本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种激光倍频装置。
背景技术：
在以掺钕晶体为激光增益介质的固体激光器或固体激光放大器中，nd3+离子对应的四能级跃迁谱线以发射1064nm的增益最强。
现有采用非线性倍频晶体(如：ktp晶体、lbo晶体、bbo晶体等)产生倍频的绿光(532nm)。绿色激光广泛应用于激光医疗、切割、大屏幕显示和科研等领域。
倍频方式可分为腔内倍频和腔外倍频。腔内倍频的效率要高于腔外倍频，但是在以光纤激光器为种子源的主振荡放大系统中，腔外倍频比较简单，容易实现。
针对腔外倍频，发明人在实现过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：激光通过倍频晶体后，无法100％转化为绿色激光(简称：绿光)，仍有一部分红外光从倍频晶体末端透出。而目前比较先进稳定的倍频效率在75％左右，也就是说，有25％的红外光无法倍频。而这部分红外光既造成了浪费又在激光设备内产生不必要的热量。
技术实现要素：
本申请实施例通过提供一种激光倍频装置，解决了现有技术中由于基频激光通过倍频晶体后无法高效的转化倍频激光，使其仍有红光剩余，导致浪费以及产生不必要热量的问题，本实施例提高了激光倍频转化效率。
本申请实施例提供了一种激光倍频装置，设于激光器的发射端；包括倍频组件、分光同步组件以及偏振锁相组件；
所述倍频组件接收基频激光后，发生倍频效应，产生倍频激光，并射入所述分光同步组件，以及将不同光路的倍频激光射入所述偏振锁相组件；
所述分光同步组件接收并分离出倍频激光和剩余的基频激光；并改变倍频激光的偏振方向，以使倍频激光和剩余的基频激光从不同光路分别射入所述倍频组件；
所述偏振锁相组件接收两束偏振方向垂直的倍频激光后，合成一束同步的无相位差的水平偏振光。
进一步地，所述分光同步组件沿倍频激光的首次光路，依次包括分光棱镜、法拉第旋转器、第一反射镜；
通过所述分光棱镜分离出倍频激光；
通过所述法拉第旋转器将倍频激光的偏振方向进行旋转，使倍频激光再次通过所述倍频组件时，不符合相位匹配条件，从而不发生退转化；
通过所述第一反射镜对倍频激光进行反射。
进一步地，所述分光同步组件沿剩余的基频激光的首次光路，依次包括所述分光棱镜、第二反射镜；
通过所述分光棱镜分离出剩余的基频激光，
通过所述第二反射镜表面对剩余的基频激光进行反射。
进一步地，所述倍频组件沿基频激光的首次光路，依次包括聚焦透镜、二向色镜、倍频晶体；
通过所述聚焦透镜将基频激光透过所述二向色镜后，聚焦于所述倍频晶体的中心；
通过所述倍频晶体，发生倍频效应，产生倍频激光；
通过所述二向色镜将相互垂直的两束倍频激光射入所述偏振锁相组件。
进一步地，所述偏振锁相组件沿倍频激光的光路，依次包括小孔光阑、旋转波片组件以及偏振分光器；
通过所述小孔光阑接收倍频激光，以确保偏振方向垂直的两束倍频激光的传播方向一致；
通过调节所述旋转波片组件快轴的角度、调节所述第二反射镜的位置，使两束倍频激光的光程差相差在一个脉冲时间段内时，合成一束水平偏振光；
通过所述偏振分光器观察射出的水平偏振的倍频激光。
进一步地，所述二向色镜采用反射532nm、透射1064nm的二向色镜。
进一步地，所述倍频晶体采用为i类晶体，且放置在温控装置中。
进一步地，所述旋转波片组件包括四分之一波片、二分之一波片；倍频激光通过所述四分之一波片时，变为线偏振光；再通过所述二分之一波片时，变为水平偏振光。
进一步地，还包括功率计，所述功率计连接所述偏振分光器，用于测量射出的水平偏振光的功率，以便调节所述第二反射镜以及旋转波片组件的角度。
本申请实施例中提供的一种激光倍频装置，至少具有如下技术效果：
1、通过分光同步组件，分光同步组件中包括：分光棱镜、法拉第旋转器、第一反射镜以及第二反射镜，通过分光棱镜分离出倍频激光和剩余的基频激光后，通过不同的光路广播，以便将剩余的基频激光再次进行倍频转化，同时不影响第一次产生的倍频激光。
2、通过法拉第旋转器改变已转化的倍频激光的偏振态，使其不符合相位匹配，从而再次通过倍频晶体时，不发生退转化现象。
3、通过偏振锁相组件，将两束强度不同、偏振方向垂直的倍频激光合成一束同步锁相无相差的激光，适用于提高皮秒脉冲激光、纳秒脉冲激光和连续脉冲激光的倍频转化率。
4、通过聚焦透镜使基频激光聚焦在倍频晶体的中心，以便倍频有效长度最长。
附图说明
图1为本申请实施例的一种激光倍频装置的结构示意图。
附图标号：1、隔离器，2、聚焦透镜，3、二向色镜，4、倍频晶体，5、分光棱镜，6、法拉第旋转器，7、第一反射镜，8、第二反射镜，9、小孔光阑，10、四分之一波片，11、二分之一波片，12、偏振分光器，13、功率计。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细、完整的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参考附图1所示，本实施例提供了一种激光倍频装置，设于激光器的发射端，用于提高激光倍频转化效率。本实施例中的激光倍频装置包括倍频组件、分光同步组件以及偏振锁相组件。
本实施例中，倍频组件接收基频激光后，发生倍频效应，产生倍频激光，并射入分光同步组件，以及将不同光路的倍频激光射入偏振锁相组件。在一种实施例中，倍频组件接收激光器的发射端发出的基频激光，首次发生倍频效应时，以75％的倍频效率产生倍频激光，从而剩余25％的基频激光。为提高倍频效率，本实施例中对剩余的基频激光再次进行倍频，因此，需要将剩余的基频激光再次射入倍频组件以进行倍频。
在一种实施例中，倍频组件沿基频激光的首次光路，依次包括聚焦透镜2、二向色镜3、倍频晶体4。在一种实施例中，激光倍频装置还包括隔离器1，隔离器1设于聚焦透镜2与激光器的发射端之间，隔离器1用于接收被放大的基频激光，例如，激光器水平发射基频激光，使发射出的基频激光的偏振方向为水平偏振。通过隔离器1以确保放大的基频激光沿一个方向传播，避免过度受到激光器中放大器的影响。
通过聚焦透镜2将基频激光透过二向色镜3后，聚焦于倍频晶体4的中心，以便提高倍频的有效长度。本实施例中，基频激光聚焦在倍频晶体4中心时，倍频有效长度最长。
通过倍频晶体4，发生倍频效应，产生倍频激光。本实施例中，基频激光在经过倍频晶体4时，发生倍频效应，产生倍频激光。由于倍频晶体4无法100％将基频激光转化为倍频激光，从而使得产生的倍频激光与剩余的基频激光一起射入分光同步组件。本实施例中的基频激光可以为皮秒脉冲激光、纳秒脉冲激光和连续脉冲激光。基频激光为一种皮秒脉冲激光时，发出的基频激光呈放大的红外基频光，基频激光经过倍频晶体4后，产生倍频绿光，而倍频晶体4的倍频效率在75％左右，因此，有25％的基频激光随倍频激光一起输出，由于基频激光和倍频激光的折射率不同，从而进入分光棱镜5时，会分离出倍频激光和基频激光。
在一种实施例中，倍频晶体4采用为i类晶体，且放置在温控装置中。本实施例中的i类晶体可以为i类ktp、i类lbo、i类bbo等。进一步地，倍频晶体4为一种i类晶体，并放置在pid(积分微分控制器)温度控制单元中，温控精度范围为±0.5℃。
通过二向色镜3将相互垂直的两束倍频激光射入所述偏振锁相组件。进一步，可理解为，利用二向色镜3将相互垂直的倍频激光“合成一束”，并不是真正的“合成一束”，仅表示两束倍频激光通过二向色镜3后的传播方向一致，呈现“合成一束”。在一种实施例中，二向色镜3采用反射532nm、透射1064nm的二向色镜3。
本实施例中，分光同步组件接收并分离出倍频激光和剩余的基频激光；并改变倍频激光的偏振方向，以使倍频激光和剩余的基频激光从不同光路分别射入倍频组件。
在一种实施例中，分光同步组件沿倍频激光的首次光路，依次包括分光棱镜5、法拉第旋转器6、第一反射镜7。
通过分光棱镜5分离出倍频激光；通过法拉第旋转器6将倍频激光的偏振方向进行旋转，使倍频激光再次通过倍频组件时，不符合相位匹配条件，从而不发生退转化；通过第一反射镜7对倍频激光进行反射。从而实现通过分光棱镜5后，分离出的倍频激光，依次经过法拉第旋转器6、第一反射镜7、法拉第旋转器6，将倍频激光的偏振方向进行水平偏振后，再次经过分光棱镜5后，射入倍频组件。
其中，本实施例中的法拉第旋转器6用于改变已转化的倍频激光的偏振态，使其不符合相位匹配，从而再次通过倍频晶体4时不发生倍频退转化现象，并以此区别于再次倍频操作。
在一种实施例中，法拉第旋转器6偏振旋转角度为45°，例如，分光棱镜5分离出水平方向的倍频激光时，经过法拉第旋转器6后，偏振方向旋转45°，经过第一反射镜7表面反射后，倍频激光再次经过法拉第旋转器6，偏振方向再次旋转45°，从而使得倍频激光的偏振方向旋转90°，从而经过分光棱镜5后，射入倍频组件中，且不符合相位匹配条件，从而不发生倍频退转化。
在一种实施例中，分光同步组件沿剩余的基频激光的首次光路，依次包括分光棱镜5、第二反射镜8。通过分光棱镜5分离出的剩余的基频激光，通过第二反射镜8表面对剩余的基频激光进行反射。
本实施例中，倍频激光和剩余的基频激光在光路上所用的分光棱镜5为同一个分光棱镜5，且分光棱镜5分离出相互偏振方向垂直的倍频激光和剩余的基频激光。
本实施例中，偏振锁相组件接收两束偏振方向垂直的倍频激光后，合成一束同步的无相位差的线偏振光。在一种实施例中，偏振锁相组件沿倍频激光的光路依次包括小孔光阑9、旋转波片组件以及偏振分光器12(pbs)。
通过小孔光阑9接收倍频激光，以确保偏振方向垂直的两束倍频激光的传播方向一致。通过调节旋转波片组件快轴的角度、调节第二反射镜8的位置，使两束倍频激光的光程差相差在一个脉冲时间段内时，合成一束水平偏振光。通过偏振分光器12观察射出的水平偏振光。
进一步地，激光倍频装置适用于连续激光的倍频，也适用于短脉冲激光的倍频。本实施例中，短脉冲激光通过调节旋转波片组件快轴的角度以及第二反射镜8的位置，以调节光程差(相位差)，而连续脉冲的基频激光可以不需要调节第二反射镜8的位置，直接通过调节旋转波片组件快轴的角度调节光程差。进一步地，当两束倍频激光的相位差小于一个脉冲脉宽时，可合成同步的椭圆偏振光。在一种实施例中，第二反射镜8放置于一调节架上，通过调节调节架的位置，带动调节第二反射镜8的位置，从而实现调节光程差(相位差)。
本实施例中的旋转波片组件包括四分之一波片10、二分之一波片11；倍频激光通过四分之一波片10时，变为线偏振光；再通过二分之一波片11时，变为水平偏振光。
另外，激光倍频装置还包括功率计13，功率计13连接偏振分光器12，用于测量射出的水平偏振光的功率，以便调节第二反射镜8以及旋转波片组件的角度。
进一步地，旋转四分之一波片10和二分之一波片11快轴的角度，并调节第二反射镜8的位置，使两束倍频激光的光程差相差在一个脉冲时间内，从而合成为一束椭圆偏振光。其中，倍频激光经过四分之一波片10时，椭圆偏振光变为线偏振光，再经过一个二分之一波片11时，线偏振光变成水平偏振光，此时，可以通过偏振分光器12(pbs)观察到倍频激光在水平偏振中的s光分量，并通过功率计13测量倍频激光的输出功率，以便调节第二反射镜8的位置、四分之一波片10和二分之一波片11快轴的角度，以便使输出的倍频功率最大。
本实施例中，由于倍频晶体4分别对激光器发出的基频激光进行倍频、以及对剩余的基频激光进行倍频，使两次倍频产生的倍频激光的强度不同。偏振锁相组件将两束强度不同、偏振方向垂直的倍频激光合成为一束同步的无相位差的线偏振光。
当然，对于连续脉冲，不需要考虑同步问题。对于脉冲激光，为了在四分之一波片10前，合成一束椭圆偏振光，要求相位差为固定值，且不超过脉冲的脉宽，因此，本实施例中，仅需了解第二反射镜8的精度范围，例如，在mm级别。
举例说明，假设种子源为10ps的脉冲激光，因此，一个脉宽的光程差为：
10×10-12s×3×108m/s＝3mm
通过本实施例提供的激光倍频装置就可以实现，并不需要使用太过于复杂的光学装置。可以看出，本实施例提供的激光倍频装置结构简单，易于实现。
本实施例中的激光倍频装置的具体原理如下，
利用倍频效率公式：
从而可知倍频相位匹配的条件为：2nωω＝n2ω×2ω。其中，非线性匹配方式又分为i类相位匹配和ii类相位匹配。i类匹配指的是入射的基频波的偏振方向相同(同为o光或者e光)；ii类匹配指基频光偏正方向相互垂直(一束为o光一束为e光)。而不同的相位匹配存在一组不同的匹配角度，记为(θ，φ)，我们这里使用i类晶体进行倍频采用o+o→e的方式，并且θ＝90°。
尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
1.一种激光倍频装置，设于激光器的发射端，其特征在于，包括倍频组件、分光同步组件以及偏振锁相组件；
所述倍频组件接收基频激光后，发生倍频效应，产生倍频激光，并射入所述分光同步组件，以及将不同光路的倍频激光射入所述偏振锁相组件；
所述分光同步组件接收并分离出倍频激光和剩余的基频激光；并改变倍频激光的偏振方向，以使倍频激光和剩余的基频激光从不同光路分别射入所述倍频组件；
所述偏振锁相组件接收两束偏振方向垂直的倍频激光后，合成一束同步的无相位差的水平偏振光。
2.如权利要求1所述的激光倍频装置，其特征在于，所述分光同步组件沿倍频激光的首次光路，依次包括分光棱镜、法拉第旋转器、第一反射镜；
通过所述分光棱镜分离出倍频激光；
通过所述法拉第旋转器将倍频激光的偏振方向进行旋转，使倍频激光再次通过所述倍频组件时，不符合相位匹配条件，从而不发生退转化；
通过所述第一反射镜对倍频激光进行反射。
3.如权利要求2所述的激光倍频装置，其特征在于，所述分光同步组件沿剩余的基频激光的首次光路，依次包括所述分光棱镜、第二反射镜；
通过所述分光棱镜分离出剩余的基频激光，
通过所述第二反射镜表面对剩余的基频激光进行反射。
4.如权利要求1所述的激光倍频装置，其特征在于，所述倍频组件沿基频激光的首次光路，依次包括聚焦透镜、二向色镜、倍频晶体；
通过所述聚焦透镜将基频激光透过所述二向色镜后，聚焦于所述倍频晶体的中心；
通过所述倍频晶体，发生倍频效应，产生倍频激光；
通过所述二向色镜将相互垂直的两束倍频激光射入所述偏振锁相组件。
5.如权利要求3所述的激光倍频装置，其特征在于，所述偏振锁相组件沿倍频激光的光路，依次包括小孔光阑、旋转波片组件以及偏振分光器；
通过所述小孔光阑接收倍频激光，以确保偏振方向垂直的两束倍频激光的传播方向一致；
通过调节所述旋转波片组件快轴的角度、调节所述第二反射镜的位置，使两束倍频激光的光程差相差在一个脉冲时间段内时，合成一束水平偏振光；
通过所述偏振分光器观察射出的水平偏振光。
6.如权利要求4所述的激光倍频装置，其特征在于，所述二向色镜采用反射532nm、透射1064nm的二向色镜。
7.如权利要求4所述的激光倍频装置，其特征在于，所述倍频晶体采用为i类晶体，且放置在温控装置中。
8.如权利要求5所述的激光倍频装置，其特征在于，所述旋转波片组件包括四分之一波片、二分之一波片；倍频激光通过所述四分之一波片时，变为线偏振光；再通过所述二分之一波片时，变为水平偏振光。
9.如权利要求5所述的激光倍频装置，其特征在于，还包括功率计，所述功率计连接所述偏振分光器，用于测量射出的水平偏振光的功率，以便调节所述第二反射镜以及旋转波片组件的角度。
技术总结