CN114336259B - 一种紫外宽波段调谐频率转换方法、器件和激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外宽波段调谐频率转换方法、器件和激光器，利用紫外透过的非线性光学晶体，将晶体沿着一定方向切割，以超快激光光刻的形式，在晶体内部加工出有序区域和无序区域周期排布的相位光栅，通过控制基频光入射角度或非线性光学晶体温度来改变相位光栅有效周期长度，从而调节基频光和倍频光或和频光的相位差提供可调谐相位补偿，满足相位匹配条件，并且可以同时实现多种偏振形式下的相位匹配，从而实现紫外宽波段调谐频率转换，便于进行波长和功率探测；本发明为紫外宽波段光学频率转换提供新途径，摆脱传统相位匹配依赖特定偏振方向的限制，充分利用泵浦光源，具有输出功率高、可调谐波长范围宽、不受偏振限制等优势。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，更具体的说是涉及一种紫外宽波段调谐频率转换的方法、器件和激光器。
背景技术
非线性光学晶体是激光科学与技术发展的核心材料，被广泛用于激光的频率转换和激光调制；可调谐频率转换器件通过非线性光学效应，利用非线性光学晶体来扩展激光波长范围和发展各种波段。
非线性频率转换必须满足相位匹配条件，一般来说要求非线性光学晶体要首先满足3个基本条件：(1)晶体在结构上必须是非中心对称的，具有二阶非线性光学效应；(2)在所应用的波段必须透明；(3)非线性光学晶体要有较大的双折射，能实现相位匹配。
紫外宽波段调谐激光在超高能量分辨率光电子能谱仪和光电子发射显微镜等先进科学仪器和生物医学、环境监测、化学反应动力学等基础研究方面发挥着重要的作用。
但是，受限于现有非线性频率转换技术，目前实现的激光调谐范围有限并且依赖于特定的非线性光学晶体和特定的相位匹配形式，特别是对于紫外波段来说，适合的非线性光学晶体稀缺且一般不满足传统的相位匹配条件。
因此，提供一种能够实现紫外宽波段频率转换的方法、器件和激光器是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种紫外宽波段频率转换的方法、器件和激光器，实现了紫外宽波段非线性频率转换。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种紫外宽波段调谐频率转换方法，包括：在紫外波段透过的非线性光学晶体内部引入有序区域和无序区域周期排布的相位光栅，通过改变入射激光的相位匹配角度或所述非线性光学晶体的温度来调节相位光栅的有效周期，调节非线性相互作用光波的相位关系进行相位补偿从而满足非线性频率转换的相位匹配条件，调节不同相位偏振形式下相位匹配类型的分布来控制偏振输出分布，完成紫外宽波段可调谐频率转换。
优选的，所述相位光栅的排布方向为Z方向，根据Z方向建立空间直角坐标系，入射激光与Z方向的夹角为θ，入射激光与X方向的夹角为φ，0°<θ<90°，0°<φ<90°，(θ,φ)为所述相位匹配角度。
优选的，改变所述相位匹配角度中的θ来调节相位光栅的有效周期，所述有效周期为所述有效周期的范围为0.1-1000μm，其中∧为所述相位光栅的周期宽度，∧＝La+Lb，La为所述有序区域的宽度，Lb为所述无序区域的宽度，La和Lb的范围均为0.1-100μm。
优选的，入射激光通过所述有序区域时的相位差为 入射激光通过所述无序区域时的相位差为/>m和n为整数，所述非线性频率转换的相位匹配条件具体为所述非线性相互作用光波每经过一个周期的相位光栅产生的相位差/>2Nπ，N为正整数。
优选的，固定相位匹配角度中的θ调节φ可以控制不同偏振形式下不同相位匹配类型的分布，从而控制偏振输出分布。
优选的，可调谐的波长范围为100-400nm。
优选的，所述非线性光学晶体的温度调节范围为-100℃-300℃。
一种紫外宽波段调谐频率转换器件，采用紫外透过的非线性光学晶体，所述非线性光学晶体包括有序区域和无序区域周期排布的相位光栅；所述相位光栅是通过激光加工技术周期性破坏晶体局部结构实现的；入射激光通过所述有序区域和所述无序区域时产生相位差；
所述有序区域表现为各项异性，具有非线性光学效应，可进行非线性频率转换，入射激光通过所述有序区域的相位差为
所述无序区域表现为各向同性，不具有非线性光学效应，入射激光所述无序区域的相位差为
其中，m和n为整数，(θ,φ)为所述相位匹配角度，0°<θ<90°，0°<φ<90°；
所述有序区域和所述无序区域周期排布的相位光栅的周期长度为所述相位光栅的周期宽度，入射方向上的实际相位光栅的周期长度为有效周期；所述相位光栅的周期宽度∧＝La+Lb，La为所述有序区域的宽度，Lb为所述无序区域的宽度，La和Lb的范围均为0.1-100μm，光栅沿着晶体Z轴排布时所述有效周期为所述有效周期的范围0.1-1000μm；
所述紫外宽波段调谐频率转换器件可调谐的波长范围为100-400nm。
所述非线性光学晶体的温度调节范围为-100℃-300℃。
一种紫外宽波段调谐频率转换激光器，包括：沿光路传播方向依次设置的泵浦源、聚焦系统、宽波段调谐频率转换器件、棱镜和探测器；当调谐波长小于200nm时，还包括手套箱，所述宽波段调谐频率转换器件、所述棱镜和所述探测器均设置于所述手套箱内，所述手套箱内真空或填充氮气，用于防止空气对深紫外光波的吸收；
所述泵浦源发出激光，通过所述聚焦系统聚焦后以一定角度进入所述紫外宽波段调谐频率转换器件中，控制所述激光入射角度或调节晶体温度来控制相互作用光波的相位关系进行相位补偿，调节不同相位偏振下相位匹配类型的分布，实现高效率宽波段可调谐倍频及和频转换，转换后的激光经过所述棱镜将不同波长的光分开以便于观测，所述棱镜分出的光进入到所述探测器中进行波长和功率检测反馈。
优选的，所述的一种紫外宽波段调谐频率转换激光器，还包括镜架，所述宽波段调谐频率转换器件固定于所述镜架上，用于调节所述泵浦源发出的激光进入所述宽波段调谐频率转换器件的方向。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种紫外宽波段调谐频率转换方法、器件和激光器，适用于所有非中心对称的非线性光学晶体，不受传统晶体双折射的限制，通过角度或温度调谐可以实现晶体透过范围内的任意波段的宽波段可调谐频率转化，实现了紫外宽波段可调谐频率转换。
本发明是不受偏振形式限制的，可以在一块晶体上同时实现多种偏振形态下的相位匹配，填补传统调谐频率转换器件只能依赖一种相位匹配类型的空白；通过调节入射角度或晶体温度可以控制不同偏振形式下相位匹配类型的占比，根据实际需求控制倍频光波输出的偏振度和偏振分布，具有高集成、调谐灵活、调谐波段宽等优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种紫外宽波段调谐频率转换器件结构示意图；
图2附图为本发明提供的一种紫外宽波段调谐频率转换激光器结构图；
图3附图为本发明提供的石英晶体作紫外宽波段调谐频率转换器件激光输出波长图谱；
图4附图为本发明提供的石英晶体紫外宽波段调谐频率转换器件波长为250nm倍频光波的不同偏振输出分布；
其中1-晶体有序区域，2-晶体无序区域，3-泵浦源发出的光入射方向，4-泵浦源，5-聚焦系统，6-紫外宽波段调谐频率转换器件，7-棱镜，8-泵浦光，9-棱镜分出的倍频光，10-探测计。
具体实施方式
下面将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。
本发明实施例公开了一种紫外宽波段调谐频率转换方法，包括：在非线性光学晶体内部引入有序区域和无序区域周期排布的相位光栅，通过改变入射激光的相位匹配角度或非线性光学晶体的温度来调节相位光栅的有效周期，调节非线性相互作用光波的相位关系进行相位补偿从而满足非线性频率转换的相位匹配条件，完成相位匹配以实现紫外宽波段可调谐频率转换，同时通过相位匹配角度或非线性光学晶体温度调谐可以调节不同相位偏振形式下相位匹配类型的分布来控制偏振输出分布。
为了进一步实施上述技术方案，相位光栅的排布方向为Z方向，根据Z方向建立空间直角坐标系，入射激光与Z方向的夹角为θ，入射激光与X方向的夹角为φ，0°<θ<90°，0°<φ<90°，(θ,φ)为相位匹配角度。
为了进一步实施上述技术方案，改变相位匹配角度中的θ来调节相位光栅的有效周期，有效周期为有效周期的范围为0.1-1000μm，其中∧为相位光栅的周期宽度，∧＝La+Lb，La为有序区域的宽度，Lb为无序区域的宽度，La和Lb的范围均为0.1-100μm。
为了进一步实施上述技术方案，入射激光通过有序区域时的相位差为入射激光通过无序区域时的相位差为/> m和n为整数，相位匹配条件具体为非线性相互作用光波每经过一个周期的相位光栅产生的相位差/>N为正整数。
具体的，入射激光在通过晶体有序区域产生的相位差为 Δk(θ,φ)是基频光和倍频光的波矢差；在通过晶体无序区域产生的相位差为/>n1,n2和n3是相互作用波的折射率；通过改变入射激光的相位匹配角度或非线性光学晶体的温度来调节相位光栅的有效周期，从而使基频光和倍频光通过有序区域和无序区域的相位差满足/>N为正整数，对不同波长的入射光完成相位匹配以实现紫外宽波段可调谐频率转换。
为了进一步实施上述技术方案，固定相位匹配角度中的θ调节φ来控制不同偏振形式下不同相位匹配类型的分布，从而控制偏振输出分布。
为了进一步实施上述技术方案，可调谐的波长范围为100-400nm。
本实施例中非线性光学晶体的温度调节范围为-100℃-300℃。
一种紫外宽波段调谐频率转换器件，采用非线性光学晶体，非线性光学晶体包括有序区域和无序区域周期排布的相位光栅；相位光栅是通过激光加工技术周期性破坏晶体局部结构实现的；入射激光通过所述有序区域和所述无序区域时产生相位差；
加工技术是指可以破坏晶体周期晶格结构的工艺，采用激光光刻技术但不限于激光光刻技术。
有序区域表现为各项异性，具有非线性光学效应，进行非线性频率转换，入射激光通过有序区域的相位差为
无序区域表现为各向同性，不具有非线性光学效应，无序区域的相位差为
其中，m和n为整数，(θ,φ)为相位匹配角度，0°<θ<90°，0°<φ<90°；
有序区域和无序区域周期排布的相位光栅的周期长度为相位光栅的周期宽度，入射方向上的实际相位光栅的周期长度为有效周期；相位光栅的周期宽度∧＝La+Lb，La为有序区域的宽度，Lb为无序区域的宽度，La和Lb的范围均为0.1-100μm，有效周期为有效周期的范围0.1-1000μm；
紫外宽波段调谐频率转换器件可调谐的波长范围为100-400nm。
本实施例中非线性光学晶体的温度调节范围为-100℃-300℃。
本实施例中，非线性光学晶体可以但不仅限于采用石英(SiO2)晶体、三硼酸锂(LBO)晶体、三硼酸铯(CBO)晶体、偏硼酸钡(β-BBO)晶体、磷酸硼(BPO4)晶体、四硼酸锶(SBO)晶体、氟硼铍酸钾(KBBF)晶体、磷酸二氢钾(KDP)晶体、氟化钡镁(MgBaF4)晶体等紫外非线性光学晶体。
将晶体沿着一定方向采用但不限于激光光刻等加工技术获得垂直于通光方向的周期相位光栅，垂直于切向的表面抛光；沿着晶体切割方向加工的光栅排布方向可以是晶体光学主轴X、Y、Z方向，也可以是任意方向，加工技术是指可以破坏晶体周期晶格结构的工艺。
非线性光学晶体加工方向长度为0.1-100mm，进一步优选的为2-10mm，晶体的截面为圆形、方形或者任意形状。
非线性光学晶体的激光入射面镀以对基频光和倍频光均高透过的介质膜或不镀膜，激光出射面镀以对基频光波高反射且对倍频光波高透过的介质膜或不镀膜。
一种紫外宽波段调谐频率转换激光器，如图2，包括：沿光路传播方向依次设置的泵浦源、聚焦系统、宽波段调谐频率转换器件、棱镜和探测器；当调谐波长小于200nm时，还包括手套箱，宽波段调谐频率转换器件、棱镜和探测器均设置于手套箱内，手套箱内真空或填充氮气，用于防止空气对深紫外光波的吸收；
泵浦源发出激光，通过聚焦系统聚焦后以一定角度进入紫外宽波段调谐频率转换器件中，控制激光入射角度或调节晶体温度来控制相互作用光波的相位关系进行相位补偿，调节不同相位偏振下相位匹配类型的分布，实现高效率宽波段可调谐倍频及和频转换，转换后的激光经过棱镜将不同波长的光分开以便于观测，棱镜分出的光进入到探测器中进行波长和功率检测反馈。
泵浦源为连续激光泵浦源或脉冲激光泵浦源，聚焦系统为凸透镜、柱透镜、锥透镜、非球面透镜等，棱镜为紫外熔融石英棱镜、氟化钙棱镜，可以将不同波长的光分开以便于观测，探测计可探测倍频光波长和功率。
为了进一步实施上述技术方案，一种紫外宽波段调谐频率转换激光器，还包括镜架，宽波段调谐频率转换器件固定于镜架上，用于调节泵浦源发出的激光进入宽波段调谐频率转换器件的方向。
实施例1：石英(SiO2)晶体紫外宽波段调谐频率转换器件
宽波段频率转换器件的制备过程：如图1所示，紫外非线性光学晶体为石英晶体，晶体按Z方向切割，长度为5mm，在切割方向Z方向上通过超快激光直写技术加工周期排布的相位光栅，其中有序区域和无序区域宽度均为La＝Lb＝2.1μm，整个加工区间晶体长度为4.2mm，共设置1000个相位光栅，晶体截面为4mm×4mm，晶体垂直于Z方向的表面抛光。
实验装置如图2所示，泵浦源4是光参量振荡脉冲激光器，波长调谐范围为410nm-2200nm，其脉冲宽度为10ns，重复频率为10Hz；聚焦系统5是焦距为15cm的凸透镜；紫外宽波段调谐频率转换器件6的沿着Z方向的光栅周期为Λ＝La+Lb＝2.1+2.1＝4.2μm；氟化钙棱镜7可以将泵浦光和倍频光波分出来，方便倍频光的探测和应用。
光参量振荡器4发出的确定波长的激光，经过聚焦系统5聚焦后进入紫外宽波段调谐频率转换器件6中，通过镜架调节激光进入石英晶体的方向(θ,φ)调节有效光栅长度使得相互作用光波满足相位匹配关系/>从而获得高效率频率转换，转换后的激光经过棱镜7后将不同波长的光分开以便于探测器10进行波长和功率探测，调节入射激光的波长和对应的相位匹配角度，可实现紫外宽波段可调谐激光输出，输出宽波段波长图谱如图3,角度调谐范围为0°<θ<73°(φ＝90°)，宽波段调谐光谱范围为221nm-332nm。
在固定波长和相位匹配角度θ的前提下，通过调节方位角φ可以控制不同偏振形式下不同相位匹配类型占比，可以控制偏振输出。如在入射波长500nm，相位匹配角度为θ＝29.6°时满足相位匹配条件，控制方位角φ在0°-90°变化，输出的波长为250nm的倍频光波的e光偏振和o光偏振分布如图4所示。
实施例2：磷酸硼(BPO4)晶体紫外宽波段调谐频率转换器
如实施例1所述，所不同的是：所用非线性光学晶体为磷酸硼(BPO4)晶体，晶体长度为3.2mm，磷酸硼(BPO4)晶体每个光栅周期内有序区域和无序区域宽度均为1.5μm，共加工1000个相位光栅，调节入射激光的入射角度满足相位匹配条件，可获得紫外宽波段可调谐激光，入射光波波长范围为410nm-800nm，角度调谐范围为0°<θ<84°(0°<φ<90°)，宽波段调谐光谱范围为205nm-400nm。
实施例3：三硼酸锂(LBO)晶体真空深紫外宽波段频率转换器
如实施例1所述，所不同的是：所用非线性光学晶体为三硼酸锂(LBO)晶体，晶体沿X方向切割，切割长度为4mm，磷酸硼(BPO4)晶体每个光栅周期内有序区域宽度为La＝0.96μm，无序区域宽度为Lb＝2.88μm；泵浦源4为光参量放大器，波长调谐范围320nm-2600nm，重复频率为1MHz；入射光波波长范围为320nm-480nm，调节入射激光的入射角度满足相位匹配条件 可获得真空深紫外宽波段调谐光谱范围为160nm-240nm。
因为空气对波长小于200nm的真空深紫外激光具有强烈的吸收，紫外宽波段调谐频率转换器件6、棱镜7和探测器10需要放置在手套箱中，手套箱提供真空或氮气环境。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种紫外宽波段调谐频率转换方法，其特征在于，包括：在紫外波段透过的非线性光学晶体内部引入有序区域和无序区域周期排布的相位光栅，通过改变入射激光的相位匹配角度或所述非线性光学晶体的温度来调节相位光栅的有效周期，调节非线性相互作用光波的相位关系进行相位补偿，以满足非线性频率转换的相位匹配条件，完成相位匹配以实现紫外宽波段可调谐频率转换；同时通过调节所述相位匹配角度或所述非线性光学晶体温度来调节不同相位偏振形式下相位匹配类型的分布来控制偏振输出；
所述相位光栅的排布方向为晶体光学主轴X、Y、Z方向或者任意方向，根据Z方向建立空间直角坐标系，入射激光与Z方向的夹角为θ，入射激光与X方向的夹角为φ，0°＜θ＜90°，0°＜φ＜90°，(θ，φ）为所述相位匹配角度；
改变所述相位匹配角度(θ，φ）来调节相位光栅的有效周期，当所述相位光栅沿着Z方向排布，所述有效周期为所述有效周期的范围为0.1-1000μm，其中∧为所述相位光栅的周期宽度，∧＝La+Lb，La为所述有序区域的宽度，Lb为所述无序区域的宽度，La和Lb的范围均为0.1-100μm；
所述有序区域表现为各项异性，具有非线性光学效应，进行非线性频率转换，入射激光通过所述有序区域的相位差为
所述无序区域表现为各向同性，不具有非线性光学效应，入射激光通过所述无序区域的相位差为
其中，m和n为整数。
2.根据权利要求1所述的一种紫外宽波段调谐频率转换方法，其特征在于，所述非线性频率转换的相位匹配条件具体为所述非线性相互作用光波每经过一个周期的相位光栅产生的相位差N为正整数。
3.根据权利要求1所述的一种紫外宽波段调谐频率转换方法，其特征在于，固定相位匹配角度中的θ调节φ来控制不同偏振形式下不同相位匹配类型的分布，从而控制偏振输出分布。
4.根据权利要求1所述的一种紫外宽波段调谐频率转换方法，其特征在于，可调谐的波长范围为100-400nm。
5.根据权利要求1所述的一种紫外宽波段调谐频率转换方法，其特征在于，所述非线性光学晶体的温度调节范围为-100℃-300℃。
6.一种紫外宽波段调谐频率转换器件，基于权利要求1-5所述的一种紫外宽波段调谐频率转换方法，其特征在于，采用紫外波段透过的非线性光学晶体，所述非线性光学晶体包括有序区域和无序区域周期排布的相位光栅；所述相位光栅是通过激光加工技术周期性破坏晶体局部结构实现的；入射激光通过所述有序区域和所述无序区域时产生相位差；
所述有序区域表现为各项异性，具有非线性光学效应，进行非线性频率转换，入射激光通过所述有序区域的相位差为
所述无序区域表现为各向同性，不具有非线性光学效应，入射激光通过所述无序区域的相位差为
其中，m和n为整数，(θ，φ)为所述相位匹配角度，0°<θ<90°，0°<φ<90°；
所述有序区域和所述无序区域周期排布的相位光栅的周期长度为所述相位光栅的周期宽度，入射方向上的实际相位光栅的周期长度为有效周期；所述相位光栅的周期宽度∧＝La+Lb，La为所述有序区域的宽度，Lb为所述无序区域的宽度，La和Lb的范围均为0.1-100μm，所述有效周期为∧(θ，φ)，所述有效周期的范围为0.1-1000μm；
所述紫外宽波段调谐频率转换器件可调谐的波长范围为100-400nm。
7.一种紫外宽波段调谐频率转换激光器，基于权利要求6所述的一种紫外宽波段调谐频率转换器件，其特征在于，包括：沿光路传播方向依次设置的泵浦源、聚焦系统、宽波段调谐频率转换器件、棱镜和探测器；
所述泵浦源发出激光，通过所述聚焦系统聚焦后以一定角度进入所述紫外宽波段调谐频率转换器件中，控制所述激光入射角度或调节晶体温度来控制相互作用光波的相位关系进行相位补偿，调节不同相位偏振下相位匹配类型的分布，实现高效率宽波段可调谐倍频及和频转换，转换后的激光经过所述棱镜将不同波长的光分开以便于观测，所述棱镜分出的光进入到所述探测器中进行波长和功率检测反馈；
当调谐波长小于200nm时，还包括手套箱，所述宽波段调谐频率转换器件、所述棱镜和所述探测器均设置于所述手套箱内，所述手套箱内真空或填充氮气，用于防止空气对深紫外光波的吸收。
8.根据权利要求7所述的一种紫外宽波段调谐频率转换激光器，其特征在于，还包括镜架，所述宽波段调谐频率转换器件固定于所述镜架上，用于调节所述泵浦源发出的激光进入所述宽波段调谐频率转换器件的方向。
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| US5787102A (en) * | 1996-11-20 | 1998-07-28 | Lightwave Electronics Corporation | Light generating device and method using a periodically structured non-linear material and orthogonal optical interaction |
| JP3076802U (ja) * | 2000-09-14 | 2001-04-20 | 衍介 黄 | 準位相整合非線形光学的単結晶及びこれを用いた固体レーザー発生装置 |
| JP2005504361A (ja) * | 2001-10-03 | 2005-02-10 | キネティック リミテッド | 非線形光学装置 |
| CN101162828A (zh) * | 2007-11-28 | 2008-04-16 | 福州高意通讯有限公司 | 一种腔内倍频激光器 |
| WO2010102369A2 (en) * | 2009-03-12 | 2010-09-16 | Patel Navin Bhailalbhai | Nonlinear optical device using non-centrosymmetric cubic materials for frequency conversion |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5787102A (en) * | 1996-11-20 | 1998-07-28 | Lightwave Electronics Corporation | Light generating device and method using a periodically structured non-linear material and orthogonal optical interaction |
| JP3076802U (ja) * | 2000-09-14 | 2001-04-20 | 衍介 黄 | 準位相整合非線形光学的単結晶及びこれを用いた固体レーザー発生装置 |
| JP2005504361A (ja) * | 2001-10-03 | 2005-02-10 | キネティック リミテッド | 非線形光学装置 |
| CN101162828A (zh) * | 2007-11-28 | 2008-04-16 | 福州高意通讯有限公司 | 一种腔内倍频激光器 |
| WO2010102369A2 (en) * | 2009-03-12 | 2010-09-16 | Patel Navin Bhailalbhai | Nonlinear optical device using non-centrosymmetric cubic materials for frequency conversion |
| CN110068979A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-30 | 山东大学 | 一种可见到紫外波段光学频率转换器 |
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