專利名稱：激光泵浦系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種激光泵浦系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
中紅外波長(zhǎng)(3 5μπι)的激光在光電對(duì)抗、光學(xué)遙感等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。目前產(chǎn)生中紅外波長(zhǎng)激光的多種技術(shù)中，光參量變換方法因?yàn)槟軌虍a(chǎn)生高功率大能量的中紅外激光，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、波長(zhǎng)可調(diào)諧的優(yōu)點(diǎn)，是目前產(chǎn)生中紅外激光比較理想的方法。光參量變換方法是指利用晶體二階非線性光學(xué)變換的性質(zhì)，使注入的激光發(fā)生參量變換。當(dāng)注入晶體的波長(zhǎng)較短的激光稱為泵浦光，參量轉(zhuǎn)換后生成的兩束波長(zhǎng)較長(zhǎng)的激光成為參量光(一般分別稱為信號(hào)光和閑頻光)。若在非線性晶體兩端加入諧振腔，則成為光參量振蕩器(0Ρ0,Optical Parametric Oscillator)。根據(jù)諧振腔的類型,OPO可以分為只有信號(hào)光振蕩的單諧振0Ρ0和信號(hào)光和閑頻光同時(shí)振蕩的雙諧振0Ρ0 ;如果泵浦光被諧振腔鏡反射，從而兩次通過非線性晶體，可以稱為雙程泵浦0Ρ0。在光參量轉(zhuǎn)換過程中，小信號(hào)的參量光在增益介質(zhì)中通過參量放大過程得到增益并被放大，能量通過光場(chǎng)耦合過程從泵浦光流向參量光，泵浦光的能量明顯衰減。如果泵浦光的能量完全流入?yún)⒘抗夂?，三個(gè)光波繼續(xù)在非線性晶體中耦合，參量光便不能得到增益，能量開始從參量光流向泵浦光，泵浦光被放大，這時(shí)逆轉(zhuǎn)換發(fā)生。在影響逆轉(zhuǎn)換的參數(shù)中，泵浦光功率越高，逆轉(zhuǎn)換發(fā)生的越早，信號(hào)光與泵浦光功率比值越高，逆轉(zhuǎn)換發(fā)生的也越早。在平面波耦合理論中，假設(shè)閑頻光初始為零，泵浦光和信號(hào)光都是平面波，那么在耦合過程的某一位置，泵浦光可以完全轉(zhuǎn)換為信號(hào)光和閑頻光，這時(shí)逆轉(zhuǎn)換剛好不發(fā)生?，F(xiàn)有的光參量振蕩器中，泵浦光一般為高斯分布或者近平頂分布，而信號(hào)光在諧振腔內(nèi)建立的時(shí)候可以看成一個(gè)光子經(jīng)過多次光參量放大過程，這時(shí)候信號(hào)光將首先從諧振腔中心開始建立，然后逐漸向周圍擴(kuò)展，這時(shí)候諧振腔內(nèi)的信號(hào)光應(yīng)該接近諧振腔本征模式的分布，呈中間強(qiáng)四周弱的形式，稱為類高斯分布。在諧振腔內(nèi)泵浦光和信號(hào)光的諧振形式如上面所述的時(shí)候，光斑中心將首先發(fā)生逆轉(zhuǎn)換，而光束邊緣發(fā)生逆轉(zhuǎn)換的位置滯后，這樣在光斑不同位置，由于逆轉(zhuǎn)換的存在，轉(zhuǎn)換效率不同，所以泵浦光的轉(zhuǎn)換效率較低。綜上，現(xiàn)有的光參量振蕩器光束截面內(nèi)不同位置的激光轉(zhuǎn)換效率相差較大，使整個(gè)光束轉(zhuǎn)換效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種激光泵浦系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換效率高。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例公開了一種激光泵浦系統(tǒng)，包括泵浦光生成器，用于產(chǎn)生泵浦光；光轉(zhuǎn)換器，用于將泵浦光生成器生成的泵浦光轉(zhuǎn)換為環(huán)形分布的泵浦光，環(huán)形分布的泵浦光的邊緣強(qiáng)度大于中心強(qiáng)度；以及光參量振蕩器，用于對(duì)環(huán)形分布的泵、浦光進(jìn)行轉(zhuǎn)換以生成參量光。根據(jù)本發(fā)明的激光泵浦系統(tǒng)，采用了中間弱四周強(qiáng)的截面環(huán)形分布的泵浦光。由于泵浦光功率越高，逆轉(zhuǎn)換發(fā)生的越早；信號(hào)光與泵浦光功率比值越高，逆轉(zhuǎn)換發(fā)生的越早，所以環(huán)形分布的泵浦光的設(shè)計(jì)可以彌補(bǔ)光斑中心逆轉(zhuǎn)換早而邊緣逆轉(zhuǎn)換晚的現(xiàn)象，中心和邊緣發(fā)生逆轉(zhuǎn)換的位置大致相同，就可以通過合理設(shè)計(jì)使泵浦光邊緣和中心的轉(zhuǎn)換效率同時(shí)達(dá)到最高，此時(shí)泵浦光轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到最高。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光轉(zhuǎn)換器為變反射 率反射鏡VRM。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光轉(zhuǎn)換器集成在泵浦光生成器中，即泵浦光生成器直接產(chǎn)生環(huán)形分布的泵浦光。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，VRM的反射率分布曲線為拋物線型或高斯型。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)形分布的泵浦光為激光的若干個(gè)本征模式疊加而成。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，激光泵浦系統(tǒng)還包括放大器，該放大器連接在光轉(zhuǎn)換器和光參量振蕩器之間，用于對(duì)環(huán)形分布的泵浦光進(jìn)行放大。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光參量振蕩器包括諧振腔，該諧振腔包括兩個(gè)鍍膜的反射鏡組成的直線型諧振腔或者若干個(gè)鍍膜反射鏡組成的環(huán)形諧振腔；以及形成在諧振腔之中的非線性晶體。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的激光泵浦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的激光泵浦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為不同類型分布的泵浦光示意圖；和圖4為利用不同類型分布的泵浦光的OPO轉(zhuǎn)換效率對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。下面參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的激光泵浦系統(tǒng)。
如圖I所示，本發(fā)明實(shí)施例的激光泵浦系統(tǒng)包括泵浦光生成器I、光轉(zhuǎn)換器2和光參量振蕩器3。其中，泵浦光生成器I用于產(chǎn)生泵浦光；光轉(zhuǎn)換器2用于將泵浦光生成器I生成的泵浦光轉(zhuǎn)換為環(huán)形分布的泵浦光，環(huán)形分布的泵浦光的邊緣強(qiáng)度大于中心強(qiáng)度；光參量振蕩器3用于對(duì)環(huán)形分布的泵浦光進(jìn)行轉(zhuǎn)換以生成參量光。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，光轉(zhuǎn)換器2可以集成在泵浦光生成器I中，即泵浦光生成器I直接產(chǎn)生環(huán)形分布的泵浦光。根據(jù)本發(fā)明的激光泵浦系統(tǒng)，采用了中間弱四周強(qiáng)的截面環(huán)形分布的泵浦光。由于泵浦光功率越高，逆轉(zhuǎn)換發(fā)生的越早；信號(hào)光與泵浦光功率比值越高，逆轉(zhuǎn)換發(fā)生的越早，所以環(huán)形分布的泵浦光的設(shè)計(jì)可以避免光斑中心逆轉(zhuǎn)換早而邊緣逆轉(zhuǎn)換晚的現(xiàn)象，使中心和邊緣發(fā)生逆轉(zhuǎn)換的位置大致相同，就通過合理設(shè)計(jì)使泵浦光邊緣和中心的轉(zhuǎn)換效率同時(shí)達(dá)到最高，此時(shí)泵浦光轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到最高。一般激光器諧振腔內(nèi)激光的本征分布為高斯分布，如果想得到環(huán)形分布的激光，可以采用變反射率反射鏡(VRM)的方式實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，VRM鏡的反射率分布曲線為拋物線型或高斯型。通過調(diào)節(jié)VRM鏡的反射率曲線半徑和諧振腔內(nèi)激光的截面半徑，可以得到環(huán)形分布的激光，然后可以根據(jù)需要進(jìn)行放大，得到更高的功率或者能量。假設(shè)輸出耦合鏡變反射率曲線為諧振腔內(nèi)激光的分布滿足高斯分布形式
2Inf=Inf(0).e則經(jīng)輸出鏡I禹合輸出的激光近場(chǎng)光強(qiáng)分布可以表不為Inf {r) = Inf {O、· e ω° -(I-R0C D )所以調(diào)整(^和ωπ的大小可以得到環(huán)形分布的激光。如上面所述，使用這種環(huán)形分布的激光泵浦光參量振蕩器，有助于提高泵浦光的轉(zhuǎn)換效率。環(huán)形分布的激光可以通過變反射率VRM鏡獲得之外，也可以通過激光的本征模式疊加而獲得。兩種最簡(jiǎn)單的激光本征模式是TEMOO模和TEMOl模，在同一圓對(duì)稱的激光系統(tǒng)中，TEMOO模為中心高，四周低的凸型分布，TEMOl模為環(huán)形分布，同時(shí)內(nèi)環(huán)半徑與TEMOO模外徑相差不大，利用這兩種模式的按照適當(dāng)?shù)谋壤M合，就可以得到中心高四周低的環(huán)形分布的激光。其實(shí)模式的組合還有很多種可以組成這種環(huán)形分布，這里僅舉兩個(gè)最簡(jiǎn)單的例子說明。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，激光泵浦系統(tǒng)還包括位于光轉(zhuǎn)換器2和光參量振蕩器3之間的放大器4，該放大器4用于對(duì)環(huán)形分布的泵浦光進(jìn)行放大。
如圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，利用截面成環(huán)形分布的激光泵浦光參量振蕩器(OPO)，其中光參量振蕩器3由非線性晶體和諧振腔組成，諧振腔包括兩個(gè)鍍膜反射鏡組成的直線型激光諧振腔或者若干個(gè)反射鏡組成的環(huán)形諧振腔。在產(chǎn)生泵浦光的諧振腔內(nèi)，激光截面成高斯分布，利用VRM諧振腔鏡后，輸出激光滿足環(huán)形分布，這種環(huán)形分布的激光還可以通過激光放大器提高功率，最后得到的環(huán)形分布的激光被作為泵浦光注入到OPO內(nèi)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用截面“凹”分布的泵浦光可以提高OPO的轉(zhuǎn)換效率。圖3為截面內(nèi)不同分布類型的激光。傳統(tǒng)的一般采用高斯型分布的激光和近平頂(又稱超高斯光束)分布的激光作為OPO的泵浦光，而本發(fā)明中采用了中心凹陷分布的激光作為OPO的泵浦光，即前文中提到的環(huán)形分布的激光。圖4為截面內(nèi)不同分布類型分布的激光輸出效率對(duì)比，如圖中所示，環(huán)形分布的 激光可以提高OPO的極限轉(zhuǎn)換效率。在本說明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種激光泵浦系統(tǒng),其特征在于,包括 泵浦光生成器，用于產(chǎn)生泵浦光； 光轉(zhuǎn)換器，用于將所述泵浦光生成器生成的泵浦光轉(zhuǎn)換為環(huán)形分布的泵浦光，所述環(huán)形分布的泵浦光的邊緣強(qiáng)度大于中心強(qiáng)度；以及 光參量振蕩器，用于對(duì)所述環(huán)形分布的泵浦光進(jìn)行轉(zhuǎn)換以生成參量光。
2.如權(quán)利要求I所述的激光泵浦系統(tǒng)，其特征在于，所述光轉(zhuǎn)換器為變反射率反射鏡VRM。
3.如權(quán)利要求2所述的激光泵浦系統(tǒng)，其特征在于，所述VRM的反射率分布曲線為拋物線型或高斯型。
4.如權(quán)利要求I所述的激光泵浦系統(tǒng)，其特征在于，所述光轉(zhuǎn)換器集成在泵浦光生成器中，即泵浦光生成器直接產(chǎn)生環(huán)形分布的泵浦光。
5.如權(quán)利要求I所述的激光泵浦系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)形分布的泵浦光為激光的若干個(gè)本征模式疊加而成。。
6.如權(quán)利要求I所述的激光泵浦系統(tǒng)，其特征在于，還包括 放大器，所述放大器位于所述光轉(zhuǎn)換器和所述光參量振蕩器之間，用于對(duì)所述環(huán)形分布的泵浦光進(jìn)行放大。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的激光泵浦系統(tǒng)，其特征在于，所述光參量振蕩器包括 諧振腔，所述諧振腔包括兩個(gè)鍍膜反射鏡組成的直線型激光諧振腔或者若干個(gè)反射鏡組成的環(huán)形諧振腔；以及 形成在所述諧振腔之中的非線性晶體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光泵浦系統(tǒng)，包括泵浦光生成器，用于產(chǎn)生泵浦光；光轉(zhuǎn)換器，用于將泵浦光生成器生成的泵浦光轉(zhuǎn)換為環(huán)形分布的泵浦光，環(huán)形分布的泵浦光的邊緣強(qiáng)度大于中心強(qiáng)度；以及光參量振蕩器，用于對(duì)環(huán)形分布的泵浦光進(jìn)行轉(zhuǎn)換以生成參量光。根據(jù)本發(fā)明的激光泵浦系統(tǒng)，采用了中間弱四周強(qiáng)的截面環(huán)形分布的泵浦光，可以彌補(bǔ)光斑中心逆轉(zhuǎn)換早而邊緣逆轉(zhuǎn)換晚的現(xiàn)象，中心和邊緣發(fā)生逆轉(zhuǎn)換的位置大致相同，就可以通過合理設(shè)計(jì)使泵浦光邊緣和中心的轉(zhuǎn)換效率同時(shí)達(dá)到最高，此時(shí)泵浦光轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到最高。
文檔編號(hào)H01S3/081GK102637991SQ20121012355
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者劉建輝, 劉歡, 鞏馬理, 張海濤, 柳強(qiáng), 閆平, 黃磊 申請(qǐng)人:清華大學(xué)