CN209561855U - 一种腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种激光腔内基波给产生的参量振荡和参量振荡产生的新激光波的倍频转换激光器，包括：第一谐振腔、第二谐振腔、基波增益介质、参量振荡腔体的参量振荡晶体、参量振荡产生的新波的倍频介质和倍频分出的光学分光部件；第二谐振腔与参量放大晶体相对设置，在参量放大晶体的至少一个端面上设计晶体界面成为布鲁斯特角度，参量振荡晶体将基波转换为信号波和闲置波并通过参量谐振腔谐振；倍频模块位于信号波的光路径上，通过倍频模块得到倍频以后的信号波；信号波通过倍频模块得到倍频信号波。同样的道理，也可以得到闲置波的倍频。本实用新型通过设置参量振荡晶体及倍频模块，实现激光腔内的二次频率转换，产生频率可调谐的激光辐射。

Description

一种腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，特别涉及一种腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器。

背景技术

近年来，特定光频激光器件的应用越来越多。各种光的颜色，如，远红外，红外，红色，黄色，橙色，绿色，蓝色，和紫外的激光、可调谐波长的光源是为了显示图像具有更广泛的色彩范围，生物光子应用，化学，三维感知，激光雷达和生物监测仪器及医疗光源等应用。

对于这些应用，现有的已知增益介质可以通过气体、solid-state材料、电泵浦半导体和光泵浦，在各种功率水平和操作模式下提供所需的各种色彩激光辐射。半导体作为增益介质，用于产生紫外线、可见光和红外激光辐射。气体激光器可以产生良好的紫外线(uv)，可见光和红外线(ir)光。电子或光泵浦的半导体激光器可以在可见光频率范围内产生红外和近红外基本激光光源及其谐波。直接半导体激光辐射能产生红光和蓝光，紫辐射具有良好的功率。直接半导体二极管激光器可以产生蓝绿色到绿色的激光辐射与毫瓦功率最近，不太理想的输出光束质量。然而，气体激光器通常体积很大，工作的能源效率非常低。半导体二极管激光器是不可用于产生高功率的直接可见光或基本TEM00光束质量的光束。基于光泵浦或电泵浦的半导体增益激光器能够通过腔内或腔外倍频或三倍转换产生可见光的激光辐射。但是，它们的输出频率受某些半导体量子阱结构设计的辐射增益介质的限制。

今天有许多有用的波长不容易产生，特别是连续的波(cw)，例如，红光以波长在625毫微米和635毫微米、560毫微米和591毫微米laser光为laser图象显示或生物医学和生物仪器.激光图像显示需要低成本和可靠的红光激光。采用脉冲红光的方法，利用腔内1064nm束泵浦的光参量振荡器(参量)的信号束与其基本泵浦光束的重复脉冲和频率混合产生的激光，据报道在专利中产生626-629nm 648nm由Karakawa，Robert j.Martin和Stephen。然而，一个典型的q开关脉冲激光器只能产生脉冲输出，需要额外的q开关设备和相关的电子学。因此，这种系统的成本很高。掺镨YLF激光器可以在607nm和639nm和其他频率产生特定的颜色，但需要蓝光泵浦。因此，所产生的激光器非常昂贵。639nm的激光光源也太深，无法很好地在显示上应用。有需要产生波长或频率可调谐的激光。以前的实用新型没有解决的问题，产生连续波(cw)可见光辐射与简单的激光体系结构。

许多，通过直接增益介质放大受激发射和谐波转换方法被使用在解决这些困难上。一种传统的方法是使用腔内频率加倍或三倍，腔外的一次或多次对输出基本频率的转换而得到所需的激光束频率或波长。这些频率转换方法可以产生有效的谐波转换。然而，这些频率是离散的，而不是可调谐或任意选择的。

在对此问题的响应中，在红外频率上使用了大量的光学参量放大方法来产生波长或频率可调谐的激光输出光束。Yin在美国专利US006，108，356中和Caprara在美国专利US7，447，245中提出了腔内泵浦光学参量振荡器(参量)，用于产生可调谐频率红外输出。大多数参数振荡器需要强泵浦激光束来克服低参量放大增益的困难。腔外光束泵浦的参量振荡和其中腔内差频混合方案的报告，由卡尔科赫，杰拉尔德t摩尔，和乳油Cheungy在"光学参量振荡与腔差频混合"j.Soc.Am.B Vol.12，2268-2273(1995)和主机迪尔伯恩，卡尔科赫，杰拉尔德t摩尔，和j.c翅果在"大于100％的光子转换效率从一个光学参量振荡器与腔内差频混合"，，Vol.23，759-761(1998)和"连续波4.3μm腔内差分频率产生在一个光学参量振荡器，"Vol.26，25-27(2001)，用于产生红外到兆赫兹频率辐射。报道了腔外泵浦和腔内光束泵浦的光学参量振荡器产生的信号波或闲置波，简称为参量波，红外输出光束。在双谐振锂铌酸盐谐振腔中，两个连续波单模群逆变和YAG激光器的和频混合被报道产生了两个TEM00束单589nm的辐射。和Hans Moosmüller在"连续波，全固态，单频率400兆瓦源在589毫微米基于双谐振和频率混合在一个整体锂铌酸盐谐振器，"应用.选择，Vol.37，4891-4896(1998)。腔外光束泵浦参量的腔内频率混合产生的信号或闲置光束与其原共振泵光束可以产生和或差频输出，报告由都林，李文荣林，r.y.Tu，李政道王和肉苁蓉黄"光纤激光器泵浦连续参量用于红、绿、蓝激光器"OSA/CLEO/IQEC，CWJ4(2009)。然而，混合光束转换效率通常较低，特别是，连续波。

在对此的相应中，Caprara在美国专利US7,991,026和美国专利申请出版物指出(Pub。US2010/0321765)，通过使用光泵浦半导体激光器(OPSL)和腔内频率转换，可以产生各种可见的彩色辐射。这个申请的作者在专利申请也独立地指出了(出版物No.:美国2011/0150015)可调谐的激光辐射在可见光和ir频率范围可以由使用一个以上产生共振通过腔内泵浦光参量振荡和腔内频率混合或加倍转换来增强辐射。这上一项实用新型还描述，这种实用新型的配置适用于各种基本频率增益介质，如solid-state增益介质，气体增益介质，或半导体增益介质，或电泵浦或光学泵浦半导体增益介质和所有其它增益介质。

为了通过做有用的设备实现这些实用新型，这些在被实用新型的配置使用的腔光学元件，典型地要求全透射(AR)或高度反射或增加透射和反射的两个涂层(镀膜)在晶体和镜子表面。由于对这些光学的多波长透射和反射的要求，沉积在这些组件表面上的镀膜层，以最好的反射或传输这些特定的波长通常是很厚的，并引起额外的光学散射和对一个或多个在腔内循环的频率的吸收损耗。因此，这些共振增强的光波强度没有达到最大化，最终器件性能受到影响，其制造成本也较高。

安德烈Caprara在美国专利(No.:美国7991026)描述了一种方法分离基波和参量波(信号波或闲置波)的方法，此方法用了一套(二个)放置在腔内的布鲁斯特角棱镜分开.腔内棱镜在使用分色镜的光束分离方案中导致损耗减小，并不需要镀膜。这些腔内棱镜增加了系统的额外光学部件，增加了系统的复杂性和成本。此外，腔内棱镜不减少晶体·表面和镜面的涂层(镀膜)的参量振荡或频率转换晶体的输出表面镀膜的需要。这种使用布鲁斯特切割的棱镜的方法避免了使用分色镜将基本的参量泵光束从生成的参量光束中分离出来的要求。然而，两个晶体仍然需要多波长增透(Anti-Refelction)涂层的所有表面和额外的棱镜必须是很高质量的光学部件和最小的散射损失。由于多波长AR涂层，对一个或多个激光波长的传输不能最小化所有工作波长和参量信号的可调谐性，并且它混合的最终波长带宽范围受限制范围.所有这些都增加了整个激光设备的额外成本。

鉴于上述，在可见光，紫外或远、近红外频率范围内，如何通过激光腔内泵浦参量振荡和腔内频率转换，对产生频率可调谐激光辐射的方法，不断需要进一步实用新型简单的泵浦和参量振荡产生的波的分离技术，和使得连续波辐射信号效率更高和更宽波长调谐范围的设计，并且能够降低成本，是当前需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，可以提高激光系统性能、结构简单且生产成本低，实用性高。

为了实现上述目的，本实用新型的实施例提供腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，包括：第一谐振腔、第二谐振腔、晶体、基波增益介质和倍频模块，其中，

所述第一谐振腔与所述基波增益介质相对设置，所述基波通过所述基波增益介质进行增益放大后入射到所述第一镜面上；

所述第二谐振腔与所述晶体相对设置，在所述晶体的至少一个端面上设计晶体端面为布鲁斯特入射角面，所述晶体界面将基波转换为信号波和闲置波；

所述倍频模块位于所述信号波或闲置波的光路径上，通过所述倍频模块得到倍频信号波；

其中，所述晶体为参量振荡晶体时，所述信号波通过所述倍频模块得到倍频信号波；

所述晶体为参量振荡晶体和信号波倍频晶体的集成时，所述晶体和所述倍频模块采用同一个结构，所述信号波或闲置波通过所述晶体得到倍频信号波。

进一步，当所述晶体为参量振荡晶体时，所述晶体位于布鲁斯特角入射角区域或其邻近入射角度，所述晶体为至少一端面是布鲁斯特角度入射端面切割的晶体。

进一步，当所述晶体为参量振荡晶体和倍频晶体的集成时，所述晶体位于布鲁斯特角入射角区域或其邻近处，所述晶体为至少一端面是布鲁斯特角度入射切割的晶体，且在所述晶体的其他非布鲁斯特入射角界面上镀有对基波、参量谐振波和倍频波透射的膜。

进一步，所述倍频模块包括：按照以下顺序排列的第三镜面、倍频晶体和双色镜，其中，所述信号波或闲置波通过所述倍频晶体得到倍频波并在所述倍频晶体来回二次产生叠加后，经过所述反射双色镜反射出激光腔，形成输出光而被引导出激光腔。

进一步，所述倍频模块包括：按照以下顺序排列的第三镜面和倍频晶体，其中，利用所述倍频晶体分离所述信号波和倍频信号波，所述倍频信号波被形成输出光被引导出激光腔。

进一步，所述倍频晶体为至少一个端面为布鲁斯特入射角度切割的晶体，采用端面为布鲁斯特角度入射的斜面切割，形成布鲁斯特端面。

进一步，当所述晶体为参量振荡晶体时，所述参量振荡晶体和所述倍频晶体采用周期极化铌酸锂晶体PPLN。

进一步，所述第三镜面为曲面镜面，所述曲面镜面的曲率半径为或近似为所述曲面镜面到所述晶体界面的光程距离。

进一步，所述晶体采用以下形式之一：周期极化调制的LiNOb晶体、周期极化铌酸锂晶体PPLN、周期极化调制的钽酸锂晶体PPNT、周期极化磷酸氧钛钾晶体PPKTP、三硼酸锂晶体LBO、偏硼酸钡晶体BBO、磷酸钛氧钾晶体KTP,或其他周期极化晶体等。

进一步，还包括：中间转折镜，所述中间转折镜位于由晶体界面转换的闲置波的光路径上。

根据本实用新型实施例的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，通过设置参量振荡晶体及倍频模块，实现激光腔内频率转换，通过腔内信号光倍频产生频率可调谐辐射。利用参量振荡晶体切割在布鲁斯特角入射或出射角时，利用晶体界面对光线的折射角度随着波长的改变而发生的改变，参量振荡产生的信号波或闲置波，简称为参量波，在产生参量振荡的同时，自然地将所产生的信号光和激光谐振腔的基波光，通过折射角度的区别，自然分开的奇特性能，使得产生的信号光的调谐范围宽，晶体对P-偏振光的无损耗折射和无需镀膜的优点，并且光损失小，转换效率高，对应的激光器系统，省去了很复杂的双色镜片的需求，系统准直调整方便，激光器稳定性和调谐时的可靠性得到提高。并且通过使用曲面镜面的曲率半径近似等于曲面镜面到晶体界面的光程距离，从而使得参量振荡器调谐信号光的波长时，参量谐振腔体一直保持着准直状态。本实用新型具有提高激光系统性能、结构简单且生产成本低，实用性高的特点。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据实施例新型实施例的采用布鲁斯特入射角度参量振荡产生信号波倍频的激光器结构图；

图2为根据实施例新型实施例的采用布鲁斯特入射角倍频晶体组成的腔内倍频参量振荡激光器的结构图；

图3为根据实施例新型实施例的采用不同频率转换功能的晶体形成腔内泵浦的参量振荡以及腔内倍频参量振荡产生的信号或闲置波的激光器结构图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供一种腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，可以通过设置参量振荡晶体及倍频模块，实现激光腔内频率转换和输出光束的频率可调谐，通过腔内信号光倍频产生频率调节范围更宽的可调谐辐射。

如图1所示，本实用新型实施例的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，包括：第一谐振腔、第二谐振腔、晶体、基波增益介质10和倍频模块。通过上述器件及其适当准直，形成基波11的谐振腔。

第一镜面1与基波增益介质10相对设置，基波11通过基波增益介质10进行增益放大后入射到第一镜面1上。

在本实用新型的一个实施例中，基波增益介质10可以，但不限于，采用以下形式：掺钕YAG、掺钕YVO4，掺钕YLF,掺钕GdYO4,掺镱YAG、玻璃、掺铒YAG、掺钕玻璃，掺钕光纤，钛蓝宝石和其他参杂晶体或参杂陶瓷增益介质。需要说明的是，基波增益介质10的形式不限于上述举例，还可以采用其他形式的基波增益介质，在此不再赘述。

第二镜面2与晶体相对设置，在晶体的至少一个端面上设计晶体界面，晶体将基波11转换为信号波和闲置波31。

在本实用新型的一个实施例中，晶体界面位于布鲁斯特角入射区域的邻近处，晶体为至少一端面是布鲁斯特角度入射切割的晶体，使得布鲁斯特角入射端面均不需要有镀膜要求，并能够将所关心的光波在折射出晶体时，通过色散在空间将不同频率的光束分离开来。其中，布鲁斯特入射角度在25-75°之间。优选的，布鲁斯特入射角度在50-70°之间。本实用新型的晶体界面由于不需要镀增透膜，所述生产成本很低。

通过将参量振荡晶体界面制备在布鲁斯特角入射附近，选择基波11和信号波的偏振方向为P-偏振的设置，通过参量过程将基波11转换为参量信号波或闲置波31，在晶体布鲁斯特角界面上损失很小或没有损失。由于基波11为腔内谐振辐射，信号增强许多，能形成很强的泵浦光，产生很强的参量振荡和信号波或闲置波31。

倍频模块位于信号波的光路径上，通过倍频模块得到倍频信号波。

在本实用新型的一个实施例中，倍频模块采用以下形式之一实现：

(1)晶体为参量振荡晶体20时，信号波或闲置波通过倍频模块得到倍频信号波。在本实用新型的实施例中，参考振荡可以等同理解为参量放大。

(2)晶体为参量振荡晶体20和倍频晶体的集成时，晶体和倍频模块采用同一个结构包含有不同的功能区域，信号波或闲置波通过晶体得到放大和倍频。

此外，本实用新型的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，还可以包括：中间转折镜3，中间转折镜3位于由晶体界面转换的闲置波31的光路径上。

【实施例1】

如图1所示，本实用新型实施例的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，包括：第一镜面1、第二镜面2、晶体、基波增益介质10和倍频模块。

第一镜面1与基波增益介质10相对设置，基波11通过基波增益介质10进行增益放大后入射到第一镜面1上。

第二镜面2与晶体相对设置，在晶体的至少一个端面上设计晶体界面100为布鲁斯特入射角入射界面，晶体将基波11转换为信号波21和闲置波31。在本实施例中，晶体为参量振荡晶体20。晶体位于布鲁斯特入射角区域邻近处，晶体为至少一端面是布鲁斯特角度入射切割的晶体。

倍频模块位于信号波的光路径上，通过倍频模块得到倍频信号波。

倍频模块包括：按照以下顺序排列的第三镜面4、倍频晶体30和双色镜5，其中，信号波通过倍频晶体得到倍频信号41波并在倍频晶体来回二次产生叠加后，经过透射和反射双色镜反射出激光腔，形成输出光被引导出激光腔。即，参量信号波经过倍频晶体二次后，产生频率二倍于信号波频率的新激光束，经过反射镜5后，被分离出参量谐振腔，成为激光束51被引出激光系统。

在本实用新型的实施例中，第四镜面为曲面镜面，曲面镜面的曲率半径为曲面镜面到晶体界面的光程距离为最佳，一旦对准一个信号波长，当调谐到其他信号波长时，曲面镜面始终保持着准直，避免了调谐参量信号波波长时，参量谐振腔准直在变化而不准直的问题。

在本实施例中，参量振荡晶体20和倍频晶体可以采用以下形式之一：周期调制的Li Nob晶体、周期极化铌酸锂晶体PPLN、PPTN、周期极化磷酸氧钛钾晶体PPKTP、三硼酸锂晶体LBO、偏硼酸钡晶体BBO、磷酸钛氧钾晶体KTP。

本实施例可以使得倍频参量谐振信号波的产生和倍频设计简单，保证倍频输出的激光束，调谐波长时一直保持准直的优点，使得实现腔内参量振荡信号的倍频输出光的可调谐范围增宽，并简单实用。

需要说明的是，本实施例同样适用于对闲置波31的腔内倍频同样适用，并具有相同或相似的优点。

【实施例2】

如图2所示，本实用新型实施例的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，包括：第一镜面1、第二镜面2、晶体、基波增益介质10和倍频模块。

第一镜面1与基波增益介质10相对设置，基波11通过基波增益介质10进行增益放大并在第一镜面1、第二镜面2、第三镜面3、基波增益介质10和参量振荡晶体20来回振荡增强。

第二镜面2与晶体相对设置，在晶体的至少一个端面上设计晶体界面100，晶体界面将基波11转换为信号波21和闲置波31。在本实施例中，晶体为参量振荡晶体20。晶体界面100位于布鲁斯特角入射区域或邻近处，晶体为至少一端面是布鲁斯特角度入射切割的晶体。

倍频模块位于信号波的光路径上，通过倍频模块得到倍频信号波。

具体的，倍频模块包括：按照以下顺序排列的第四镜面4和倍频晶体30，其中，利用倍频晶体分离信号波和倍频信号波51，倍频信号波被形成输出光71后被引导出激光腔。其中，倍频晶体为至少一个端面为布鲁斯特入射角度切割的晶体，采用端面为布鲁斯特角度入射的斜面切割，形成布鲁斯特端面6。利用倍频晶体的介质折射率随波长的变化，自然地分离参量信号波和其倍频信号波，使得经倍频的信号波被，无需其他光学元件，如折射棱镜或双色分光镜片等，引出腔体，成为输出光71。这种倍频晶体设计，使得整个激光器设计简单，无需双色分光镜片等。

本实施例不仅具有前述关于参量谐振腔体内布鲁斯特入射角度切割的产量振荡晶体设计的全部或部分好处，而且还具备倍频晶体的界面06无需镀膜并具有超宽频率范围的适应性和无需图1所示的透射和反射兼顾的复杂分光镜镜片，使得设计更为简单，容易实现。需要说明的是，本实施例同样适用于对闲置波31的腔内倍频同样适用，并具有相同或相似的优点。

在本实施例中，参量振荡晶体20倍频晶体可以采用以下形式之一：周期调制的LiNOb晶体、周期极化铌酸锂晶体PPLN、PPNT、周期极化磷酸氧钛钾晶体PPKTP、三硼酸锂晶体LBO、偏硼酸钡晶体BBO、磷酸钛氧钾晶体KTP。

优选的，在本实施例中，参量振荡晶体20和倍频晶体可以采用周期极化铌酸锂晶体PPLN。，也可利用其d₃₃非线性光学转换系数对应的偏振方向的信号波和信号波的倍频波。PPLN晶体的极化周期长度和参量振荡晶体20的取向可以相同或不同，周期不同，就能实现它们的不同功能。具有制造简单，成本低的特点。

在本实用新型的实施例中，第四镜面04可以为曲面镜面，曲面镜面的曲率半径为曲面镜面到晶体界面的光程距离，一旦对准一个信号波长，当调谐到其他信号波长时，曲面镜面始终保持着准直，避免了调谐参量信号波波长时，参量谐振腔准直在变化而不准直的问题。

【实施例3】

如图3所示，本实用新型实施例的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，包括：第一镜面1、第二镜面2、晶体、基波增益介质10和倍频模块。通过使用同一材料制备有不同频率转换功能的晶体于一体，形成腔内泵浦的参量振荡以及腔内倍频参量振荡产生的信号或闲置波31的激光器。

第一镜面1与基波增益介质10相对设置，基波11通过基波增益介质10进行增益放大并在第一镜面1、第二镜面2、第三镜面3、基波增益介质10和参量振荡晶体20来回振荡增强。

第二镜面2与晶体相对设置，在晶体的至少一个端面上设计晶体界面100，晶体20将基波11转换为信号波和闲置波31，并进一步将参量振荡产生的波转换成倍频信号波或倍频闲置波。

将参量振荡晶体20和信号波倍频晶体的集成在一起，使得腔内泵浦的参量振荡以及腔内倍频参量振荡产生的信号21或闲置波31的激光器简单，容易制造，成本低。

如图3所示，当晶体2030为参量振荡晶体和信号波倍频晶体的集成时，晶体可以被制备在同一种晶体材料上，起到这二种非线性转换功能的作用。晶体界面为布鲁斯特角度入射切割，晶体界面300需要镀对基波11，参量谐振波和倍频波透射的膜。这种方案设计的激光器更加简单，对晶体界面300的镀膜要求变得复杂。利用倍频晶体的介质折射率随波长的变化，自然地分离参量信号波和其倍频信号波，使得经倍频的信号波被引出腔体，成为输出光81。这种倍频晶体设计，使得整个激光器设计简单，无需双色分光镜片或二块独立的频率转换晶体。

本实施例的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，还包括：曲面镜面4，曲面镜面的曲率半径为曲面镜面到晶体界面的光程距离，曲面镜面4位于信号波21的光路径上。

(1)本实用新型选择参量振荡晶体，使得其中之一的参量振荡晶体出射界面为所关心的泵浦波长和参量信号波的布鲁斯特入射角度。此时，这类参量振荡晶体可以选用LBO,LiNOb,LiTb,BBO，PPLN，PPTN,PPKTP和其他色散晶体，布鲁斯特入射或出射角度在50-70°之间或左右。

(2)本实用新型选择参量振荡晶体，安排泵浦光波和参量振荡的信号波在入射时的入射角在布鲁斯特角度附近,使用基波和关心的参量放大的信号波或闲置波的偏振方向均为布鲁斯特角度入射时的P-偏振波。此时，这类参量振荡晶体可以选用LBO,LiNOb,PPLN,,BBO，PPLN，PPLT,PPKTP或其他色散晶体，布鲁斯特入射或出射角度在25-70°之间或左右。

(3)本实用新型选择倍频晶体，使得所关心的激光束在它的布鲁斯特入射角切割的界面以等于或近似布鲁斯特角度入射，倍频出的光波能被有效地分离参量振荡产生的信号波或闲置波，并且出射光损失最小。此时，这类倍频晶体可以选用周期调制的LiNOb晶体PPLN,PPLT,PPKTP,LBO，BBO，LiNOb,KTP等各种非线性晶体。

(4)本实用新型选择信号光倍频晶体，使得信号波和信号倍频波的偏振方向均为P-偏振波，使得所关心的激光束在布鲁斯特角切割的晶体界面附等于或近似布鲁斯特角度出和入射，无需要在这个表面增加透射镀膜。此时，这类倍频晶体可以选用周期调制的LiNOb晶体PPLN,PPTN,PPKTP,LBO，BBO，LiNOb,KTP等多种晶体。

(5)本实用新型选择信号光倍频晶体，使用基波和参量放大的波的偏振方向均为P-偏振波，使得所关心的激光束在布鲁斯特角度附近入射或出射时，所关心的激光束在晶体外面的折射角度有明显的不同大小的角度，如在0.5度左右或更大的区别，使得它们能够在通常激光器大小尺寸为几十公分大小范围，能够被引导到不同的光学部件或光路上，分离开来。此时，这类倍频晶体可以选用周期调制或变周期的LiNOb晶体PPLN,PPTN,PPKTP,LBO，BBO和其他可以周期调制，色散系数比较大的晶体。

(6)本实用新型选择参量放大晶体，使用参量放大的波和倍频信号波有较大的参量转换非线性系数，能产生高效率转换的二次倍频的参量信号或闲置波的倍频输出。此时，这类晶体可以选用周期调制的LiNOb晶体PPLN,PPLT,PPKTP,LBO,BBO或其他非线性晶体，提供准l相位匹配相同偏振状态光的非线性转换。例如，PPLN晶体的d₃₃耦合系数所联系的、沿着Z-轴方向偏振的基波和产生沿着Z-轴方向偏振的信号光或闲置光或倍频光。

(7)本实用新型选择参量放大晶体和参量信号波的倍频晶体可以使用同一种晶体，如PPLN，制备在同一块材料上，减少所需要的镀膜界面，减小光波损失，提高转换效率，减少成本和提高激光器稳定性。此时，这类晶体可以选用周期调制的LiNOb晶体PPLN,PPLT,PPKTP、和其他非线性晶体，提供相位匹配或准相位匹配相同偏振状态光的非线性转换。例如，PPLN晶体的d₃₃耦合系数所联系的、沿着Z-轴方向偏振的基波和产生沿着Z-轴方向偏振的信号光。

根据本实用新型实施例的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，通过设置参量振荡晶体及倍频模块，实现激光腔内频率转换，通过腔内信号光倍频产生频率可调谐辐射。利用参量振荡晶体切割在布鲁斯特角入射或出射角时，利用晶体界面对光线的折射角度随着波长的改变而发生较大的改变，参量振荡产生的信号波或闲置波，简称为参量波，在产生参量振荡的同时，自然地将所产生的信号光和激光谐振腔的基波光，通过折射角度的区别，自然分开的奇特性能，使得产生的信号光的调谐范围宽，晶体对P-偏振光的无损耗折射和无需镀膜的优点，并且光损失小，转换效率高，对应的激光器系统，省去了很复杂的双色镜片的需求，系统准直调整方便，激光器稳定性和调谐时的可靠性得到提高。并且通过使用曲面镜面的曲率半径近似等于曲面镜面到晶体界面的光程距离，从而使得参量振荡器调谐信号光的波长时，参量谐振腔体一直保持着准直状态。本实用新型具有提高激光系统性能、结构简单且生产成本低，实用性高的特点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，其特征在于，包括：第一谐振腔、第二谐振腔、晶体、基波增益介质和倍频模块，其中，

所述第一谐振腔与所述基波增益介质相对设置，所述基波通过所述基波增益介质进行增益放大后入射到第一镜面上；

所述第二谐振腔为参量谐振腔，与所述晶体相对设置，在所述晶体的至少一个端面上设计晶体界面为布鲁斯特入射角界面，所述晶体界面将基波转换为信号波和闲置波；

所述倍频模块位于所述信号波或闲置波的光路径上，通过所述倍频模块得到倍频的信号或闲置波；

其中，所述晶体为参量振荡晶体时，所述信号波或闲置波通过所述倍频模块得到倍频信号波；

所述晶体为参量振荡晶体和倍频晶体的集成时，所述晶体和所述倍频模块采用同一个结构载体，所述信号波或闲置波通过所述晶体得到倍频信号波。

2.如权利要求1所述的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，其特征在于，当所述晶体为参量振荡晶体时，所述晶体为布鲁斯特角入射角或邻近角处，所述晶体为至少一端面是布鲁斯特角度入射切割的晶体。

3.如权利要求1所述的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，其特征在于，当所述晶体为参量振荡晶体和信号波倍频晶体的集成时，所述晶体位于布鲁斯特角入射区域或邻近处，所述晶体为至少一端面是布鲁斯特角度入射角切割的晶体，且在所述晶体的非布鲁斯特角入射界面上镀有对基波、参量谐振波和倍频波透射的膜。

4.如权利要求1所述的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，其特征在于，所述倍频模块包括：按照以下顺序排列的第三镜面、倍频晶体和双色镜，其中，所述信号波或闲置波通过所述倍频晶体得到倍频信号波或闲置波并在所述倍频晶体来回二次产生并叠加后，经过反射双色镜反射出激光腔，形成输出光被引导出激光腔。

5.如权利要求1所述的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，其特征在于，所述倍频模块包括按照以下顺序排列的第三镜面和倍频晶体，其中，利用所述倍频晶体分离所述信号波和倍频信号波，所述倍频信号波被形成输出光而被引导出激光腔。

6.如权利要求5所述的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，其特征在于，所述倍频晶体为至少一个端面为布鲁斯特入射角度切割的晶体，采用端面为布鲁斯特角度入射的斜面切割，形成布鲁斯特端面,并且，此端面不需要镀膜和具有非常宽的调谐频率带宽范围。

7.如权利要求6所述的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，其特征在于，当所述晶体为参量振荡晶体时，所述参量振荡晶体和所述倍频晶体采用周期极化铌酸锂晶体PPLN或PPTN或PPKTP或周期极化非线性转换晶体。

8.如权利要求4或5所述的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，其特征在于，所述第三镜面可以为曲面镜面，所述曲面镜面的曲率半径可以大致等于所述曲面镜面到所述晶体界面的光程距离。

9.如权利要求1所述的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，其特征在于，所述晶体采用以下形式之一：周期调制的LiNOb晶体、周期极化铌酸锂晶体PPLN、PPLT、周期极化磷酸氧钛钾晶体PPKTP、三硼酸锂晶体LBO、偏硼酸钡晶体BBO、磷酸钛氧钾晶体KTP和周期极化的晶体。

10.如权利要求1所述的腔内增强的参量振荡和倍频转换激光器，其特征在于，还包括：中间转折镜，所述中间转折镜位于由晶体界面转换的闲置波的光路径上。