專利名稱:一種窄線寬高光束質(zhì)量中紅外雙腔光參量振蕩器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種窄線寬高光束質(zhì)量中紅外雙腔光參量振蕩器的技術(shù)方案，該方案包括有作為OPO泵浦源的固體激光器、耦合隔離系統(tǒng)以及OPO諧振腔。該方案使OPO諧振腔內(nèi)的兩個波長的光分別在不同的諧振腔內(nèi)振蕩，能夠分別控制信號光和閑頻光的線寬與光束質(zhì)量，使得泵浦光與參量光腔模匹配達到最佳，可使兩種參量光的光束質(zhì)量均得到改善，能夠彌補傳統(tǒng)OPO腔無法同時實現(xiàn)中紅外波段激光窄線寬、高光束質(zhì)量和高效率輸出的不足。
【專利說明】一種窄線寬高光束質(zhì)量中紅外雙腔光參量振蕩器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及激光器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種窄線寬高光束質(zhì)量中紅外雙腔光參量振蕩器。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，公知的技術(shù)是高功率、窄線寬、高光束質(zhì)量的中紅外固體激光在激光醫(yī)療、大氣監(jiān)測、自由空間光通信等諸多領(lǐng)域具有迫切的應(yīng)用需求。基于頻率變換的光參量振蕩技術(shù)(OPO)是產(chǎn)生3-5 μ m波段中紅外激光的有效途徑之一。
[0003]OPO系統(tǒng)通常由泵浦激光源、耦合隔離系統(tǒng)、非線性晶體和腔鏡組成。為了解決一般OPO系統(tǒng)輸出激光線寬較寬、光束質(zhì)量較差等問題，提出了一種窄線寬高光束質(zhì)量雙腔OPO技術(shù)。
[0004]OPO過程中會同時產(chǎn)生兩種波長不同的激光，即信號光和閑頻光。普通OPO腔(直線腔或環(huán)形腔)中，這兩種波長的光在同一個諧振腔內(nèi)振蕩，這種情況下，對其中一種波長的光進行線寬控制，必然導(dǎo)致另一種波長的光腔內(nèi)損耗增加，從而影響輸出功率，此外，通過同一套腔鏡很難同時改善兩種波長光的光束質(zhì)量，這是現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的，就是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種窄線寬高光束質(zhì)量中紅外雙腔光參量振蕩器的技術(shù)方案，該方案使OPO諧振腔內(nèi)的兩個波長的光分別在不同的諧振腔內(nèi)振蕩，能夠分別控制信號光和閑頻光的線寬與光束質(zhì)量，使得泵浦光與參量光腔模匹配達到最佳，可使兩種參量光的光束質(zhì)量均得到改善，能夠彌補傳統(tǒng)OPO腔無法同時實現(xiàn)中紅外波段激光窄線寬、高光束質(zhì)量和高效率輸出的不足。
[0006]本方案是通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)的:一種窄線寬高光束質(zhì)量中紅外雙腔光參量振蕩器，包括有作為OPO泵浦源的固體激光器、耦合隔離系統(tǒng)以及OPO諧振腔，固體激光器發(fā)射的泵浦激光束穿過耦合隔離系統(tǒng)后射入OPO諧振腔；0P0諧振腔內(nèi)設(shè)置有OPO反射鏡、體布拉格光柵、雙色鏡、信號光腔鏡、閑頻光輸出鏡和非線性晶體；0P0反射鏡與射入OPO諧振腔的激光束之間的夾角為45° ;射入OPO諧振腔的泵浦激光束穿過OPO反射鏡后射入非線形晶體，通過非線性晶體的頻率變換后，產(chǎn)生信號光和閑頻光，這兩束光再加上剩余泵浦光同時射向雙色鏡；雙色鏡與耦合后的激光束之間的夾角為45°，剩余泵浦光和信號光穿過雙色鏡和信號光腔鏡后射出，閑頻光經(jīng)過雙色鏡反射后射向閑頻光輸出鏡。
[0007]作為本方案的優(yōu)選:耦合隔離系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有單個或多個耦合透鏡和隔離器；所述固體激光器發(fā)射的激光束依次穿過耦合透鏡和隔離器后射入OPO諧振腔。
[0008]作為本方案的優(yōu)選:體布拉格光柵和OPO反射鏡之間的光路上設(shè)置有閑頻光全反鏡。
[0009]作為本方案的優(yōu)選:雙色鏡和閑頻光輸出鏡之間的光路上設(shè)置有中波標(biāo)準(zhǔn)具。
[0010]作為本方案的優(yōu)選:信號光腔鏡與閑頻光輸出鏡米用平凹鏡，鏡片的曲率半徑應(yīng)根據(jù)具體泵浦光的光斑大小以及諧振腔的腔長進行精確設(shè)計，從而實現(xiàn)泵浦光與參量光腔模的最佳匹配。
[0011]本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，由于在該方案中近紅外信號光的諧振腔由體布拉格光柵、閑頻光全反鏡、OPO反射鏡、非線性晶體雙色鏡和信號光腔鏡組成；閑頻光的諧振腔由閑頻光全反鏡、OPO反射鏡、非線性晶體雙色鏡、中波標(biāo)準(zhǔn)具和閑頻光輸出鏡組成。閑頻光諧振腔和信號光諧振腔分離，可在不影響輸出功率的前提下，實現(xiàn)窄線寬高光束質(zhì)量的中紅外閑頻光輸出，從而彌補了傳統(tǒng)OPO腔無法同時實現(xiàn)中紅外波段激光窄線寬、高光束質(zhì)量和高效率輸出的不足。
[0012]由此可見，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實質(zhì)性特點和顯著地進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中，I為泵浦源，2為耦合透鏡，3為隔離器，4為OPO反射鏡，5為非線性晶體，6為雙色鏡，7為信號光腔鏡，8為OPO諧振腔，9為中波標(biāo)準(zhǔn)具，10為閑頻光輸出鏡，11為體布拉格光柵，12為閑頻光全反鏡，13為親合隔離系統(tǒng)，14為信號光，15為閑頻光。
【具體實施方式】
[0015]為能清楚說明本方案的技術(shù)特點，下面通過一個【具體實施方式】，并結(jié)合其附圖，對本方案進行闡述。
[0016]通過附圖可以看出，本實用新型提供的窄線寬高光束質(zhì)量中紅外雙腔光參量振蕩器包括:作為泵浦源的固體激光器1，耦合透鏡2，隔離器3，45° OPO反射鏡4，非線性晶體5，45°雙色鏡6，信號光腔鏡7，OPO諧振腔8，閑頻光輸出鏡10，中波標(biāo)準(zhǔn)具9，體布拉格光柵11，閑頻光全反鏡12，耦合隔離系統(tǒng)13。耦合隔離系統(tǒng)13由耦合透鏡2，隔離器3組成，它們的焦距和相對位置都經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)定，使得經(jīng)過耦合后的泵浦光斑束腰位于非線性晶體5內(nèi)。OPO諧振腔8由OPO反射鏡4，非線性晶體5，雙色鏡6，信號光腔鏡7，中波標(biāo)準(zhǔn)具9，閑頻光輸出鏡10，體布拉格光柵11，閑頻光全反鏡12組成，其中近紅外信號光14的諧振腔由11-12-4-5-6-7組成，體布拉格光柵對信號光14具有高反射率或部分反射率，若體布拉格光柵具有高反射率則充當(dāng)信號光14的全反鏡，若體布拉格光柵具有部分反射率則充當(dāng)信號光14的輸出鏡，中紅外閑頻光15的諧振腔由12-4-5-6-9-10組成。
[0017]本實用新型的具體實施例:
[0018]【具體實施方式】一:
[0019]泵浦源I采用Nd摻雜的Imm固體激光器(如Nd: YAG、Nd: YAP、Nd = YVO4、Nd: YLF等)，重復(fù)頻率為1-1OOkHz，脈沖寬度10-200ns。
[0020]耦合隔離系統(tǒng)13實現(xiàn)對泵浦源輸出的Imm脈沖激光進行準(zhǔn)直和聚焦，耦合透鏡2鍍有Imm的增透膜。
[0021]OPO諧振腔8中的非線性晶體5采用大通光口徑的PPLN晶體(Per1dicalIyPoled Lithium N1bate，周期極化慘儀銀酸鈕)或 PPMgLN 晶體(Per1dically Poled MgOdoped Lithium N1bate，周期極化銀酸鋰)。體布拉格光柵11對信號光14具有高反射率。閑頻光全反鏡12對閑頻光15具有高反射率，對信號光14具有高透射率。OPO反射鏡4對Imm激光具有高透射率，對近紅外信號光和中紅外閑頻光15具有高反射率。雙色鏡6對1_激光和近紅外信號光14具有高透射率，對中紅外閑頻光15具有高反射率。信號光腔鏡7對近紅外信號光14具有高透射率或部分反射，此種情況下信號光14從信號光腔鏡輸出。閑頻光輸出鏡10對中紅外閑頻光15具有高透射率或部分反射。
[0022]若信號光腔鏡7對近紅外信號光14具有高透射率，閑頻光輸出鏡10對中紅外閑頻光15具有部分反射，即構(gòu)成閑頻光單諧振0P0。若信號光腔鏡7對近紅外信號光具有部分反射，閑頻光輸出鏡10對中紅外閑頻光15具有高透射率，即構(gòu)成信號光單諧振0Ρ0。若信號光腔鏡7對近紅外信號光具有部分反射，同時閑頻光輸出鏡10對中紅外閑頻光具有部分反射，即構(gòu)成雙諧振0Ρ0。
[0023]通過設(shè)計PPLN晶體的極化周期、入射角度和工作溫度(通常室溫到200°C)等，在滿足相位匹配條件和PPLN吸收截止波段內(nèi)，可以實現(xiàn)f3mm與:T5mm雙波段窄線寬高光束質(zhì)量紅外激光輸出。
[0024]【具體實施方式】二:
[0025]結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式與實施方式一所述的區(qū)別在于，體布拉格光柵11對信號光14具有部分反射率，信號光腔鏡7對信號光14具有高反射率。此種情況下，信號光14從體布拉格光柵輸出。
[0026]【具體實施方式】三:
[0027]結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式與實施方式一所述的區(qū)別在于，泵浦源I產(chǎn)生的泵浦激光的波長為1.319mm，0P0反射鏡4、雙色鏡6，信號光腔鏡7，中波標(biāo)準(zhǔn)具9，閑頻光輸出鏡10，體布拉格光柵11，閑頻光全反鏡12，以及非線性晶體5的PPLN晶體參數(shù)也隨著改變，以滿足0P0的相位匹配條件。
[0028]【具體實施方式】四:
[0029]結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式與實施方式一所述的區(qū)別在于，非線性晶體5采用兩塊大通光口徑的KTP晶體，已進行雙折射相位匹配的走離效應(yīng)補償。0P0反射鏡4、雙色鏡6，信號光腔鏡7，中波標(biāo)準(zhǔn)具9，閑頻光輸出鏡10，體布拉格光柵11，以及閑頻光全反鏡12的參數(shù)也隨著改變，以滿足0P0的相位匹配條件。
[0030]【具體實施方式】五:
[0031]結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式與實施方式一所述的區(qū)別在于，非線性晶體 5 米用 PPLT 晶體(Per1dically Poled Lithium Tantalate，周期極化組酸鈕)或 PPSLT晶體(Per1dically Poled Stoich1metric Lithium Tantalate，周期極化化學(xué)計量比組酸鋰)。0P0反射鏡4、雙色鏡6，信號光腔鏡7，中波標(biāo)準(zhǔn)具9，閑頻光輸出鏡10，體布拉格光柵11，以及閑頻光全反鏡12的參數(shù)也隨著改變，以滿足0P0的相位匹配條件。
[0032]雙腔設(shè)計的理念即是使兩個波長的光分別在不同的諧振腔內(nèi)振蕩，這樣就為分別控制信號光和閑頻光的線寬與光束質(zhì)量提供了可行性。在信號光諧振腔中，利用體布拉格光柵作為腔鏡對信號光的線寬進行壓窄，在閑頻光諧振腔中，通過插入色散元件(如標(biāo)準(zhǔn)具)的方式對閑頻光的線寬進行壓窄。此外，通過對兩個諧振腔的腔鏡曲率半徑進行特殊設(shè)計，使得泵浦光與參量光腔模匹配達到最佳，可使兩種參量光的光束質(zhì)量均得到改善，最終實現(xiàn)窄線寬高光束質(zhì)量的信號光和閑頻光輸出。
[0033]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種窄線寬高光束質(zhì)量中紅外雙腔光參量振蕩器，包括有作為OPO泵浦源的固體激光器、耦合隔離系統(tǒng)以及OPO諧振腔，其特征是:所述固體激光器發(fā)射的泵浦激光束穿過耦合隔離系統(tǒng)后射入OPO諧振腔；所述OPO諧振腔內(nèi)設(shè)置有OPO反射鏡、體布拉格光柵、雙色鏡、信號光腔鏡、閑頻光輸出鏡和非線性晶體；所述OPO反射鏡與射入OPO諧振腔的激光束之間的夾角為45° ;所述射入OPO諧振腔的泵浦激光束穿過OPO反射鏡后射入非線形晶體，通過非線性晶體的頻率變換后，產(chǎn)生信號光和閑頻光，信號光和閑頻光再加上剩余泵浦光同時射向雙色鏡；所述雙色鏡與耦合后的激光束之間的夾角為45°，剩余泵浦光和信號光穿過雙色鏡和信號光腔鏡后射出，閑頻光經(jīng)過雙色鏡反射后射向閑頻光輸出鏡。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種窄線寬高光束質(zhì)量中紅外雙腔光參量振蕩器，其特征是:所述耦合隔離系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有單個或多個耦合透鏡和隔離器；所述固體激光器發(fā)射的激光束依次穿過耦合透鏡和隔離器后射入OPO諧振腔。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種窄線寬高光束質(zhì)量中紅外雙腔光參量振蕩器，其特征是:所述體布拉格光柵和OPO反射鏡之間的光路上設(shè)置有閑頻光全反鏡。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種窄線寬高光束質(zhì)量中紅外雙腔光參量振蕩器，其特征是:所述雙色鏡和閑頻光輸出鏡之間的光路上設(shè)置有中波標(biāo)準(zhǔn)具。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種窄線寬高光束質(zhì)量中紅外雙腔光參量振蕩器，其特征是:所述信號光腔鏡和閑頻光輸出鏡采用平凹鏡。
【文檔編號】H01S3-094GK204290022SQ201420712056
【發(fā)明者】張衛(wèi), 彭躍峰, 魏星斌, 彭玨, 聶贊, 羅興旺, 高劍蓉 [申請人]中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所