CN110571640A - 一种用于提高三次谐波产生效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于提高三次谐波产生效率的方法，包括以下步骤：1)设置三次谐波产生的装置；2)产生基频激光束并对其进行加强反射；3)进行垂直反射或倾斜反射；4)对基频激光束进行反射，使得基频激光束沿公共轴二向前传输；5)加强二次谐波光束和三次谐波光束发射。本发明属于激光技术领域，具体是指一种用于提高三次谐波产生效率的方法。

Description

一种用于提高三次谐波产生效率的方法

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体是指一种用于提高三次谐波产生效率的方法。

背景技术

常用的三次谐波固体激光的产生是在激光谐振腔外进行，利用一台红外激光作为光源，输出的红外激光作为基波射入倍频非线性晶体产生二次谐波光，此倍频光与未被转换的基波光一起作用到三次谐波非线性晶体上进行混频，产生三倍频激光输出，虽然这种方法产生的三次谐波光较稳定，易于调试，但是由于入射的基波功率低，通常红外激光产生技术的输出耦合率约为20％，而谐波效率与入射基波功率的平方成正比，因而腔外谐波使转换效率受限，为了提高腔外谐波的转换效率，通常采用透镜聚焦以增强基波的功率密度，但聚集光束会造成非线性晶体表面光学增透膜层和晶体本身的破坏，从而使谐波输出总功率受限，在腔外混频为单程行为，即基波和二次谐波一次性通过三倍频晶体，未转换为三次谐波的基波和二倍频光全部被浪费掉，使得三次谐波固体激光很难同时达到三倍频效果，对于高功率激光器，典型效率被限制为小于25％的总转换效率，因为未转换的基波束和二次谐波束在该结构中被浪费，即使是非常高功率的脉冲Nd：YAG激光器，总转换效率也低于25％；腔内二次谐波产生的理论已被阐述，只有当晶体缺乏反转对称性以使二阶极化时，晶体介质才能产生入射辐射频率的二次谐波，最低阶非线性极化项中的张量d^ij不会消失，如果晶体具有反转对称性，则最低阶非线性极化贡献在电场强度中是立方的，并且该晶体将仅产生初始频率的三次或更高次谐波。

发明内容

为了解决上述难题，本发明提供了一种光转换效率高的三次谐波激光的产生方法。

本发明采取的技术方案如下：一种用于提高三次谐波产生效率的方法，包括以下步骤：

1)设置三次谐波产生的装置：所述三次谐波产生的装置包括光学腔、激光介质、激光泵、基频高反射镜一、Q开关、球面透镜、柱面透镜、可调节反射镜、多重波反射加强输出装置和三次谐波加强反射装置，所述激光介质、激光泵、基频高反射镜一、Q开关、球面透镜、柱面透镜、可调节反射镜、多重波反射加强输出装置和三次谐波加强反射装置均设于光学腔内，所述激光介质、激光泵、基频高反射镜一、Q开关、球面透镜、柱面透镜和可调节反射镜沿水平方向依次排列，所述激光介质、激光泵、基频高反射镜一、Q开关、球面透镜、柱面透镜和可调节反射镜水平中轴线设于同一水平公共轴一上，所述多重波反射加强输出装置设于可调节反射镜正下方，所述三次谐波加强反射装置和多重波反射加强输出装置水平方向依次排列，所述三次谐波加强反射装置和多重波反射加强输出装置水平中轴线设于同一水平公共轴二上，三次谐波加强反射装置用于基频和二次谐波频谱的高反射同时产生三次谐波，所述多重波反射加强输出装置为多重波高反射镜片，所述多重波高反射镜片设于可调节反射镜整下方，多重波高反射镜片提供可调节反射镜光学来回，且用于预选基频和三次谐频光束的高传输光束的高反射同时用于二次谐波波长光束的高反射，所述三次谐波加强反射装置包括光束高反射镜片、I型非线性二次谐波晶体和II型非线性三次谐波晶体，所述多重波高反射镜片、光束高反射镜片、I型非线性二次谐波晶体和II型非线性三次谐波晶体沿水平方向依次排列，所述光束高反射镜片、I型非线性二次谐波晶体、II型非线性三次谐波晶体和多重波高反射镜片水平中轴线设于同一水平公共轴二上；

2)激光介质用于产生基频激光束沿着公共轴一向前后端发射，同时激光泵用以激励激光介质，基频激光束向前传输到达球面透镜并继续向前到达柱面透镜和Q开关，球面透镜调整光束的光斑尺寸，柱面透镜补偿晶体的热透镜特性，在Q开关选项中，通过在谐振腔中引入损耗来抑制激光器，同时将能量泵抽送并存储在粒子数反转中，一旦获得所需的粒子数反转，就减少损耗以允许激光发射，在这种模式下，可以从激光器产生大的脉冲链输出，基频激光束向后传输到达可调节反射镜，可调节反射镜将一部分基频激光束沿公共轴一反射到基频高反射镜一加之到达基频高反射镜一的原基频激光束，基频高反射镜一对其进行反射，改基频激光束到达可调节反射镜，可调节反射镜其与来自激光介质的前端基频高反射镜一的光学输出振荡；

3)人工可调节可调节反射镜倾斜角度使其对基频激光束进行垂直反射，或对基频激光束进行倾斜反射；

4)经过可调节反射镜的垂直反射基频激光束到达多重波高反射镜片，多重波高反射镜片对基频激光束进行反射，使得基频激光束沿公共轴二向前传输；

5)经过多重波高反射镜片的反射基频激光束到达II型非线性三次谐波晶体，II型非线性三次谐波晶体与由多重波高反射镜片反射的光束振荡，II型非线性三次谐波晶体输出指向用于二次谐波产生的I型非线性二次谐波晶体，I型非线性二次谐波晶体输出指向光束高反射镜片，由于II型非线性三次谐波晶体仅在存在二次谐波光束的情况下将基波光束转换为三次谐波光束，因此基频激光束在通过II型非线性三次谐波晶体时不受影响；一小部分基频激光束通过满足其相位匹配条件(K(2w)＝K(w)+K(w))通过I型非线性二次谐波晶体转换为水平极化二次谐波光束相位匹配(晶体的取向)或非临界相位匹配(温度调谐)，基频激光束和二次谐波光束都朝向光束高反射镜片传送并从同一镜片反射回来，当基频激光束在从光束高反射镜片反射时通过I型非线性二次谐波晶体时，另一小部分基频激光束转换成其二次谐波光束，该二次谐波光束与反射的二次谐波光束叠加，形成组合的二次谐波光束，II型非线性三次谐波晶体在满足相位匹配条件k(3W)＝^1/2(K(w)+k(2W))的情况下，将基频激光束的一部分和从I型非线性二次谐波晶体传送的大部分二次谐波光束转换成三次谐波光束；基频激光束、二次谐波光束、三次谐波光束指向多重波高反射镜片，多重波高反射镜片从腔中去除三次谐波光束，将二次谐波光束反射到可调节反射镜，作为二次谐波光束和三次谐波光束可以一起从光学腔体中输出，其转换效率为25％至50％，优选为50％或更高。

进一步地，所述多重波反射加强输出装置包括棱镜一、棱镜二、导向镜片和二次谐波发射器，所述棱镜一和棱镜二顶角相接倾斜设于可调节反射镜靠近激光泵的一侧，所述棱镜一设于棱镜二的斜上方，所述导向镜片设于棱镜一正上方，所述二次谐波发生器设于可调节反射器原理激光泵的一侧，所述二次谐波发射器设于可调节反射镜和导向镜片之间，所述棱镜二与II型非线性三次谐波晶体设于同一水平线上。

进一步地，步骤4)所述经过可调节反射镜的倾斜反射基频激光束到达棱镜一和棱镜二，棱镜一和棱镜二使基波束偏转并将其引导到II型非线性三次谐波晶体。

进一步地，步骤5)棱镜一和棱镜二使基波束偏转并将其引导到II型非线性三次谐波晶体，II型非线性三次谐波晶体输出指向用于二次谐波产生的I型非线性二次谐波晶体，I型非线性二次谐波晶体输出指向光束高反射镜片，由于II型非线性三次谐波晶体仅在存在二次谐波光束的情况下将基波光束转换为三次谐波光束，因此基频激光束在通过II型非线性三次谐波晶体时不受影响；一小部分基频激光束通过满足其相位匹配条件(K(2w)＝K(w)+K(w))通过I型非线性二次谐波晶体转换为水平极化二次谐波光束相位匹配(晶体的取向)或非临界相位匹配(温度调谐)，基频激光束和二次谐波光束都朝向光束高反射镜片传送并从同一镜片反射回来，当基频激光束在从光束高反射镜片反射时通过I型非线性二次谐波晶体时，另一小部分基频激光束转换成其二次谐波光束，该二次谐波光束与反射的二次谐波光束叠加，形成组合的二次谐波光束，II型非线性三次谐波晶体在满足相位匹配条件k(3W)＝^1/2(K(w)+k(2W))的情况下，将基频激光束的一部分和从I型非线性二次谐波晶体传送的大部分二次谐波光束转换成三次谐波光束，基频激光束、二次谐波光束、三次谐波光束进入棱镜二，在此处光束从一个移位到另一个，移位的光束进入棱镜一，增加了光束之间的位移，离开棱镜一的基频激光束被引导到可调节反射镜并反射回激光介质，导向镜片反射三次谐波光束和二次谐波光束并将光束反射到光学腔外，二次谐波发射器以阻挡来自输出的二次谐波光束。

进一步地，所述三次谐波加强反射装置包括光束高反射镜片、I型非线性二次谐波晶体、II型非线性三次谐波晶体和波片，所述光束高反射镜片、I型非线性二次谐波晶体、II型非线性三次谐波晶体和波片沿水平方向依次排列，所述光束高反射镜片、I型非线性二次谐波晶体、II型非线性三次谐波晶体和波片水平中轴线设于同一水平公共轴二上，所述波片设于II型非线性三次谐波晶体和多重波高反射镜片之间。

进一步地，步骤5)所述若具有多重波高反射镜片的三次谐波光束的偏振是“P”偏振，则可以获得来自激光腔的三次谐波光束的改善的恢复，基频激光束在垂直偏振下被可调节反射镜垂直反射，然后基频激光束被多重波高反射镜片反射并通过波片，波片将基频激光束旋转为全波或整波的整数，基频激光束的极化不变，基频激光束通过II型非线性三次谐波晶体，在没有二次谐波光束的情况下不受影响，基频激光束在I型非线性二次谐波晶体上一部分被转换为二次谐波，基频激光束的偏振保持垂直偏振，而得到的二次谐波光束是水平偏振的，光束高反射镜片通过I型非线性二次谐波晶体反射基波和二次谐波，再一部分基频激光束被转换为水平偏振的二次谐波，基频激光束和二次谐波被引导穿过II型非线性三次谐波晶体，这需要基频激光束和二次谐波束在晶体上以彼此正交的极化方式发生，基频激光束的一部分和二次谐波的主要部分被转换成具有与基频激光束相同的偏振的三次谐波光束，在这种情况下是垂直偏振，离开II型非线性三次谐波晶体的光束被引导通过波片，波片在三次谐波光束上执行1/2波旋转，以在其多重波高反射镜片上发生事故之前将其偏振转换为水平偏振，多重波高反射镜片将基本上从激光腔中去除所有三次谐波光束。

进一步地，所述三次谐波加强反射装置包括光束高反射镜片、I型倍增晶体、I型三倍频晶体和波片，所述光束高反射镜片、I型倍增晶体、波片和I型三倍频晶体沿水平方向依次排列，I型三倍频晶体为I型BBO或LBO晶体等，所述光束高反射镜片、I型倍增晶体、波片和I型三倍频晶体水平中轴线设于同一水平公共轴二上，所述波片设于I型三倍频晶体和I型倍增晶体之间。

进一步地，步骤5)具有垂直偏振的基频激光束被可调节反射镜反射到多重波高反射镜片，被I型三倍频晶体和波片反射，基频激光束在通过I型三倍频晶体时不受影响，除非二次谐波光束与基频激光束平行偏振，否则晶体对基波光束没有影响，基频激光束通过波片其偏振不变，光束在I型倍增晶体上发生，I型倍增晶体将一部分基频激光束转换为水平偏振的二次谐波光束，基频激光束和二次谐波从光束高反射镜片反射回I型倍增晶体，其中一部分基频激光束再次转换为水平极化的二次谐波波束，在通过波片时，二次谐波光束的偏振旋转一个半波，基波和二次谐波光束彼此具有相对平行的偏振，这对于用于三次谐波转换的I型三倍晶体是必需的，一部分基频激光束和大部分二次谐波被转换为三次谐波波束并退出I型三倍频晶体，产生的三次谐波将被水平极化，然后水平偏振的三次谐波入射在多重波高反射镜片上，多重波高反射镜片的取向使得水平偏振光束将在P偏振到多重波高反射镜片，P极化的三次谐波将基本上完全透过多重波高反射镜片，由于多重波高反射镜片对基频激光束光束是反射的，未转换的基波光束将被反射。

进一步地，所述基频高反射镜一和光束高反射镜片之间形成光学谐振腔，所述可调节反射镜可调节自身角度，可调节反射镜对加强后的基光束进行反射，并且可选地是用于二次谐波频率的高反射装置，其与来自激光介质的基光束光学输出振荡，根据自身角度的不同可实现垂直方向向下的反射也可实现偏于垂直方向向下的反射，所述柱面透镜具有补偿晶体的热透镜特性，所述可调节反射镜为折叠镜片，所述激光介质可预选，所述球面透镜用于调整光束的光斑尺寸，所述基频高反射镜一为激光介质基频的高反射镜，所述I型非线性二次谐波晶体用于二次谐波的产生，所述II型非线性三次谐波晶体用于三次谐波的产生，所述光束高反射镜片为基频和二次谐波频谱的高反射镜片，高反射镜一和光束高反射镜片以限定光学腔，所述多重波高反射镜片为二向色镜，所述I型非线性二次谐波晶体为I型LBO晶体，所述II型非线性三次谐波晶体为II型三硼酸锂晶体。

进一步地，所述棱镜一和棱镜二为UV渐变的熔融硅化棱镜一和棱镜二。

采用本发明所取得的有益效果如下：本发明提供的一种用于提高三次谐波产生效率的激光设备，与腔外三次谐波方法相比，充分利用了腔内强基波光，经过基频高反射镜一、基频高反射镜二反射，基本光束垂直于晶体轴偏振，并且产生的二次谐波光束平行于光轴偏振，高传输光束高反射镜片和基频及二次谐波高反射镜片的反射，基光束和二次谐波光束正交偏振并产生三次谐波光束，其偏振平行于两个输入光束之一的偏振基光束和三次谐光束的极化将是平行的，提高了转换效率，充分利用了二次谐波功率进行多次混频，增加了三次谐波的效率和功率，减少了偏振光耦合损耗，提高了三次谐波的光束质量和稳定性。

附图说明

图1为本发明一种用于提高三次谐波产生效率的激光设备的结构示意图；

图2为本发明一种用于提高三次谐波产生效率的激光设备的替代实例的结构示意图；

图3为本发明一种用于提高三次谐波产生效率的激光设备的转换效率曲线图；

图4为本发明一种用于提高三次谐波产生效率的激光设备的替代实例的结构示意图；

图5为本发明一种用于提高三次谐波产生效率的激光设备的替代实例的结构示意图。

其中，1、光学腔，2、I型倍增晶体，3、可调节反射镜，4、多重波反射加强输出装置，5、三次谐波加强反射装置，6、激光介质，7、激光泵，8、基频高反射镜一，9、Q开关，10、球面透镜，11、柱面透镜，12、多重波高反射镜片，13、光束高反射镜片，14、I型非线性二次谐波晶体，15、II型非线性三次谐波晶体，16、棱镜一，17、棱镜二，18、导向镜片，19、二次谐波发射器，20、波片，21、I型三倍频晶体。

具体实施方式

下面结合具体实施对本发明的技术方案进行进一步详细地说明，本发明所述的技术特征或连接关系没有进行详细描述的部分均为采用的现有技术。

本发明一种光转换效率高的三次谐波激光的产生方法，包括以下步骤：

1)设置三次谐波产生的装置：所述三次谐波产生的装置包括光学腔1、激光介质6、激光泵7、基频高反射镜一8、Q开关9、球面透镜10、柱面透镜11、可调节反射镜3、多重波反射加强输出装置4和三次谐波加强反射装置5，所述激光介质6、激光泵7、基频高反射镜一8、Q开关9、球面透镜10、柱面透镜11、可调节反射镜3、多重波反射加强输出装置4和三次谐波加强反射装置5均设于光学腔1内，所述激光介质6、激光泵7、基频高反射镜一8、Q开关9、球面透镜10、柱面透镜11和可调节反射镜3沿水平方向依次排列，所述激光介质6、激光泵7、基频高反射镜一8、Q开关9、球面透镜10、柱面透镜11和可调节反射镜3水平中轴线设于同一水平公共轴一上，所述多重波反射加强输出装置4设于可调节反射镜3正下方，所述三次谐波加强反射装置5和多重波反射加强输出装置4水平方向依次排列，所述三次谐波加强反射装置5和多重波反射加强输出装置4水平中轴线设于同一水平公共轴二上，所述多重波反射加强输出装置4为多重波高反射镜片12，所述多重波高反射镜片12设于可调节反射镜3整下方，所述三次谐波加强反射装置5包括光束高反射镜片13、I型非线性二次谐波晶体14和II型非线性三次谐波晶体15，所述多重波高反射镜片12、光束高反射镜片13、I型非线性二次谐波晶体14和II型非线性三次谐波晶体15沿水平方向依次排列，所述光束高反射镜片13、I型非线性二次谐波晶体14、II型非线性三次谐波晶体15和多重波高反射镜片12水平中轴线设于同一水平公共轴二上；

2)激光介质6用于产生基频激光束沿着公共轴一向前后端发射，同时激光泵7用以激励激光介质6，基频激光束向前传输到达球面透镜10并继续向前到达柱面透镜11和Q开关9，球面透镜10调整光束的光斑尺寸，柱面透镜11补偿晶体的热透镜特性，在Q开关9选项中，通过在谐振腔中引入损耗来抑制激光器，同时将能量泵抽送并存储在粒子数反转中，一旦获得所需的粒子数反转，就减少损耗以允许激光发射，在这种模式下，可以从激光器产生大的脉冲链输出，基频激光束向后传输到达可调节反射镜3，可调节反射镜3将一部分基频激光束沿公共轴一反射到基频高反射镜一8加之到达基频高反射镜一8的原基频激光束，基频高反射镜一8对其进行反射，改基频激光束到达可调节反射镜3，可调节反射镜3其与来自激光介质6的前端基频高反射镜一8的光学输出振荡；

3)人工可调节可调节反射镜3倾斜角度使其对基频激光束进行垂直反射，或对基频激光束进行倾斜反射；

4)经过可调节反射镜3的垂直反射基频激光束到达多重波高反射镜片12，多重波高反射镜片12对基频激光束进行反射，使得基频激光束沿公共轴二向前传输；

5)经过多重波高反射镜片12的反射基频激光束到达II型非线性三次谐波晶体15，II型非线性三次谐波晶体15与由多重波高反射镜片12反射的光束振荡，II型非线性三次谐波晶体15输出指向用于二次谐波产生的I型非线性二次谐波晶体14，I型非线性二次谐波晶体14输出指向光束高反射镜片13，由于II型非线性三次谐波晶体15仅在存在二次谐波光束的情况下将基波光束转换为三次谐波光束，因此基频激光束在通过II型非线性三次谐波晶体15时不受影响；一小部分基频激光束通过满足其相位匹配条件(K(2w)＝K(w)+K(w))通过I型非线性二次谐波晶体14转换为水平极化二次谐波光束相位匹配(晶体的取向)或非临界相位匹配(温度调谐)，基频激光束和二次谐波光束都朝向光束高反射镜片13传送并从同一镜片反射回来，当基频激光束在从光束高反射镜片13反射时通过I型非线性二次谐波晶体14时，另一小部分基频激光束转换成其二次谐波光束，该二次谐波光束与反射的二次谐波光束叠加，形成组合的二次谐波光束，II型非线性三次谐波晶体15在满足相位匹配条件k(3W)＝^1/2(K(w)+k(2W))的情况下，将基频激光束的一部分和从I型非线性二次谐波晶体14传送的大部分二次谐波光束转换成三次谐波光束；基频激光束、二次谐波光束、三次谐波光束指向多重波高反射镜片12，多重波高反射镜片12从腔中去除三次谐波光束，将二次谐波光束反射到可调节反射镜3，作为二次谐波光束和三次谐波光束可以一起从光学腔1体中输出，其转换效率为25％至50％。

所述多重波反射加强输出装置4包括棱镜一16、棱镜二17、导向镜片18和二次谐波发射器19，所述棱镜一16和棱镜二17顶角相接倾斜设于可调节反射镜3靠近激光泵7的一侧，所述棱镜一16设于棱镜二17的斜上方，所述导向镜片18设于棱镜一16正上方，所述二次谐波发生器设于可调节反射器原理激光泵7的一侧，所述二次谐波发射器19设于可调节反射镜3和导向镜片18之间，所述棱镜二17与II型非线性三次谐波晶体15设于同一水平线上。

步骤4)所述经过可调节反射镜3的倾斜反射基频激光束到达棱镜一16和棱镜二17，棱镜一16和棱镜二17使基波束偏转并将其引导到II型非线性三次谐波晶体15。

步骤5)棱镜一16和棱镜二17使基波束偏转并将其引导到II型非线性三次谐波晶体15，II型非线性三次谐波晶体15输出指向用于二次谐波产生的I型非线性二次谐波晶体14，I型非线性二次谐波晶体14输出指向光束高反射镜片13，由于II型非线性三次谐波晶体15仅在存在二次谐波光束的情况下将基波光束转换为三次谐波光束，因此基频激光束在通过II型非线性三次谐波晶体15时不受影响；一小部分基频激光束通过满足其相位匹配条件(K(2w)＝K(w)+K(w))通过I型非线性二次谐波晶体14转换为水平极化二次谐波光束相位匹配(晶体的取向)或非临界相位匹配(温度调谐)，基频激光束和二次谐波光束都朝向光束高反射镜片13传送并从同一镜片反射回来，当基频激光束在从光束高反射镜片13反射时通过I型非线性二次谐波晶体14时，另一小部分基频激光束转换成其二次谐波光束，该二次谐波光束与反射的二次谐波光束叠加，形成组合的二次谐波光束，II型非线性三次谐波晶体15在满足相位匹配条件k(3W)＝^1/2(K(w)+k(2W))的情况下，将基频激光束的一部分和从I型非线性二次谐波晶体14传送的大部分二次谐波光束转换成三次谐波光束，基频激光束、二次谐波光束、三次谐波光束进入棱镜二17，在此处光束从一个移位到另一个，移位的光束进入棱镜一16，增加了光束之间的位移，离开棱镜一16的基频激光束被引导到可调节反射镜3并反射回激光介质6，导向镜片18反射三次谐波光束和二次谐波光束并将光束反射到光学腔1外，二次谐波发射器19以阻挡来自输出的二次谐波光束。

所述三次谐波加强反射装置5包括光束高反射镜片13、I型非线性二次谐波晶体14、II型非线性三次谐波晶体15和波片20，所述光束高反射镜片13、I型非线性二次谐波晶体14、II型非线性三次谐波晶体15和波片20沿水平方向依次排列，所述光束高反射镜片13、I型非线性二次谐波晶体14、II型非线性三次谐波晶体15和波片20水平中轴线设于同一水平公共轴二上，所述波片20设于II型非线性三次谐波晶体15和多重波高反射镜片12之间。

步骤5)所述若具有多重波高反射镜片12的三次谐波光束的偏振是“P”偏振，则可以获得来自激光腔的三次谐波光束的改善的恢复，基频激光束在垂直偏振下被可调节反射镜3垂直反射，然后基频激光束被多重波高反射镜片12反射并通过波片20，波片20将基频激光束旋转为全波或整波的整数，基频激光束的极化不变，基频激光束通过II型非线性三次谐波晶体15，在没有二次谐波光束的情况下不受影响，基频激光束在I型非线性二次谐波晶体14上一部分被转换为二次谐波，基频激光束的偏振保持垂直偏振，而得到的二次谐波光束是水平偏振的，光束高反射镜片13通过I型非线性二次谐波晶体14反射基波和二次谐波，再一部分基频激光束被转换为水平偏振的二次谐波，基频激光束和二次谐波被引导穿过II型非线性三次谐波晶体15，这需要基频激光束和二次谐波束在晶体上以彼此正交的极化方式发生，基频激光束的一部分和二次谐波的主要部分被转换成具有与基频激光束相同的偏振的三次谐波光束，在这种情况下是垂直偏振，离开II型非线性三次谐波晶体15的光束被引导通过波片20，波片20在三次谐波光束上执行1/2波旋转，以在其多重波高反射镜片12上发生事故之前将其偏振转换为水平偏振，多重波高反射镜片12将基本上从激光腔中去除所有三次谐波光束。

所述三次谐波加强反射装置5包括光束高反射镜片13、I型倍增晶体2、I型三倍频晶体21和波片20，所述光束高反射镜片13、I型倍增晶体2、波片20和I型三倍频晶体21沿水平方向依次排列，所述光束高反射镜片13、I型倍增晶体2、波片20和I型三倍频晶体21水平中轴线设于同一水平公共轴二上，所述波片20设于I型三倍频晶体21和I型倍增晶体2之间。

步骤5)具有垂直偏振的基频激光束被可调节反射镜3反射到多重波高反射镜片12，被I型三倍频晶体21和波片20反射，基频激光束在通过I型三倍频晶体21时不受影响，除非二次谐波光束与基频激光束平行偏振，否则晶体对基波光束没有影响，基频激光束通过波片20其偏振不变，光束在I型倍增晶体2上发生，I型倍增晶体2将一部分基频激光束转换为水平偏振的二次谐波光束，基频激光束和二次谐波从光束高反射镜片13反射回I型倍增晶体2，其中一部分基频激光束再次转换为水平极化的二次谐波波束，在通过波片20时，二次谐波光束的偏振旋转一个半波，基波和二次谐波光束彼此具有相对平行的偏振，这对于用于三次谐波转换的I型三倍晶体是必需的，一部分基频激光束和大部分二次谐波被转换为三次谐波波束并退出I型三倍频晶体21，产生的三次谐波将被水平极化，然后水平偏振的三次谐波入射在多重波高反射镜片12上，多重波高反射镜片12的取向使得水平偏振光束将在P偏振到多重波高反射镜片12，P极化的三次谐波将基本上完全透过多重波高反射镜片12，由于多重波高反射镜片12对基频激光束光束是反射的，未转换的基波光束将被反射。

所述基频高反射镜一8和光束高反射镜片13之间形成光学谐振腔，所述可调节反射镜3可调节自身角度，所述可调节反射镜3为折叠镜片，所述激光介质6可预选，所述柱面透镜11具有补偿晶体的热透镜特性，所述球面透镜10用于调整光束的光斑尺寸，所述基频高反射镜一8为激光介质6基频的高反射镜，所述I型非线性二次谐波晶体14用于二次谐波的产生，所述II型非线性三次谐波晶体15用于三次谐波的产生，所述光束高反射镜片13为基频和二次谐波频谱的高反射镜片，高反射镜一和光束高反射镜片13以限定光学腔1，所述多重波高反射镜片12为二向色镜，所述I型非线性二次谐波晶体14为I型LBO晶体，所述II型非线性三次谐波晶体15为II型三硼酸锂晶体。

所述棱镜一16和棱镜二17为UV渐变的熔融硅化棱镜一16和棱镜二17。

具体使用时，激光介质6用于产生基频激光束沿着公共轴一向前后端发射，同时激光泵7用以激励激光介质6，基频激光束向前传输到达球面透镜10并继续向前到达柱面透镜11和Q开关9，球面透镜10调整光束的光斑尺寸，柱面透镜11补偿晶体的热透镜特性，在Q开关9选项中，通过在谐振腔中引入损耗来抑制激光器，同时将能量泵抽送并存储在粒子数反转中，一旦获得所需的粒子数反转，就减少损耗以允许激光发射，在这种模式下，可以从激光器产生大的脉冲链输出，基频激光束向后传输到达可调节反射镜3，可调节反射镜3将一部分基频激光束沿公共轴一反射到基频高反射镜一8加之到达基频高反射镜一8的原基频激光束，基频高反射镜一8对其进行反射，改基频激光束到达可调节反射镜3，可调节反射镜3其与来自激光介质6的前端基频高反射镜一8的光学输出振荡；人工可调节可调节反射镜3倾斜角度使其对基频激光束进行垂直反射，或对基频激光束进行倾斜反射；经过可调节反射镜3的垂直反射基频激光束到达多重波高反射镜片12，多重波高反射镜片12对基频激光束进行反射，使得基频激光束沿公共轴二向前传输；经过多重波高反射镜片12的反射基频激光束到达II型非线性三次谐波晶体15，II型非线性三次谐波晶体15与由多重波高反射镜片12反射的光束振荡，II型非线性三次谐波晶体15输出指向用于二次谐波产生的I型非线性二次谐波晶体14，I型非线性二次谐波晶体14输出指向光束高反射镜片13，由于II型非线性三次谐波晶体15仅在存在二次谐波光束的情况下将基波光束转换为三次谐波光束，因此基频激光束在通过II型非线性三次谐波晶体15时不受影响；一小部分基频激光束通过满足其相位匹配条件(K(2w)＝K(w)+K(w))通过I型非线性二次谐波晶体14转换为水平极化二次谐波光束相位匹配(晶体的取向)或非临界相位匹配(温度调谐)，基频激光束和二次谐波光束都朝向光束高反射镜片13传送并从同一镜片反射回来，当基频激光束在从光束高反射镜片13反射时通过I型非线性二次谐波晶体14时，另一小部分基频激光束转换成其二次谐波光束，该二次谐波光束与反射的二次谐波光束叠加，形成组合的二次谐波光束，II型非线性三次谐波晶体15在满足相位匹配条件k(3W)＝^1/2(K(w)+k(2W))的情况下，将基频激光束的一部分和从I型非线性二次谐波晶体14传送的大部分二次谐波光束转换成三次谐波光束；基频激光束、二次谐波光束、三次谐波光束指向多重波高反射镜片12，多重波高反射镜片12从腔中去除三次谐波光束，将二次谐波光束反射到可调节反射镜3，作为二次谐波光束和三次谐波光束可以一起从光学腔1体中输出；经过可调节反射镜3的倾斜反射基频激光束到达棱镜一16和棱镜二17，棱镜一16和棱镜二17使基波束偏转并将其引导到II型非线性三次谐波晶体15，棱镜一16和棱镜二17使基波束偏转并将其引导到II型非线性三次谐波晶体15，II型非线性三次谐波晶体15输出指向用于二次谐波产生的I型非线性二次谐波晶体14，I型非线性二次谐波晶体14输出指向光束高反射镜片13，由于II型非线性三次谐波晶体15仅在存在二次谐波光束的情况下将基波光束转换为三次谐波光束，因此基频激光束在通过II型非线性三次谐波晶体15时不受影响；一小部分基频激光束通过满足其相位匹配条件(K(2w)＝K(w)+K(w))通过I型非线性二次谐波晶体14转换为水平极化二次谐波光束相位匹配(晶体的取向)或非临界相位匹配(温度调谐)，基频激光束和二次谐波光束都朝向光束高反射镜片13传送并从同一镜片反射回来，当基频激光束在从光束高反射镜片13反射时通过I型非线性二次谐波晶体14时，另一小部分基频激光束转换成其二次谐波光束，该二次谐波光束与反射的二次谐波光束叠加，形成组合的二次谐波光束，II型非线性三次谐波晶体15在满足相位匹配条件k(3W)＝^1/2(K(w)+k(2W))的情况下，将基频激光束的一部分和从I型非线性二次谐波晶体14传送的大部分二次谐波光束转换成三次谐波光束，基频激光束、二次谐波光束、三次谐波光束进入棱镜二17，在此处光束从一个移位到另一个，移位的光束进入棱镜一16，增加了光束之间的位移，离开棱镜一16的基频激光束被引导到可调节反射镜3并反射回激光介质6，导向镜片18反射三次谐波光束和二次谐波光束并将光束反射到光学腔1外，二次谐波发射器19以阻挡来自输出的二次谐波光束；若具有多重波高反射镜片12的三次谐波光束的偏振是“P”偏振，则可以获得来自激光腔的三次谐波光束的改善的恢复，实现了超过约90％，优选约95％至99％，更优选约99％的三次谐波的去除，基频激光束在垂直偏振下被可调节反射镜3垂直反射，然后基频激光束被多重波高反射镜片12反射并通过波片20，其在基频激光束下反射优于99.5％，并且当三次谐波光束在P-偏振到镜片时在镜片上发生时，在三次谐波光束处透射优于95％，波片20将基频激光束旋转为全波或整波的整数，基频激光束的极化不变，基频激光束通过II型非线性三次谐波晶体15，在没有二次谐波光束的情况下不受影响，基频激光束在I型非线性二次谐波晶体14上一部分被转换为二次谐波，基频激光束的偏振保持垂直偏振，而得到的二次谐波光束是水平偏振的，光束高反射镜片13通过I型非线性二次谐波晶体14反射基波和二次谐波，再一部分基频激光束被转换为水平偏振的二次谐波，基频激光束和二次谐波被引导穿过II型非线性三次谐波晶体15，这需要基频激光束和二次谐波束在晶体上以彼此正交的极化方式发生，基频激光束的一部分和二次谐波的主要部分被转换成具有与基频激光束相同的偏振的三次谐波光束，在这种情况下是垂直偏振，离开II型非线性三次谐波晶体15的光束被引导通过波片20，波片20在三次谐波光束上执行1/2波旋转，以在其多重波高反射镜片12上发生事故之前将其偏振转换为水平偏振，多重波高反射镜片12将基本上从激光腔中去除所有三次谐波光束；具有垂直偏振的基频激光束被可调节反射镜3反射到多重波高反射镜片12，被I型三倍频晶体21和波片20反射，基频激光束在通过I型三倍频晶体21时不受影响，除非二次谐波光束与基频激光束平行偏振，否则晶体对基波光束没有影响，基频激光束通过波片20其偏振不变，光束在I型倍增晶体2上发生，I型倍增晶体2将一部分基频激光束转换为水平偏振的二次谐波光束，基频激光束和二次谐波从光束高反射镜片13反射回I型倍增晶体2，其中一部分基频激光束再次转换为水平极化的二次谐波波束，在通过波片20时，二次谐波光束的偏振旋转一个半波，基波和二次谐波光束彼此具有相对平行的偏振，这对于用于三次谐波转换的I型三倍晶体是必需的，一部分基频激光束和大部分二次谐波被转换为三次谐波波束并退出I型三倍频晶体21，产生的三次谐波将被水平极化，然后水平偏振的三次谐波入射在多重波高反射镜片12上，多重波高反射镜片12的取向使得水平偏振光束将在P偏振到多重波高反射镜片12，P极化的三次谐波将基本上完全透过多重波高反射镜片12，由于多重波高反射镜片12对基频激光束光束是反射的，未转换的基波光束将被反射。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光转换效率高的三次谐波激光的产生方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设置三次谐波产生的装置：所述三次谐波产生的装置包括光学腔、激光介质、激光泵、基频高反射镜一、Q开关、球面透镜、柱面透镜、可调节反射镜、多重波反射加强输出装置和三次谐波加强反射装置，所述激光介质、激光泵、基频高反射镜一、Q开关、球面透镜、柱面透镜、可调节反射镜、多重波反射加强输出装置和三次谐波加强反射装置均设于光学腔内，所述激光介质、激光泵、基频高反射镜一、Q开关、球面透镜、柱面透镜和可调节反射镜沿水平方向依次排列，所述激光介质、激光泵、基频高反射镜一、Q开关、球面透镜、柱面透镜和可调节反射镜水平中轴线设于同一水平公共轴一上，所述多重波反射加强输出装置设于可调节反射镜正下方，所述三次谐波加强反射装置和多重波反射加强输出装置水平方向依次排列，所述三次谐波加强反射装置和多重波反射加强输出装置水平中轴线设于同一水平公共轴二上，所述多重波反射加强输出装置为多重波高反射镜片，所述多重波高反射镜片设于可调节反射镜整下方，所述三次谐波加强反射装置包括光束高反射镜片、I型非线性二次谐波晶体和II型非线性三次谐波晶体，所述多重波高反射镜片、光束高反射镜片、I型非线性二次谐波晶体和II型非线性三次谐波晶体沿水平方向依次排列，所述光束高反射镜片、I型非线性二次谐波晶体、II型非线性三次谐波晶体和多重波高反射镜片水平中轴线设于同一水平公共轴二上；

2)激光介质用于产生基频激光束沿着公共轴一向前后端发射，同时激光泵用以激励激光介质，基频激光束向前传输到达球面透镜并继续向前到达柱面透镜和Q开关，球面透镜调整光束的光斑尺寸，柱面透镜补偿晶体的热透镜特性，在Q开关选项中，通过在谐振腔中引入损耗来抑制激光器，同时将能量泵抽送并存储在粒子数反转中，一旦获得所需的粒子数反转，就减少损耗以允许激光发射，在这种模式下，可以从激光器产生大的脉冲链输出，基频激光束向后传输到达可调节反射镜，可调节反射镜将一部分基频激光束沿公共轴一反射到基频高反射镜一加之到达基频高反射镜一的原基频激光束，基频高反射镜一对其进行反射，改基频激光束到达可调节反射镜，可调节反射镜其与来自激光介质的前端基频高反射镜一的光学输出振荡；

3)人工可调节可调节反射镜倾斜角度使其对基频激光束进行垂直反射，或对基频激光束进行倾斜反射；

4)经过可调节反射镜的垂直反射基频激光束到达多重波高反射镜片，多重波高反射镜片对基频激光束进行反射，使得基频激光束沿公共轴二向前传输；

5)经过多重波高反射镜片的反射基频激光束到达II型非线性三次谐波晶体，II型非线性三次谐波晶体与由多重波高反射镜片反射的光束振荡，II型非线性三次谐波晶体输出指向用于二次谐波产生的I型非线性二次谐波晶体，I型非线性二次谐波晶体输出指向光束高反射镜片，由于II型非线性三次谐波晶体仅在存在二次谐波光束的情况下将基波光束转换为三次谐波光束，因此基频激光束在通过II型非线性三次谐波晶体时不受影响；一小部分基频激光束通过满足其相位匹配条件(K(2w)＝K(w)+K(w))通过I型非线性二次谐波晶体转换为水平极化二次谐波光束相位匹配(晶体的取向)或非临界相位匹配(温度调谐)，基频激光束和二次谐波光束都朝向光束高反射镜片传送并从同一镜片反射回来，当基频激光束在从光束高反射镜片反射时通过I型非线性二次谐波晶体时，另一小部分基频激光束转换成其二次谐波光束，该二次谐波光束与反射的二次谐波光束叠加，形成组合的二次谐波光束，II型非线性三次谐波晶体在满足相位匹配条件k(3W)＝^1/2(K(w)+k(2W))的情况下，将基频激光束的一部分和从I型非线性二次谐波晶体传送的大部分二次谐波光束转换成三次谐波光束；基频激光束、二次谐波光束、三次谐波光束指向多重波高反射镜片，多重波高反射镜片从腔中去除三次谐波光束，将二次谐波光束反射到可调节反射镜，作为二次谐波光束和三次谐波光束可以一起从光学腔体中输出，其转换效率为25％至50％。

2.根据权利要求1所述的一种光转换效率高的三次谐波激光的产生方法，其特征在于，所述多重波反射加强输出装置包括棱镜一、棱镜二、导向镜片和二次谐波发射器，所述棱镜一和棱镜二顶角相接倾斜设于可调节反射镜靠近激光泵的一侧，所述棱镜一设于棱镜二的斜上方，所述导向镜片设于棱镜一正上方，所述二次谐波发生器设于可调节反射器原理激光泵的一侧，所述二次谐波发射器设于可调节反射镜和导向镜片之间，所述棱镜二与II型非线性三次谐波晶体设于同一水平线上。

3.根据权利要求1所述的一种光转换效率高的三次谐波激光的产生方法，其特征在于，步骤4)所述经过可调节反射镜的倾斜反射基频激光束到达棱镜一和棱镜二，棱镜一和棱镜二使基波束偏转并将其引导到II型非线性三次谐波晶体。

4.根据权利要求1所述的一种光转换效率高的三次谐波激光的产生方法，其特征在于，步骤5)棱镜一和棱镜二使基波束偏转并将其引导到II型非线性三次谐波晶体，II型非线性三次谐波晶体输出指向用于二次谐波产生的I型非线性二次谐波晶体，I型非线性二次谐波晶体输出指向光束高反射镜片，由于II型非线性三次谐波晶体仅在存在二次谐波光束的情况下将基波光束转换为三次谐波光束，因此基频激光束在通过II型非线性三次谐波晶体时不受影响；一小部分基频激光束通过满足其相位匹配条件(K(2w)＝K(w)+K(w))通过I型非线性二次谐波晶体转换为水平极化二次谐波光束相位匹配(晶体的取向)或非临界相位匹配(温度调谐)，基频激光束和二次谐波光束都朝向光束高反射镜片传送并从同一镜片反射回来，当基频激光束在从光束高反射镜片反射时通过I型非线性二次谐波晶体时，另一小部分基频激光束转换成其二次谐波光束，该二次谐波光束与反射的二次谐波光束叠加，形成组合的二次谐波光束，II型非线性三次谐波晶体在满足相位匹配条件k(3W)＝^1/2(K(w)+k(2W))的情况下，将基频激光束的一部分和从I型非线性二次谐波晶体传送的大部分二次谐波光束转换成三次谐波光束，基频激光束、二次谐波光束、三次谐波光束进入棱镜二，在此处光束从一个移位到另一个，移位的光束进入棱镜一，增加了光束之间的位移，离开棱镜一的基频激光束被引导到可调节反射镜并反射回激光介质，导向镜片反射三次谐波光束和二次谐波光束并将光束反射到光学腔外，二次谐波发射器以阻挡来自输出的二次谐波光束。

5.根据权利要求1所述的一种光转换效率高的三次谐波激光的产生方法，其特征在于，所述三次谐波加强反射装置包括光束高反射镜片、I型非线性二次谐波晶体、II型非线性三次谐波晶体和波片，所述光束高反射镜片、I型非线性二次谐波晶体、II型非线性三次谐波晶体和波片沿水平方向依次排列，所述光束高反射镜片、I型非线性二次谐波晶体、II型非线性三次谐波晶体和波片水平中轴线设于同一水平公共轴二上，所述波片设于II型非线性三次谐波晶体和多重波高反射镜片之间。

6.根据权利要求1所述的一种光转换效率高的三次谐波激光的产生方法，其特征在于，步骤5)所述若具有多重波高反射镜片的三次谐波光束的偏振是“P”偏振，则可以获得来自激光腔的三次谐波光束的改善的恢复，基频激光束在垂直偏振下被可调节反射镜垂直反射，然后基频激光束被多重波高反射镜片反射并通过波片，波片将基频激光束旋转为全波或整波的整数，基频激光束的极化不变，基频激光束通过II型非线性三次谐波晶体，在没有二次谐波光束的情况下不受影响，基频激光束在I型非线性二次谐波晶体上一部分被转换为二次谐波，基频激光束的偏振保持垂直偏振，而得到的二次谐波光束是水平偏振的，光束高反射镜片通过I型非线性二次谐波晶体反射基波和二次谐波，再一部分基频激光束被转换为水平偏振的二次谐波，基频激光束和二次谐波被引导穿过II型非线性三次谐波晶体，这需要基频激光束和二次谐波束在晶体上以彼此正交的极化方式发生，基频激光束的一部分和二次谐波的主要部分被转换成具有与基频激光束相同的偏振的三次谐波光束，在这种情况下是垂直偏振，离开II型非线性三次谐波晶体的光束被引导通过波片，波片在三次谐波光束上执行1/2波旋转，以在其多重波高反射镜片上发生事故之前将其偏振转换为水平偏振，多重波高反射镜片将基本上从激光腔中去除所有三次谐波光束。

7.根据权利要求1所述的一种光转换效率高的三次谐波激光的产生方法，其特征在于，所述三次谐波加强反射装置包括光束高反射镜片、I型倍增晶体、I型三倍频晶体和波片，所述光束高反射镜片、I型倍增晶体、波片和I型三倍频晶体沿水平方向依次排列，所述光束高反射镜片、I型倍增晶体、波片和I型三倍频晶体水平中轴线设于同一水平公共轴二上，所述波片设于I型三倍频晶体和I型倍增晶体之间。

8.根据权利要求1所述的一种光转换效率高的三次谐波激光的产生方法，其特征在于，步骤5)具有垂直偏振的基频激光束被可调节反射镜反射到多重波高反射镜片，被I型三倍频晶体和波片反射，基频激光束在通过I型三倍频晶体时不受影响，除非二次谐波光束与基频激光束平行偏振，否则晶体对基波光束没有影响，基频激光束通过波片其偏振不变，光束在I型倍增晶体上发生，I型倍增晶体将一部分基频激光束转换为水平偏振的二次谐波光束，基频激光束和二次谐波从光束高反射镜片反射回I型倍增晶体，其中一部分基频激光束再次转换为水平极化的二次谐波波束，在通过波片时，二次谐波光束的偏振旋转一个半波，基波和二次谐波光束彼此具有相对平行的偏振，这对于用于三次谐波转换的I型三倍晶体是必需的，一部分基频激光束和大部分二次谐波被转换为三次谐波波束并退出I型三倍频晶体，产生的三次谐波将被水平极化，然后水平偏振的三次谐波入射在多重波高反射镜片上，多重波高反射镜片的取向使得水平偏振光束将在P偏振到多重波高反射镜片，P极化的三次谐波将基本上完全透过多重波高反射镜片，由于多重波高反射镜片对基频激光束光束是反射的，未转换的基波光束将被反射。

9.根据权利要求1所述的一种光转换效率高的三次谐波激光的产生方法，其特征在于，所述基频高反射镜一和光束高反射镜片之间形成光学谐振腔，所述可调节反射镜可调节自身角度，所述可调节反射镜为折叠镜片，所述激光介质可预选，所述柱面透镜具有补偿晶体的热透镜特性，所述球面透镜用于调整光束的光斑尺寸，所述基频高反射镜一为激光介质基频的高反射镜，所述I型非线性二次谐波晶体用于二次谐波的产生，所述II型非线性三次谐波晶体用于三次谐波的产生，所述光束高反射镜片为基频和二次谐波频谱的高反射镜片，高反射镜一和光束高反射镜片以限定光学腔，所述多重波高反射镜片为二向色镜，所述I型非线性二次谐波晶体为I型LBO晶体，所述II型非线性三次谐波晶体为II型三硼酸锂晶体。

10.根据权利要求1所述的一种光转换效率高的三次谐波激光的产生方法，其特征在于，所述棱镜一和棱镜二为UV渐变的熔融硅化棱镜一和棱镜二。