特征在于：所述壳体（1）包括保温壳（12）、上楔形散热金属座（13）和下楔形散热金属座（14），所述上楔形散热金属座（13）和下楔形散热金属座（14）分别设置在保温壳（12）的上部和下部。

5.根据权利要求1所述的一种补偿古依相移增加非线性相互作用的晶体炉装置，其特征在于：所述保温壳（12）包括第一保温板（121）、第二保温板（122）、第三保温板（123）和第四保温板（124），所述第一保温板（121）、第二保温板（122）、第三保温板（123）和第四保温板（124）依次连接组成中空的立方体结构。

6.根据权利要求4所述的一种补偿古依相移增加非线性相互作用的晶体炉装置，其特征在于：所述上楔形散热金属座（13）包括上底座（131）和上连接块（132），所述上连接块（132）设置在上底座（131）的下部，在所述上连接块（132）的后部设有斜面，且使得上连接块（132）上的斜面向后倾斜，以便于和上楔形金属炉体（5）配合使用；所述下楔形散热金属座（14）包括下底座（141）和下连接块（142），所述下连接块（142）设置在下底座（131）的上部，在所述下连接块（142）的后部设有斜面，且使得下连接块（142）上的斜面向前倾斜，以便于和下楔形金属炉体（8）配合使用。

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