專(zhuān)利名稱(chēng)：基于周期性極化晶體的光學(xué)參量放大波長(zhǎng)調(diào)諧裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光學(xué)參量放大激光系統(tǒng)，特別是一種基于周期性極化晶體的光 學(xué)參量放大波長(zhǎng)調(diào)諧裝置，該裝置在具有高利用價(jià)值的通信波段1300nm和1500nm 處都具備超寬波長(zhǎng)調(diào)諧范圍。
背景技術(shù)：
基于光學(xué)參量產(chǎn)生(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為OPG)、光學(xué)參量放大(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為OPA)和 光學(xué)參量振蕩(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為OPO)的波長(zhǎng)調(diào)諧，國(guó)際上探索了多種結(jié)構(gòu)，以獲得調(diào) 諧范圍較大的、光譜線寬窄的及均勻調(diào)諧，泵浦源為各種固體激光及其諧波，調(diào)諧 方式有溫度、角度及電光調(diào)諧等。其中溫度調(diào)諧的速度比較慢，電光調(diào)諧的裝置復(fù) 雜，成本高昂。角度調(diào)諧的實(shí)際操作難度大，需要進(jìn)一步提高精度。所用的非線性 晶體有KDP (KH2P04，磷酸二氫鉀)、ADP (NH4H2P04，磷酸二氫銨)、LiNb03 (鈮 酸鋰)及BNN (Ba2NaNb5015，鈮酸鋇鈉)等，這一階段在理論上建立了完善的參 量互作用理論，但由于所用的這些晶體或是非線性系數(shù)小，或者是物化性能不穩(wěn)定， 損傷閾值低等原因沉寂了很長(zhǎng)一段時(shí)期。80年代以后，以KTP (KTiOP04，磷酸氧 鈦鉀)、BBO (|3-BaB204，偏硼酸鋇:)、LBO (UB305，三硼酸鋰)等為代表的一些 性能優(yōu)良的非線性晶體的出現(xiàn)，使該方面研究取得了重大突破，出現(xiàn)了可見(jiàn)和近、 中紅外波段的調(diào)諧技術(shù)。80年中后期，人們開(kāi)始研究了透明范圍更寬、可匹配波長(zhǎng) 更長(zhǎng)的參量振蕩晶體，這些晶體包括KTP的同晶型晶體RTA (RbTiOAs04，)、 KTA (KTiOAs04)禾卩CTA(CsTiOAs04)等，另外透光至遠(yuǎn)紅外的晶體AgGaSe2、 AgGaS2、 CdGeAs2、 ZnGeP2等發(fā)展也較快，這些晶體的研制成功進(jìn)一步開(kāi)拓了中、遠(yuǎn)紅外調(diào) 諧范圍。當(dāng)今的光學(xué)參量放大不斷向高重復(fù)頻率乃至連續(xù)的皮秒、飛秒輸出方向發(fā) 展，近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的光學(xué)超晶格材料，如PPLN(periodically poled LiNb03，周 期性極化鈮酸鋰晶體)，為人們呈現(xiàn)了一種全新的準(zhǔn)相位匹配光參量振蕩理論。
周期性極化晶體的極化周期可以被加工為所需要的任何長(zhǎng)度，從而滿(mǎn)足在所需 要波段的準(zhǔn)相位匹配條件，從而使紅外波段OPA調(diào)諧成為可行。
本實(shí)用新型的目的旨在在通信波段提供一種基于周期性極化晶體的光學(xué)參量放 大波長(zhǎng)調(diào)諧裝置，該裝置應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，波長(zhǎng)適用范圍廣，調(diào)諧速度快等特點(diǎn)。
本實(shí)用新型是利用不斷改變信號(hào)光和泵浦光的非線性?shī)A角的角度調(diào)諧方式來(lái)實(shí) 現(xiàn)在1300nm或1500nm波段快速連續(xù)的OPA波長(zhǎng)調(diào)諧。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下
一種基于周期性極化晶體的光學(xué)參量放大波長(zhǎng)調(diào)諧裝置，它包括Nd:YAG泵 浦光激光器、BBO倍頻晶體、寬帶信號(hào)光激光器、微位移器、全反射鏡、透鏡、 PPLN晶體和溫度控制系統(tǒng)，其位置關(guān)系如下
Nd:YAG泵浦光激光器所產(chǎn)生的泵浦光經(jīng)過(guò)BBO倍頻晶體倍頻的泵浦光射入 所述的PPLN晶體，寬帶信號(hào)光激光器產(chǎn)生的信號(hào)光經(jīng)過(guò)全反射鏡反射后，通過(guò)所 述的透鏡折射入PPLN晶體，該信號(hào)光與所述的泵浦光以一非共線夾角入射到所述 的PPLN晶體中發(fā)生三波混頻，所述的微位移器與全反射鏡緊聯(lián)，微位移器的振動(dòng) 帶動(dòng)全反射鏡在信號(hào)光光路方向位移，所述的PPLN晶體的入射端面位于所述的透 鏡的后焦面，所述的溫度控制系統(tǒng)緊包所述的PPLN晶體并控制其溫度。
所述的全反射鏡和透鏡具有對(duì)所述的信號(hào)光高反射膜，所述的BBO倍頻晶體 的入射面具有對(duì)泵浦光增透膜。
所述的微位移器位移量為10mm時(shí)的頻率為400Hz。
所述的PPLN晶體為純的PPLN晶體或摻MgO的PPLN晶體。采用摻雜MgO 的PPLN晶體后，損傷閾值可提升至30 MW/cm2。
所述的Nd:YAG泵浦光激光器的平均功率2W，脈沖寬度6 ps，重度頻率 76MHz。
所述的寬帶信號(hào)光激光器的平均功率lmW，光譜寬度大于200 nm。 所述的溫度控制系統(tǒng)是包括緊包PPLN晶體的水冷裝置和傳感器以及溫控電
路，該系統(tǒng)可在o—5o。c范圍內(nèi)保持土o. rc的精度。
所述的PPLN晶體的周期性極化長(zhǎng)度是由選定的信號(hào)光波段，通過(guò)相位匹配曲 線選擇的在較小角度變化下達(dá)到快速OPA調(diào)諧的最佳值。
本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)
1.由于采用準(zhǔn)相位匹配技術(shù)，本裝置可適用于在紅外區(qū)很寬的波長(zhǎng)范圍l一3pm 內(nèi)實(shí)現(xiàn)調(diào)諧。
2. 可通過(guò)選擇PPLN晶體的不同極化周期長(zhǎng)度，優(yōu)化不同波段的調(diào)諧。如通信 窗口處的1300nm和1500nm波段
3. 整個(gè)裝置全部固化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)易。
4. 由于采用PPLN晶體的高非線性系數(shù)，使得光學(xué)參量放大增益高，損耗低。

圖1為本實(shí)用新型基于周期性極化晶體的光學(xué)參量放大波長(zhǎng)調(diào)諧裝置的結(jié)構(gòu)示 意圖。
具體實(shí)施方式
先請(qǐng)參閱圖1，圖1為本實(shí)用新型基于周期性極化晶體的光學(xué)參量放大波長(zhǎng)調(diào) 諧裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見(jiàn)，本實(shí)用新型基于周期性極化晶體的光學(xué)參量放大 波長(zhǎng)調(diào)諧裝置，包括Nd:YAG泵浦光激光器l、 BB0倍頻晶體2、寬帶信號(hào)光激 光器3、微位移器4、全反射鏡5、透鏡6、 PPLN晶體7和溫度控制系統(tǒng)8，上述 元部件的位置關(guān)系如下
Nd:YAG泵浦光激光器1所產(chǎn)生的1064nm泵浦光經(jīng)過(guò)BBO倍頻晶體2倍頻為 532 nm的泵浦光射入所述的PPLN晶體7，所述的寬帶信號(hào)光激光器3產(chǎn)生的信號(hào) 光經(jīng)過(guò)全反射鏡5反射后，通過(guò)所述的透鏡6折射入PPLN晶體7，該信號(hào)光與所 述的泵浦光以一非共線夾角入射到所述的PPLN晶體7中發(fā)生三波混頻，所述的微 位移器4與全反射鏡5緊聯(lián)，微位移器4的振動(dòng)帶動(dòng)全反射鏡5在信號(hào)光光路方向 位移，所述的PPLN晶體7的入射端面位于所述的透鏡6的后焦面，所述的溫度控 制系統(tǒng)8緊包所述的PPLN晶體7并控制其溫度。
所述的全反射鏡5和透鏡6具有對(duì)所述的信號(hào)光高反射膜，所述的BBO倍頻 晶體2的入射面具有對(duì)泵浦光增透膜。
所述的微位移器4位移量為10mm時(shí)的頻率為400Hz。
所述的Nd:YAG泵浦光激光器1的平均功率2W，脈沖寬度6 ps，重度頻率 76MHz。
所述的寬帶信號(hào)光激光器輸出的信號(hào)光光譜在1300nm或者1500nm處，光譜寬 度大于200nm。
所述的微位移器位移量為10mm時(shí)的頻率為400Hz。
所述的PPLN晶體的周期性極化長(zhǎng)度是由選定的信號(hào)光波段，通過(guò)相位匹配曲 線選擇的可在較小角度變化下達(dá)到快速OPA調(diào)諧的最佳值。由于采用參雜了 MgO 的PPLN晶體，損傷閾值提升至30 MW/cm2。
所述的溫度控制系統(tǒng)是包括緊包PPLN晶體的水冷裝置，和傳感器以及溫控電
路，該系統(tǒng)可在o—50。c范圍內(nèi)保持土o. rc的精度。
本實(shí)用新型快速光學(xué)參量放大波長(zhǎng)調(diào)諧裝置的工作過(guò)程是，根據(jù)信號(hào)光激光器 的波長(zhǎng)和信號(hào)光、泵浦光的非共線匹配方式在準(zhǔn)相位匹配條件下得出PPLN晶體不 同周期長(zhǎng)度下的相位匹配條件，找出最優(yōu)的值。并由此定下該P(yáng)PLN晶體條件下滿(mǎn) 足OPA波長(zhǎng)調(diào)諧范圍的非共線夾角范圍，使入射到PPLN晶體表面的由所述的 Nd:YAG泵浦光激光器產(chǎn)生并經(jīng)由所述的BBO晶體倍頻后的532nm泵浦光和所述的 寬帶信號(hào)光激光器產(chǎn)生的信號(hào)光之間的夾角為該非共線夾角范圍的中心，然后設(shè)定 微位移器的振動(dòng)量大小和透鏡的位置以確定轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍。實(shí)驗(yàn)中需設(shè)定溫度控制
器來(lái)控制水冷系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使得調(diào)諧不受溫度的影響而產(chǎn)生誤差。 下面舉一具體實(shí)施例的參數(shù)介紹如下
泵浦光的波長(zhǎng)為532nm，重復(fù)頻率為76MHz，平均功率2W，脈沖寬度為6ps, 入射到PPLN晶體表面的光斑半徑為160|Lim，功率密度為10.9MW/cm2;信號(hào)光的光 譜范圍為1200nm—1400nm，非線性?shī)A角為3.7° ;透鏡的焦距為10mm，非共線夾 角的變化范圍為±1.1° ; PPLN晶體7的周期極化長(zhǎng)度為6.7pm;溫度控制系統(tǒng)8設(shè) 定為24。C。獲得了在1200nm—1400nm波段的0PA，信號(hào)光的放大倍數(shù)大于600。
權(quán)利要求1、一種基于周期性極化晶體的光學(xué)參量放大波長(zhǎng)調(diào)諧裝置，其特征在于它包括Nd:YAG泵浦光激光器(1)、BBO倍頻晶體(2)、寬帶信號(hào)光激光器(3)、微位移器(4)、全反射鏡(5)、透鏡(6)、PPLN晶體(7)和溫度控制系統(tǒng)(8)，其位置關(guān)系如下所述的Nd:YAG泵浦光激光器(1)所產(chǎn)生的泵浦光經(jīng)過(guò)BBO倍頻晶體(2)倍頻泵浦光射入所述的PPLN晶體(7)，寬帶信號(hào)光激光器(3)產(chǎn)生的信號(hào)光經(jīng)過(guò)全反射鏡(5)反射后，通過(guò)所述的透鏡(6)折射入PPLN晶體(7)，該信號(hào)光與所述的泵浦光以一非共線夾角入射到所述的PPLN晶體(7)中發(fā)生三波混頻，所述的微位移器(4)與全反射鏡(5)緊聯(lián)，微位移器(4)的振動(dòng)帶動(dòng)全反射鏡(5)在信號(hào)光光路方向位移，所述的PPLN晶體(7)的入射端面位于所述的透鏡(6)的后焦面，所述的溫度控制系統(tǒng)(8)緊包所述的PPLN晶體(7)并控制其溫度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)參量放大波長(zhǎng)調(diào)諧裝置，其特征在于所述的全 反射鏡(5)和透鏡(6)具有對(duì)所述的信號(hào)光高反射膜，所述的BBO倍頻晶體(2) 的入射面具有對(duì)泵浦光增透膜。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)參量放大波長(zhǎng)調(diào)諧裝置，其特征在于所述的微 位移器(4)位移量為10mm時(shí)的頻率為400Hz。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)參量放大波長(zhǎng)調(diào)諧裝置，其特征在于所述的 PPLN晶體(7)為純的PPLN晶體或摻MgO的PPLN晶體。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)參量放大波長(zhǎng)調(diào)諧裝置，其特征在于所述的溫 度控制系統(tǒng)(8)包括緊包所述的PPLN晶體(7)的水冷裝置、傳感器以及溫控電 路，該系統(tǒng)溫控精度為在0—50。C范圍內(nèi)保持±0. 1°C的精度。
專(zhuān)利摘要一種基于周期性極化晶體的光學(xué)參量放大波長(zhǎng)調(diào)諧裝置，它包括Nd:YAG泵浦光激光器、BBO倍頻晶體、寬帶信號(hào)光激光器、微位移器、全反射鏡、透鏡、PPLN晶體和溫度控制系統(tǒng)，通過(guò)附在全反射鏡上的微位移器來(lái)改變?nèi)肷涞街芷谛詷O化晶體中的角度，從而改變非共線夾角，使得寬帶的信號(hào)光在不同的角度產(chǎn)生不同波長(zhǎng)下的光學(xué)參量放大輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)在紅外區(qū)域比較大波長(zhǎng)范圍內(nèi)的快速、連續(xù)波長(zhǎng)調(diào)諧。本實(shí)用新型具有方法簡(jiǎn)便，波長(zhǎng)適用范圍廣，調(diào)諧速度快的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02F1/35GK201063089SQ20072007257
公開(kāi)日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日
發(fā)明者冷雨欣, 徐至展, 梁曉燕, 胡忞遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所