CN111613958A - 共线双波长激光发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种共线双波长激光发生装置。包括依次设置的：第一透镜及倍频晶体，所述第一透镜用于聚焦基频光在所述倍频晶体内，所述倍频晶体用于将部分基频光转化为倍频光；第二透镜，用于将基频光与倍频光准直为平行光束；波片，用于调整基频光偏振方向；检偏器，用于选择透过特定偏振方向的激光；二色镜，用于在仅需要使用基频光的场合滤除倍频光。本发明提供的共线双波长激光发生装置，能够实现两种波长激光脉冲时间同步和空间共线，且失调稳定性好；仅倍频晶体加少量波片镜片即可制备，尺寸小、成本低、装调简单；还具有两个波长功率比可调的功能。

Description

共线双波长激光发生装置

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种共线双波长激光发生装置。

背景技术

激光具有单色性好、相干性好、方向性好、亮度高的特点，能够聚集获得非常小的焦斑，获得非常高的能量密度，所以激光在激光切割、打标、表面处理等加工领域广泛应用，不同材料对不同波长的激光吸收不同，所以通常使用不同波长的激光加工不同的材料，有一些需要双波长协同工作的应用，对空间重合度要求高，需要在同一焦点位置用两种不同波长激光作用，其中部分应用对时间重合度要求也高，需要不同波长激光脉冲同步作用在材料同一位置。

对于这种应用，目前采用的解决方案是使用两台不同的激光器，分别输出两路不同波长激光脉冲，经过空间合束后使用，对于时间重合要求高的应用再配以精确的同步控制系统，但目前这种方案存在成本高、体积大、时间空间重合度不佳、稳定性差等问题。

发明内容

本发明针对现有的使用两台激光器的方案存在的上述不足，提供了一种共线双波长激光发生装置，该共线双波长激光发生装置解决了传统方法存在的成本高、体积大、时间空间重合度不佳、稳定性差等问题的技术难题。

为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案:

一种共线双波长激光发生装置，包括依次设置的：

第一透镜及倍频晶体，所述第一透镜用于聚焦基频光在所述倍频晶体内，所述倍频晶体用于将部分基频光转化为倍频光；

第二透镜，所述第二透镜用于将基频光与倍频光准直为平行光束；

波片，所述波片用于调整基频光偏振方向；

检偏器，所述检偏器用于选择透过特定偏振方向的激光；

二色镜，所述二色镜用于在仅需要使用基频光的场合滤除倍频光。

进一步地，所述第一透镜为平凸透镜、非球透镜或透镜组。

进一步地，所述倍频晶体为基于非临界相位匹配或者准相位匹配条件的非线性晶体。

进一步地，所述第二透镜为平凸透镜、非球透镜或透镜组。

进一步地，所述波片对于基频光是λ/2波片，对于倍频光是全波片。

进一步地，所述检偏器为偏振分束平片、偏振分束棱镜或双折射晶体。

进一步地，所述二色镜为长波通的二色镜或其他具有相同功能的器件。

上述共线双波长激光发生装置的工作方法，包括如下步骤：

初始基频光经过第一透镜聚焦在倍频晶体内，基频光部分转化为倍频光，由相位匹配技术可知，这两种匹配条件可以避免倍频光与基频光的空间走离效应，出射的基频和倍频光脉冲时间同步与空间共线，剩余的基频光与倍频光一起经过第二透镜准直为平行光束进入波片；

在经过波片后，基频光偏振方向旋转，部分透过检偏器，倍频光偏振方向不变，完全透过检偏器；

在仅需要使用基频光的场合插入二色镜，用于滤除倍频光。

进一步地，在经过波片后，基频光偏振方向旋转，部分透过检偏器的步骤中，透过率与波片旋转角度相关，由波片快轴方向决定，在0-100％范围内调节。

进一步地，所述二色镜为对于基频光高透、对倍频光高反的镜片。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的共线双波长激光发生装置，能够实现两种波长激光脉冲时间同步和空间重合，且失调稳定性好；仅倍频晶体加少量波片镜片即可制备，尺寸小且对光程无要求、成本低、装调简单；还具有两个波长功率比可调的功能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的共线双波长激光发生装置结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的共线双波长激光发生装置结构示意图二；

图3为本发明实施例提供的共线双波长激光发生装置结构示意图三；

101-第一透镜、102-倍频晶体、103-第二透镜、104-波片、105-检偏器、106-二色镜、201-第一透镜一、202-倍频晶体一、203-第二透镜一、204-波片一、205-检偏器一、206-二色镜一、301-第一透镜二、302-倍频晶体二、303-第二透镜二、304-波片二、305-检偏器二、306-二色镜二。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的共线双波长激光发生装置，下面将结合具体实施例进行描述。

实施例1

倍频晶体：一种双折射非线性晶体，在倍频技术中用于将特定光频率激光转化为双倍光频率激光；

基频光：倍频技术中输入的特定光频率激光；

倍频光：倍频技术中输出的、光频率为基频光两倍的激光，该激光波长为基频光的一半；

非临界相位匹配：也称为温度相位匹配，是一种用于获得非线性过程的相位匹配技术。相互作用的两个光束(本发明中为基频光与倍频光)沿着某个轴传播，通过调整晶体温度来使得相互作用的两个光束的相速度相等，从而减小相位失配，该方式可以避免空间走离效应。

准相位匹配：通过在非线性晶体中构造周期性的倒格矢结构，有效的实现非线性频率转化，该方式也可以避免空间走离效应。

如图1所示，本实施例提供了一种共线双波长激光发生装置，用于产生共线、同步、功率比例可调的双波长激光脉冲。

本实施例提供的共线双波长激光发生装置，包括依次设置的：

第一透镜101及倍频晶体102，所述第一透镜101用于聚焦基频光在所述倍频晶体102内，所述倍频晶体102用于将部分基频光转化为倍频光；

第二透镜103，所述第二透镜103用于将基频光与倍频光准直为平行光束；

波片104，所述波片104用于调整基频光偏振方向；

检偏器105，所述检偏器105用于选择透过特定偏振方向的激光；

二色镜106，所述二色镜106用于在仅需要使用基频光的场合滤除倍频光。

所述第一透镜101为平凸透镜、非球透镜或透镜组。

所述倍频晶体102能够将部分基频光转化为倍频光，同时倍频光与基频光在倍频晶体102内没有时间和空间走离，可以为基于非临界相位匹配或者准相位匹配条件的非线性晶体或准相位匹配条件的非线性晶体，随技术发展，也可以是基于其他技术的避免空间走离效应的倍频晶体。

所述第二透镜103为平凸透镜、非球透镜或透镜组。

所述波片104对于基频光是λ/2波片，对于倍频光是全波片。

所述检偏器105能够选择透过特定偏振方向的激光，可以为偏振分束平片、偏振分束棱镜或双折射晶体(如格兰泰勒棱镜)。

所述二色镜106能够选择通过不同波长激光，可以为长波通的二色镜或其他具有相同功能的器件。

本实施例提供的共线双波长激光发生装置中所述倍频晶体102是基于非临界相位匹配或者准相位匹配的倍频晶体，由相位匹配技术可知，这两种匹配条件可以避免倍频光与基频光的空间走离效应，出射的基频和倍频光脉冲时间同步与空间共线；本实施例中所述波片104相位差对于基频光为λ/2，旋转波片104将改变基频光偏振方向，由于倍频光波长是基频光的1/2，故波片104对于倍频光为全波片，旋转波片104不改变倍频光偏振方向。

本实施例提供的共线双波长激光发生装置的工作方法，包括如下步骤：

初始基频光经过第一透镜101聚焦在倍频晶体102内，基频光部分转化为倍频光，剩余的基频光与倍频光一起经过第二透镜103准直为平行光束进入波片104；

在经过波片104后，基频光偏振方向旋转，部分透过检偏器105，透过率与波片旋转角度相关，由波片104快轴方向决定，在0-100％范围内调节；

由于波片104对于倍频光为全波片，经过波片104后，倍频光偏振方向不变，完全透过检偏器105；

所述二色镜106为对于基频光高透、对倍频光高反的镜片，在仅需要使用基频光的场合插入二色镜106，用于滤除倍频光。

由相位匹配条件可知，倍频光与基频光在倍频晶体102内没有时间和空间走离，本实施例提供的共线双波长激光发生装置保证了装置输出倍频光与基频光空间共线、脉冲时间同步。

实施例2

如图2所示，本实施例中基频光为1064nm红外皮秒激光脉冲，倍频晶体一202为基于临界相位匹配的LBO晶体，波片一204为对于1064nm的λ/2波片，检偏器一205为宽带偏振分束棱镜，装置中镀膜夹具等细节不作表述。

初始1064nm红外皮秒激光脉冲经过第一透镜一201聚焦在倍频晶体一202内，部分转化为532nm绿光皮秒激光脉冲，剩余的1064nm红外皮秒激光脉冲(简称红外脉冲)与532nm绿光皮秒激光脉冲(简称绿光脉冲)一起经过第二透镜一203准直为平行光束，经过波片一204后，红外脉冲偏振方向旋转，部分透过检偏器一205，透过率与波片旋转角度相关由波片一204快轴方向决定，在0-100％范围调节；由于波片一204对于绿光脉冲为全波片，经过波片一204后偏振方向不变，完全透过检偏器一205，二色镜一206为对红外脉冲高透、对绿光脉冲高反的镜片，在仅需要使用红外脉冲的场合插入二色镜一206，用于滤除绿光脉冲。由临界相位匹配条件可知，红外脉冲与绿光脉冲在倍频晶体一202内没有时间和空间走离效应，保证了装置输出倍频光与基频光空间共线、脉冲时间同步。

实施例3

如图3所示，本实施例中基频光为1560nm红外飞秒激光脉冲，倍频晶体二302为准相位匹配的PPLN晶体，波片二304为对于1560nm的λ/2波片，检偏器二305为宽带偏振分束平片，装置中镀膜夹具等细节不作表述。

初始1560nm红外飞秒激光脉冲经过第一透镜二301聚焦在倍频晶体二302内，部分转化为780nm红光飞秒激光脉冲，剩余的1560nm红外飞秒激光脉冲(简称红外脉冲)与780nm红光飞秒激光脉冲(简称红光脉冲)一起经过第二透镜二303准直为平行光束。经过波片二304后，红外脉冲偏振方向旋转，部分透过检偏器二305，透过率与波片旋转角度相关，由波片二304快轴方向决定，在0-100％范围调节；由于波片二304对于红光脉冲为全波片，经过波片二304后偏振方向不变，完全透过检偏器二305，二色镜二306为对红外脉冲高透、对红光脉冲高反的镜片，在仅需要使用红外脉冲的场合插入二色镜二306，用于滤除红光脉冲。

由准相位匹配条件可知，红外脉冲与红光脉冲在倍频晶体二302内没有时间和空间走离，保证了装置输出倍频光与基频光空间共线、脉冲时间同步。

Claims (10)

1.一种共线双波长激光发生装置，其特征在于：包括依次设置的：

第一透镜(101)及倍频晶体(102)，所述第一透镜(101)用于聚焦基频光在所述倍频晶体(102)内，所述倍频晶体(102)用于将部分基频光转化为倍频光；

第二透镜(103)，所述第二透镜(103)用于将基频光与倍频光准直为平行光束；

波片(104)，所述波片(104)用于调整基频光偏振方向；

检偏器(105)，所述检偏器(105)用于选择透过特定偏振方向的激光；

二色镜(106)，所述二色镜(106)用于在仅需要使用基频光的场合滤除倍频光。

2.根据权利要求1所述的共线双波长激光发生装置，其特征在于：所述第一透镜(101)为平凸透镜、非球透镜或透镜组。

3.根据权利要求1所述的共线双波长激光发生装置，其特征在于：所述倍频晶体(102)为基于非临界相位匹配或者准相位匹配条件的非线性晶体。

4.根据权利要求1所述的共线双波长激光发生装置，其特征在于：所述第二透镜(103)为平凸透镜、非球透镜或透镜组。

5.根据权利要求1所述的共线双波长激光发生装置，其特征在于：所述波片(104)对于基频光是λ/2波片，对于倍频光是全波片。

6.根据权利要求1所述的共线双波长激光发生装置，其特征在于：所述检偏器(105)为偏振分束平片、偏振分束棱镜或双折射晶体。

7.根据权利要求1所述的共线双波长激光发生装置，其特征在于：所述二色镜(106)为长波通的二色镜或其他具有相同功能的器件。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的共线双波长激光发生装置的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：

初始基频光经过第一透镜(101)聚焦在倍频晶体(102)内，基频光部分转化为倍频光，剩余的基频光与倍频光一起经过第二透镜(103)准直为平行光束进入波片(104)；

在经过波片(104)后，基频光偏振方向旋转，部分透过检偏器(105)，倍频光偏振方向不变，完全透过检偏器(105)；

在仅需要使用基频光的场合插入二色镜(106)，用于滤除倍频光。

9.根据权利要求8所述的共线双波长激光发生装置的工作方法，其特征在于：在经过波片(104)后，基频光偏振方向旋转，部分透过检偏器(105)的步骤中，透过率与波片旋转角度相关，由波片(104)快轴方向决定，在0-100％范围内调节。

10.根据权利要求8所述的共线双波长激光发生装置的工作方法，其特征在于：所述二色镜(106)为对于基频光高透、对倍频光高反的镜片。

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