1.一种基于非线性频率转换的近场滤波和激光器横模控制系统,其特征在于,该系统结构上包括激光器端镜(1)、起偏器(2)、增益介质与泵浦源(3)、折叠反射镜(4)、非线性倍频晶体(5)、双色镜(6)、精密平移台(7),所述双色镜(6)固定于精密平移台(7)上;所述的激光器端镜(1)、起偏器(2)、增益介质与泵浦源(3)和折叠反射镜(4)处于激光放大光路上,所述的折叠反射镜(4)、非线性倍频晶体(5)和双色镜(6)处于激光的模式控制光路上;所述非线性倍频晶体(5)处于相位匹配状态,公式(1)范围内光束转换成倍频光: (1)其中,∂Δk/∂θ为非线性倍频晶体(5)相位失配量随偏离匹配角度θ的一阶倒数,L为晶体的长度,Δθ为光束指向偏离传输方向的角度;所述双色镜(6)与所述非线性倍频晶体(5)之间的距离为d,基频光与倍频光将因空气色散和双色镜的反射而产生相位差为ϕ,满足下面公式: (2)其中, n为空气折射率,λ为激光器振荡波长,d为晶体表面与双色镜之间距离,ϕ jump 为双色镜(6)表面反射和非线性倍频晶体(5)引起光束相移;当ϕ =π时,倍频光将在逆向传输过程中,重新转换成基频光,并进一步在增益介质与泵浦源(3)的增益介质中获得放大。
2.根据权利要求1所述的一种基于非线性频率转换的近场滤波和激光器横模控制系统,其特征在于,所述非线性倍频晶体为人工生长高品质非线性倍频晶体,包括有YCOB、LBO和α-BBO晶体。
3.根据权利要求1所述的一种基于非线性频率转换的近场滤波和激光器横模控制系统,其特征在于,所述增益介质与泵浦源(3)中泵浦光源为泵浦用氙灯或激光器,所述增益介质与泵浦源(3)中增益介质为激光晶体、玻璃或气体。
4.根据权利要求1所述的一种基于非线性频率转换的近场滤波和激光器横模控制系统,其特征在于,所述的折叠反射镜(4)是对激光谐振腔起折叠的腔镜,其对振荡光束起反射作用,可以为平面反射镜,也可以为带曲率的反射镜。
5.根据权利要求1所述的一种基于非线性频率转换的近场滤波和激光器横模控制系统,其特征在于,所述的折叠反射镜(4)为45°平面双色镜,其对基频激光反射率>99.5%,对倍频激光反射率<0.5%。
6.根据权利要求1所述的一种基于非线性频率转换的近场滤波和激光器横模控制系统,其特征在于,所述双色镜(6)为对振荡波长高透,对倍频波长高反的0°输出耦合双色反射镜,其对基频激光透过率>75%,对倍频透过率<0.5% 。
7.一种根据权利要求1-6中任一所述的一种基于非线性频率转换的近场滤波和激光器横模控制系统的控制实现方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:第一步,开启激光器的增益介质和泵浦源(3),并逐步提高泵浦能量,使激光器产生自由振荡,此为激光器振荡的第一振荡阈值;第二步,调节非线性倍频晶体(5),使非线性倍频晶体(5)处于相位匹配状态,此时光束指向只有在公式(1)范围内光束才能高效转换成倍频光: (1)其中,∂Δk/∂θ为非线性倍频晶体(5)相位失配量随偏离匹配角度θ的一阶倒数,L为晶体的长度,Δθ为光束指向偏离传输方向的角度;第三步,输出双色镜(6)对倍频光全反射,对基频光部分反射,使双色镜(6)作为输出耦合镜和高阶模耗散元件,第二步中无法转换为倍频的高阶模,大部分将从双色镜(6)透射出激光腔,同时所述双色镜(6)还将转换成倍频光的低阶模和部分基频光反射回所述的非线性倍频晶体(5)中,通过所述精密平移台(7)调节双色镜(6)与倍频晶体(5)之间距离,基频光与倍频光将因空气色散和双色镜的反射而产生相位差ϕ,其中ϕ 如式(2)所示: (2)n为空气折射率,λ为激光器振荡波长,d为晶体表面与双色镜之间距离,ϕ jump 为双色镜(6)表面反射和非线性倍频晶体(5)引起光束相移,进一步通过精密平移台(7)调节双色镜(6)与非线性倍频晶体(5)之间的距离d,使得ϕ =π,此时倍频光将在逆向传输过程中,重新转换成基频光,并进一步在增益介质与泵浦源(3)的增益介质中获得放大,则第二步与本步骤结合,形成了一种非线性损耗机制,即高阶模因倍频转换效率低,将在双色镜(6)处出射,产生较高的损耗,而低阶模则因较高倍频效率和反射率,形成正反馈而振荡增强;第四步,进一步提升泵浦能量,随着输出能量增大,激光器输出光束高阶横模将大幅减少,同时光束质量大幅改善,形成稳定振荡,据此记录为激光器振荡的第二振荡阈值;第五步,基于前述步骤,当激光器工作于第二振荡阈值之上时,激光器将实现低阶横模乃至基横模锁定放大。
8.根据权利要求7所述的一种基于非线性频率转换的近场滤波和激光器横模控制系统的控制实现方法,其特征在于:激光器可实现低阶横模或基模输出,输出光束空间发散角将压缩在±200μrad以内,腔内无光阑小孔与聚焦元件。