CN113708195A - 激光和频发生系统及和频方法 - Google Patents

Abstract

一种激光和频发生系统及和频方法，上述系统包括：激光产生装置、分束组件、第一激光传输结构、第二激光传输结构以及和频组件。激光产生装置用于产生具有第一波长的激光。分束组件用于将激光按照预定功率分配比例分为第一激光和第二激光，第一激光从分束组件反射后输出，第二激光从分束组件透射后输出。第一激光传输结构包括：第一半波片；第二激光传输结构包括：倍频晶体和第二半波片。从第一激光传输结构输出的第一激光和从第二激光传输结构输出的倍频光同步进入和频组件进行和频后输出和频激光。第一半波片及第二半波片的配合使用，使得和频组件的选型与匹配方式具有多种选择，灵活性大，同时该和频激光具有高转换效率和高光束质量。

Description

激光和频发生系统及和频方法

技术领域

本公开属于激光技术领域，涉及一种激光和频发生系统及和频方法。

背景技术

现有技术中，可以通过将一定波长的激光进行分束后再和频的方式产生新的波长的激光。以采用1064nm的激光产生355nm波长的激光为例。通常采用1064nm和532nm进行和频以得到355nm的激光。

然而，发明人在实现本公开技术构思的过程中发现现有技术存在以下技术问题：现有的参与和频的两个波长的激光的功率配比差异较大且无法控制，1064nm的光束质量存在恶化，导致和频转换的效率低以及光束质量差；此外，现有的获得二倍频的装置具有局限性，仅能适用于一种二倍频结构或特定的匹配方式，不具有普适性和灵活度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种激光和频发生系统及和频方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

本公开的一个方面提供了一种激光和频发生系统。激光和频发生系统包括：激光产生装置、分束组件、第一激光传输结构、第二激光传输结构以及和频组件。激光产生装置用于产生具有第一波长的激光。分束组件用于将激光按照预定功率分配比例分为第一激光和第二激光，第一激光从分束组件反射后输出，第二激光从分束组件透射后输出。第一激光传输结构用于对从分束组件反射输出的第一激光进行传输。第二激光传输结构用于对从分束组件透射输出的第二激光进行传输。第二激光传输结构包括：倍频晶体，用于对第二激光进行n倍频转换，以产生波长等于第一波长的n分之一的倍频光，n≥2且n为整数。和频组件设置于第一激光传输结构和第二激光传输结构的输出光路上，从第一激光传输结构输出的第一激光和从第二激光传输结构输出的倍频光同步进入和频组件，通过和频组件实现和频后输出和频激光。其中，第一激光传输结构包括：第一半波片，用于调控第一激光的偏振态以满足和频组件的入射要求；第二激光传输结构还包括：第二半波片，用于调控倍频光的偏振态以满足和频组件的入射要求。

根据本公开的实施例，第二激光传输结构还包括：第三半波片，设置于倍频晶体之前。第三半波片用于调控所述第二激光的偏振态以满足所述倍频晶体的入射要求。

根据本公开的实施例，第二激光传输结构还包括：第二光束整形透镜组，用于对第二激光进行整形以使得第二激光经过倍频晶体后输出得到的倍频光的束腰大小和位置满足和频组件的入射要求；以及第一双色镜，用于将倍频光反射至和频组件。

根据本公开的实施例，第一激光传输结构还包括：第一光束整形透镜组，用于对第一激光进行光束整形，以使得第一激光的束腰大小与倍频光的束腰大小匹配且第一激光的束腰位置满足和频组件的入射要求；以及反射镜，用于将整形后的第一激光反射至和频组件。

根据本公开的实施例，和频组件包括：第二双色镜以及和频晶体。第二双色镜设置于反射镜的反射输出光路上以及第一双色镜的反射输出光路上，上述第二双色镜用于反射倍频光且透射整形后的第一激光。和频晶体，设置于第二双色镜的输出光路上，上述和频晶体用于对倍频光和整形后的第一激光进行和频。

根据本公开的实施例，第一双色镜还用于将经过倍频晶体后未实现倍频的具有第一波长的第二激光透射，以送至吸收池。

根据本公开的实施例，第一激光传输结构和所述第二激光传输结构至少之一包括：相位调整组件，用于对第一激光和第二激光至少之一进行相位调整以使得从所述第一激光传输结构输出的第一激光和从所述第二激光传输结构输出的倍频光同步进入和频组件。在一实施例中，上述相位调整组件为相位延时组件。

根据本公开的实施例，激光和频发生系统还包括：激光输出组件。其中，激光输出组件包括：第三双色镜，用于反射和频激光且透射从和频组件输出的第一激光和倍频光。

根据本公开的实施例，分束组件、所述第一双色镜、所述反射镜和所述第二双色镜与输入光的入射方向呈45°夹角。

根据本公开的实施例，第三双色镜与输入光的入射方向呈45°夹角。

根据本公开的实施例，和频激光的波长处于紫外波段。

根据本公开的实施例，在第一波长为1064nm的情况下，第一激光的功率与第二激光的功率之间的比例k满足：1/2＜k≤3/7。

本公开的另一个方面提供了一种基于如上所述的任一种激光和频发生系统进行的和频方法。上述和频方法包括：将激光产生装置产生的具有第一波长的激光基于分束组件按照预定功率分配比例分为第一激光和第二激光，第一激光从分束组件反射后输出，第二激光从分束组件透射后输出。上述和频方法还包括：对从分束组件反射输出的第一激光基于第一激光传输结构进行传输，以输出至和频组件；第一激光经第一半波片调控后的偏振态满足和频组件的入射要求。上述和频方法还包括：对从分束组件透射输出的第二激光基于第二激光传输结构进行传输，以输出至和频组件，第二激光经倍频晶体进行n倍频转换，以产生波长等于第一波长的n分之一的倍频光，n≥2且n为整数；倍频光经第二半波片调控的偏振态满足和频组件的入射要求。上述和频方法还包括：使倍频光和第一激光同步进入和频组件，通过和频组件实现和频后输出和频激光。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的激光和频发生系统及和频方法，具有以下有益效果：

(1)基于特定分束比例的分束组件可以对第一波长的激光进行精确的分束，得到预定功率分配比例的第一激光和第二激光，第二激光输入第二激光传输结构的倍频晶体后进行n倍频转换，得到波长为第一波长的1/n的倍频光，第一激光输入至第一激光传输结构后进行传输，精确的分束功率配比有助于实现倍频光和第一激光的较好匹配，实现高效率的和频转换；第一半波片的设置，可以根据和频组件的匹配方式来改变第一激光的偏振态；第二半波片的设置，可以使得倍频光的偏振态满足任何和频组件的偏振态输入要求，两者配合使用使得和频组件的选型与匹配方式具有多种选择，灵活性大。

(2)第三半波片的设置，可以使得第二激光的偏振态满足任何倍频晶体的偏振态输入要求，使得倍频晶体的选型与匹配方式具有多种选择，灵活性大。

(3)第一光束整形透镜组的设置，有助于使得输入至和频组件的第一激光保持较高的光束质量，另一方面通过对第一激光进行整形，第一激光的束腰大小与倍频光的束腰大小相互匹配且第一激光的束腰位置满足和频组件的入射要求；第二光束整形透镜组的设置，有助于使得输入至和频组件的倍频光的束腰大小和位置满足和频组件的入射要求；从而基于匹配的倍频光和整形后的第一激光在和频组件实现高转换效率、高光束质量的和频激光输出。

(4)通过设置相位调整组件来精确控制两束和频输入的整形后的第一激光和倍频光实现相位的同步，可以获得高转换效率、高光束质量的和频激光输出。

附图说明

图1为根据本公开实施例所示的激光和频发生系统的结构框图。

图2为根据本公开实施例所示的基于激光和频发生系统进行的和频方法的流程图。

【符号说明】

1-激光和频发生系统；

11-激光产生装置；

12-分束组件；

13-第一激光传输结构；

131-第一半波片； 132-第一光束整形透镜组；

133-反射镜； 134-第一相位调整组件；

14-第二激光传输结构；

141-第三半波片； 132-第二光束整形透镜组；

143-倍频晶体； 144-第一双色镜；

145-第二半波片； 146-第二相位调整组件；

15-和频组件；

151-第二双色镜； 152-和频晶体；

16-激光输出组件；

161-第三双色镜。

具体实施方式

相关技术中，发明人发现，现有的参与和频的两个波长的激光的功率配比差异较大且无法控制，1064nm的光束质量存在恶化，导致和频转换的效率低以及光束质量差；此外，现有的获得二倍频的装置具有局限性，仅能适用于一种二倍频结构或特定的匹配方式，不具有普适性和灵活度。具体而言，从以下几个方面现有技术存在缺陷：(1)参与355nm和频的1064nm和532nm输入功率完全取决于1064实现532nm的二倍频效率，由获得的532nm输出光和剩余的1064nm激光进入和频结构，无法控制进入和频结构的1064nm与532nm的功率配比，无法提高355nm的转换效率。(2)进入和频结构的1064nm是二倍频转换结构中未参与倍频转换的剩余基频光，且光束质量发生恶化，光束质量恶化的1064nm激光进入和频结构，不利于获得高转换效率和高光束质量的355nm激光。(3)进入和频结构的1064nm是二倍频转换结构中未参与倍频转换的剩余基频光，与倍频532nm的光束匹配度存在较大差异，这样的话1064nm与532nm的激光在和频结构中光束匹配度不高，导致355nm输出光的光束质量较差。(4)获得二倍频的实验装置有一定的特异性，仅对一种二倍频结构或匹配方式满足条件，实验装置适用场景固定，不能够根据不同的需要进行灵活运用，不具有普适性。(5)此外，发明人还发现，获得355nm的和频装置并没有使进入和频晶体的1064nm和532nm脉冲同步，从经典物理学角度出发，没有形成两个脉冲完全的共振，因此不会产生高效率的355nm紫外输出。

有鉴于此，本公开提供了一种激光和频发生系统及和频方法，可以在和频组件实现较高效率的和频转换，得到高转换效率、高光束质量的和频激光输出，并且和频晶体的选型与匹配方式具有多种选择，灵活性大。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。“包括A和/或B”的含义为：包括A，包括B或者同时包括A和B。本公开中，“反射”的含义是：对输入光的反射率达99.5％以上，“透射”的含义是：对输入光的透射率达99.5％以上。

本公开的第一个示例性实施例提供了一种激光和频发生系统。

图1为根据本公开实施例所示的激光和频发生系统的结构框图。图1中在同一个光路中示意的多个箭头表示输出光有多种，为了便于说明输出光中各个光束的种类，将这些光束错位开进行示例，本领域技术人员应该理解，实际上这些光束是混在一起的。

根据本公开的实施例，参照图1所示，上述激光和频发生系统1包括：激光产生装置11、分束组件12、第一激光传输结构13、第二激光传输结构14、以及和频组件15。

激光产生装置11用于产生具有第一波长的激光L。在图1中以虚线箭头示意第一波长的激光L。

分束组件12用于将激光按照预定功率分配比例分为第一激光L1和第二激光L2，第一激光L1从分束组件12反射后输出，第二激光L2从分束组件12透射后输出。

上述分束组件12可以是具有特定分束比例的分束镜，以将激光按照预定功率分配比例分为第一激光L1和第二激光L2。

根据本公开的实施例，参照图1所示，分束组件12与输入光的入射方向呈45°夹角。

基于特定分束比例的分束组件可以对第一波长的激光进行精确的分束，得到预定功率分配比例的第一激光和第二激光，第二激光输入第二激光传输结构的倍频晶体后进行n倍频转换，得到波长为第一波长的1/n的倍频光，第一激光输入至第一激光传输结构后进行传输，精确的分束功率配比有助于实现倍频光和第一激光的较好匹配，实现高效率的和频转换。

第一激光传输结构13用于对从分束组件12反射输出的第一激光L1进行传输。

第二激光传输结构14用于对从分束组件12透射输出的第二激光L2进行传输。

第二激光传输结构14包括：倍频晶体143，用于对第二激光L2进行n倍频转换，以产生波长等于第一波长的n分之一的倍频光B2，n≥2且n为整数。在图1中以相较于第一激光L1和第二激光L2示意的虚线箭头更为密集的虚线箭头来示意倍频光B2。

和频组件15设置于第一激光传输结构13和第二激光传输结构14的输出光路上，从第一激光传输结构13输出的第一激光L1和从第二激光传输结构14输出的倍频光B2同步进入和频组件15，通过和频组件15实现和频后输出和频激光H。图1中采用实线箭头示意和频激光H。

参照图1所示，第一激光传输结构13包括：第一半波片131，用于调控第一激光L1的偏振态以满足和频组件15的入射要求。第二激光传输结构14除了包括倍频晶体143之外，还包括：第二半波片145，用于调控倍频光B2的偏振态以满足和频组件15的入射要求。

第一半波片131的设置，可以根据和频组件的匹配方式来改变第一激光的偏振态，第二半波片145的设置，可以使得倍频光的偏振态满足任何和频组件的偏振态输入要求，第一半波片131与第二半波片145两者配合使用使得和频组件(例如和频组件中的和频晶体)的选型与匹配方式具有多种选择，灵活性大。

根据本公开的实施例，参照图1所示，第一激光传输结构13还包括：第一光束整形透镜组132和反射镜133。第一光束整形透镜组132用于对第一激光L1进行光束整形，以使得第一激光L1的束腰大小与倍频光B2的束腰大小匹配且第一激光L1的束腰位置满足和频组件15的入射要求。反射镜133用于将整形后的第一激光L1反射至和频组件15。

根据本公开的实施例，反射镜143与输入光的入射方向呈45°夹角。

根据本公开的实施例，参照图1所示，第二激光传输结构14还包括：第三半波片141，设置于倍频晶体143之前。第三半波片141用于调控第二激光L2的偏振态以满足倍频晶体143的入射要求。

第三半波片141的设置，可以使得第二激光L2的偏振态满足任何倍频晶体143的偏振态输入要求，使得倍频晶体143的选型与匹配方式具有多种选择，灵活性大。

根据本公开的实施例，参照图1所示，第二激光传输结构14进一步还包括：第二光束整形透镜组142和第一双色镜144。第二光束整形透镜组142用于对第二激光L2进行整形以使得第二激光L2经过倍频晶体143后输出得到的倍频光B2的束腰大小和位置满足和频组件15的入射要求。

第一双色镜144用于将倍频光B2反射至和频组件15。根据本公开的实施例，第一双色镜144还用于将经过倍频晶体B2后未实现倍频的具有第一波长的第二激光L2透射，以送至吸收池。

根据本公开的实施例，第一双色镜144与输入光的入射方向呈45°夹角。

第一光束整形透镜组132的设置，有助于使得输入至和频组件的第一激光保持较高的光束质量，另一方面通过对第一激光进行整形，第一激光的束腰大小与倍频光的束腰大小相互匹配且第一激光的束腰位置满足和频组件的入射要求。第二光束整形透镜组142的设置，有助于使得输入至和频组件的倍频光的束腰大小和位置满足和频组件的入射要求；从而基于匹配的倍频光和整形后的第一激光在和频组件实现高转换效率、高光束质量的和频激光输出。

根据本公开的实施例，参照图1所示，和频组件15包括：第二双色镜151以及和频晶体152。

第二双色镜151设置于反射镜133的反射输出光路上以及第一双色镜144的反射输出光路上，上述第二双色镜151用于反射倍频光B2且透射整形后的第一激光L1。

和频晶体152，设置于第二双色镜151的输出光路上，上述和频晶体152用于对倍频光B2和整形后的第一激光L1进行和频。

根据本公开的实施例，参照图1所示，第二双色镜151与输入光的入射方向呈45°夹角。

根据本公开的实施例，第一激光传输结构13和第二激光传输结构14至少之一包括：相位调整组件，用于对第一激光L1和第二激光L2至少之一进行相位调整以使得从所述第一激光传输结构13输出的第一激光L1和从所述第二激光传输结构14输出的倍频光B2同步进入和频组件15。在一实施例中，上述相位调整组件为相位延时组件。

例如参照图1所示，第二激光传输结构14可以包括虚线框内所示意的第二相位调整组件146，第一激光传输结构13可以包括：第一相位调整组件134。根据实际需要可以只设置第一相位调整组件134，或者，只设置第二相位调整组件146，或者，同时设置第一相位调整组件134和第二相位调整组件146。

通过设置相位调整组件来精确控制输入至和频组件的第一激光和倍频光实现相位的同步，可以获得高转换效率、高光束质量的和频激光输出。

需要说明的是，尽管上述以具体的元件和布置来说明第一激光传输结构13和第二激光传输结构14的结构组成以及光路传输状态，但是不作为本公开保护范围的限制，其他可以实现上述功能的元件以及其他组件结构的布局方式也在本公开的保护范围之内。

根据本公开的实施例，参照图1所示，激光和频发生系统1还包括：激光输出组件16。其中，激光输出组件16包括：第三双色镜161，用于反射和频激光H且透射从和频组件15输出的第一激光L1和倍频光B2。

根据本公开的实施例，第三双色镜161与输入光的入射方向呈45°夹角。

需要说明的是，激光输出组件16的设置不局限于实施例的描述，其与输入光的入射方向的夹角可以在0～90°之间变化，以满足输出光束的输出方向的实际要求。另外，激光输出组件16的结构不局限于实施例所示的第三双色镜的结构，还可以是其他可以实现和频激光输出的组件。

下面以第一波长为1064nm来得到355nm和频激光作为示例。

首先基于分束组件12(例如为分束镜)将1064nm的基频光分成二份，功率比例为3∶7，30％的基频光(第一激光)经过分束镜的反射不参加二倍频，70％的基频光(第二激光)透过分束镜进入二倍频晶体(倍频晶体133)。然后30％的基频光经过第一半波片131、第一光束整形透镜组132，70％的基频光在二倍频晶体进行倍频获得532nm激光(倍频光)，并经过第二半波片145进行偏振态调控后传输至包括第二双色镜151以及和频晶体152的和频组件15。最后经整形后的30％的基频光(整形后的第一激光)与532nm激光(倍频光)在和频组件进行和频，获得355nm输出光(和频激光)。70％的基频光在进入二倍频晶体进行倍频之前还可以先经过第二光束整形透镜组142进行整形。

第一光束整形透镜组132的作用至少包括：将分束组件12直接反射的这部分1064nm基频光缩束到可与70％1064nm基频光倍频产生的532nm激光匹配且束腰恰好处在和频晶体152的前端以此获得高光束质量的355nm紫外输出。30％的1064nm基频光未参与二倍频，直接经分束组件12反射，因此保持着基频光的较高的光束质量，经过第一光束整形透镜组132的缩束，可与倍频获得的532nm激光的束腰大小与位置较为理想的配合，获得高光束质量的355nm紫外输出。第一光束整形透镜组132在这里的作用是缩束，因为1064nm转换为532nm后，532nm的光束直径变化为原1064nm的0.7倍。

第二光束整形透镜组142的作用至少包括：将分束组件12透射的这部分1064nm基频光获得的532nm输出光的束腰大小满足进入和频晶体152的要求，束腰位置恰好处在和频晶体152的前端。根据和频晶体的参数与355nm输出光的设计目标可以倒推出532nm输出光的束腰大小与束腰位置需要满足的条件，再由532nm的输出要求与1064nm基频光的参数即可得到第二光束整形透镜组142的参数。

本实例中，二倍频晶体的作用是用于产生532nm倍频光，由于在二倍频晶体前，存在第三半波片141，二倍频晶体的选取更加灵活，不局限于一种晶体或一种匹配方式。

经分束组件的分光处理，参与和频的1064nm与532nm之间会产生相位差，再加上基频1064nm激光的脉冲宽度较窄，脉宽介于百飞秒至10ps(皮秒)之间，会使得1064nm的脉冲与532nm的脉冲不能同步，大大影响和频效率。要保证1064nm与532nm同步进入和频晶体，必须使得分束镜分出的两条光路的光程差为零，在按照图1中不含虚线框元件(第二相位调整组件146)所示的光路图放置光学器件的前提下，经计算30％的1064nm基频光这条光路的总光程较短，因此在光路中放置第一相位调整组件134增加光程满足与另一条光路的同步的要求。本实施例中，第一相位调整组件134为相位延时组件，例如可以是相位延时玻璃板或者其他相位延时的光学结构。

在实际光路中30％的1064nm基频光和70％的1064nm基频光的这两条光路均有可能出现光程短的情况，因此也可将相位调整组件放置在获得倍频532nm这条光路中，对于相位调整组件的选择，也可根据需求灵活使用，不必局限于玻璃板。在其他条件都满足的情况下，可以通过微调相位延时玻璃板来观察355nm的输出功率，当355nm输出功率最大时，两条光路的相位差即为零。

根据本公开的实施例，在第一波长为1064nm的情况下，第一激光的功率与第二激光的功率之间的比例k满足：1/2＜k≤3/7，上述实施例以k＝3/7作为示例。

按照能量守恒定则，1064nm基频光与532nm倍频光的功率比接近1：2时，入射到和频晶体即可获得355nm紫外输出，在和频过程中，1064nm和532nm的功率配比对355nm的产生至关重要。其中，1064nm的输入功率对355nm的转换效率起着决定性的作用，当功率配比接近并稍稍大于1：2时，同等情况下，355nm的输出功率更高，因此本公开采用的光子数比大于0.5。例如10W基频光有3W经分束镜的反射不参与二倍频，剩余的7W参与二倍频可获得接近4.9W的532nm输出光，二倍频转换效率为70％，再由3W基频光与4.9W的532nm倍频光和频产生355nm紫外输出，如此，进入和频晶体的1064nm与532nm的功率配比约为0.61，大于0.5，这样可获得更高功率的355nm激光输出。

本公开的激光和频发生系统可以适用于各种波段下能够实现和频的激光，激光发生装置产生的第一波长的激光的波长值不局限于1064nm，还可以是其他波段的激光，例如1030nm。

根据本公开的实施例，上述和频激光的波长处于紫外波段。

本实施例的激光和频发生系统基于特定分束比例的分束组件可以对第一波长的激光进行精确的分束，得到预定功率分配比例的第一激光和第二激光，第二激光输入第二激光传输结构的倍频晶体后进行n倍频转换，得到波长为第一波长的1/n的倍频光，第一激光输入至第一激光传输结构后进行传输，精确的分束功率配比有助于实现倍频光和第一激光的较好匹配，实现高效率的和频转换；第一半波片的设置，可以根据和频组件的匹配方式来改变第一激光的偏振态；第二半波片的设置，可以使得倍频光的偏振态满足任何和频组件的偏振态输入要求，两者配合使用使得和频组件的选型与匹配方式具有多种选择，灵活性大。

本公开的第二个示例性实施例提供了一种采用如上所述的激光和频发生系统进行的和频方法。

图2为根据本公开实施例所示的基于激光和频发生系统进行的和频方法的流程图。

根据本公开的实施例，参照图2所示，上述和频方法包括以下步骤：S21～S24。

在步骤S21，将激光产生装置产生的具有第一波长的激光基于分束组件按照预定功率分配比例分为第一激光和第二激光，第一激光从分束组件反射后输出，第二激光从分束组件透射后输出。

在步骤S22，对从分束组件反射输出的第一激光基于第一激光传输结构进行传输，以输出至和频组件；第一激光经第一半波片调控后的偏振态满足和频组件的入射要求。

在步骤S23，对从分束组件透射输出的第二激光基于第二激光传输结构进行传输，以输出至和频组件，第二激光经倍频晶体进行n倍频转换，以产生波长等于第一波长的n分之一的倍频光，n≥2且n为整数；倍频光经第二半波片调控的偏振态满足和频组件的入射要求。

在步骤S24，使倍频光和第一激光同步进入和频组件，通过和频组件实现和频后输出和频激光。

基于上述和频方法可以获得高效率、高光束质量的紫外波段的激光输出。

综上所述，本公开的实施例提供了一种激光和频发生系统及和频方法，精确的分束功率配比有助于实现倍频光和第一激光的较好匹配，实现高效率的和频转换；第一半波片和第二半波片的设置使得和频组件的选型与匹配方式具有多种选择，灵活性大。第三半波片的设置，可以使得第二激光的偏振态满足任何倍频晶体的偏振态输入要求，使得倍频晶体的选型与匹配方式具有多种选择，灵活性大。

第一光束整形透镜组的设置，有助于使得输入至和频组件的第一激光保持较高的光束质量，另一方面通过对第一激光进行整形，第一激光的束腰大小与倍频光的束腰大小相互匹配且第一激光的束腰位置满足和频组件的入射要求。

第二光束整形透镜组的设置，有助于使得输入至和频组件的倍频光的束腰大小和位置满足和频组件的入射要求；从而基于匹配的倍频光和整形后的第一激光在和频组件实现高转换效率、高光束质量的和频激光输出。

通过设置相位调整组件来精确控制两束和频输入的整形后的第一激光和倍频光实现相位的同步，可以获得高转换效率、高光束质量的和频激光输出。

还需要说明的是，说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

再者，单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

除非存在技术障碍或矛盾，本公开的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本公开的保护范围中。

除非另作定义，本公开实施例以及附图中，同一标号代表同一含义。为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大；并且，本公开一些实施例的附图中，只示出了与本公开构思相关的结构，其他结构可参考通常设计。另外，一些附图只是示意出本公开实施例的基本结构，而省略了细节部分。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光和频发生系统，其特征在于，包括：

激光产生装置，用于产生具有第一波长的激光；

分束组件，用于将所述激光按照预定功率分配比例分为第一激光和第二激光，所述第一激光从所述分束组件反射后输出，所述第二激光从所述分束组件透射后输出；

第一激光传输结构，用于对从所述分束组件反射输出的所述第一激光进行传输；

第二激光传输结构，用于对从所述分束组件透射输出的所述第二激光进行传输，所述第二激光传输结构包括：倍频晶体，用于对所述第二激光进行n倍频转换，以产生波长等于所述第一波长的n分之一的倍频光，n≥2且n为整数；

和频组件，设置于所述第一激光传输结构和所述第二激光传输结构的输出光路上，从所述第一激光传输结构输出的第一激光和从所述第二激光传输结构输出的倍频光同步进入所述和频组件，通过所述和频组件实现和频后输出和频激光；

其中，所述第一激光传输结构包括：第一半波片，用于调控所述第一激光的偏振态以满足所述和频组件的入射要求；所述第二激光传输结构还包括：第二半波片，用于调控所述倍频光的偏振态以满足所述和频组件的入射要求。

2.根据权利要求1所述的激光和频发生系统，其特征在于，所述第二激光传输结构还包括：

第三半波片，设置于所述倍频晶体之前，所述第三半波片用于调控所述第二激光的偏振态以满足所述倍频晶体的入射要求。

3.根据权利要求1或2所述的激光和频发生系统，其特征在于，所述第二激光传输结构还包括：

第二光束整形透镜组，用于对所述第二激光进行整形以使得所述第二激光经过所述倍频晶体后输出得到的倍频光的束腰大小和位置满足所述和频组件的入射要求；以及

第一双色镜，用于将所述倍频光反射至所述和频组件。

4.根据权利要求3所述的激光和频发生系统，其特征在于，所述第一激光传输结构还包括：

第一光束整形透镜组，用于对第一激光进行光束整形，以使得所述第一激光的束腰大小与所述倍频光的束腰大小匹配且所述第一激光的束腰位置满足所述和频组件的入射要求；以及

反射镜，用于将整形后的所述第一激光反射至所述和频组件。

5.根据权利要求4所述的激光和频发生系统，其特征在于，所述和频组件包括：

第二双色镜，设置于所述反射镜的反射输出光路上以及所述第一双色镜的反射输出光路上，所述第二双色镜用于反射所述倍频光且透射整形后的所述第一激光；以及

和频晶体，设置于所述第二双色镜的输出光路上，用于对所述倍频光和整形后的所述第一激光进行和频。

6.根据权利要求1所述的激光和频发生系统，其特征在于，所述第一激光传输结构和所述第二激光传输结构至少之一包括：

相位调整组件，用于对所述第一激光和所述第二激光至少之一进行相位调整以使得从所述第一激光传输结构输出的第一激光和从所述第二激光传输结构输出的倍频光同步进入所述和频组件。

7.根据权利要求1所述的激光和频发生系统，其特征在于，还包括：激光输出组件，其中，所述激光输出组件包括：第三双色镜，用于反射所述和频激光且透射从所述和频组件输出的第一激光和倍频光。

8.根据权利要求5所述的激光和频发生系统，其特征在于，

所述分束组件、所述第一双色镜、所述反射镜和所述第二双色镜与输入光的入射方向呈45°夹角；和/或，

所述和频激光的波长处于紫外波段。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述第一波长为1064nm的情况下，所述第一激光的功率与所述第二激光的功率之间的比例k满足：1/2＜k≤3/7。

10.一种基于权利要求1-9中任一项所述的激光和频发生系统进行的和频方法，其特征在于，包括：

将激光产生装置产生的具有第一波长的激光基于所述分束组件按照预定功率分配比例分为第一激光和第二激光，所述第一激光从所述分束组件反射后输出，所述第二激光从所述分束组件透射后输出；

对从所述分束组件反射输出的所述第一激光基于所述第一激光传输结构进行传输，以输出至所述和频组件；所述第一激光经所述第一半波片调控后的偏振态满足所述和频组件的入射要求；

对从所述分束组件透射输出的所述第二激光基于所述第二激光传输结构进行传输，以输出至所述和频组件，所述第二激光经所述倍频晶体进行n倍频转换，以产生波长等于所述第一波长的n分之一的倍频光，n≥2且n为整数；所述倍频光经所述第二半波片调控的偏振态满足所述和频组件的入射要求；

使所述倍频光和所述第一激光同步进入所述和频组件，通过所述和频组件实现和频后输出和频激光。

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