本發(fā)明涉及激光技術(shù)和非線性頻率變換領(lǐng)域，尤其是一種基于環(huán)形腔的光參量振蕩器。

背景技術(shù)：

光譜學(xué)中將波長(zhǎng)范圍為0.75微米到1000微米的光稱為紅外線，其中一般將3至20微米的光稱為中紅外光。此波段的光有很多特性，尤其是3至5微米波段，此波段的光在大氣中傳輸時(shí)損耗較低，是十分重要的大氣紅外窗口；除此，該波段還覆蓋了很多碳?xì)錃怏w和其他很多有毒氣體的吸收峰。因此該波段的激光可以用于定向紅外干擾、激光測(cè)距、光譜分析、大氣污染物監(jiān)測(cè)、有毒氣體探測(cè)等。

目前獲得中紅外激光的方式大致有下面幾種：氣體激光器、量子級(jí)聯(lián)激光器、二極管激光器、固體激光器及其抽運(yùn)光的光參量振蕩器(OPO)，其中隨著作為OPO抽運(yùn)源的固體激光器和光纖激光器的迅猛發(fā)展、新型非線性晶體材料的不斷出現(xiàn)，光參量振蕩技術(shù)取得了重大進(jìn)展，成為了獲得中紅外激光輸出的重要手段。

光參量振蕩器在產(chǎn)生激光輸出時(shí)具有很多優(yōu)勢(shì)：調(diào)諧范圍廣、不受抽運(yùn)波長(zhǎng)約束；可使用多種非線性晶體，而且調(diào)諧方式多樣，包括溫度調(diào)諧、周期調(diào)諧、角度調(diào)諧等；結(jié)構(gòu)緊湊、可全固化，系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)；可實(shí)現(xiàn)大功率、高光束質(zhì)量、窄線寬輸出等。

OPO技術(shù)早在1962年就被提出來(lái)了，理論被不斷完善，實(shí)驗(yàn)上受限于抽運(yùn)源和非線性晶體，一直很難有重大突破。直到上世紀(jì)80年代，隨著基于雙折射位相匹配(BPM)的晶體的出現(xiàn)，及半導(dǎo)體抽運(yùn)的全固態(tài)激光器的發(fā)展，OPO技術(shù)有了很大的突破。

上世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的基于準(zhǔn)位相匹配(QPM)技術(shù)的光學(xué)超晶格材料，如周期極化的鉭酸鋰(PPLT)、鈮酸鋰(PPLN)、摻鎂鈮酸鋰(PPMgO:LN)、磷酸鈦氧鉀等，具有透光范圍寬、有效二階非線性系數(shù)大、吸收損耗小、抗光損傷閾值高的優(yōu)點(diǎn)，把OPO技術(shù)推向了一個(gè)新的高度。

環(huán)形腔光參量振蕩方法是獲得大功率中紅外激光的方法之一，目前中紅外激光器普遍為硬鋁，鋼等金屬材料。這樣在輸出激光時(shí)熱量的積蓄會(huì)使金屬材料發(fā)生熱形變，金屬的熱形變會(huì)使泵浦激光束通過(guò)晶體的位置發(fā)生改變，從而對(duì)輸出激光的波長(zhǎng)功率產(chǎn)生影響，無(wú)法達(dá)到相關(guān)激光應(yīng)用領(lǐng)域如探測(cè)氣體的光學(xué)要求，除此之外，普遍的中紅外激光器光學(xué)系統(tǒng)繁瑣，這也在一定程度上增大的激光器的體積和重量，對(duì)于中行外激光器的應(yīng)用推廣帶來(lái)了阻礙。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問(wèn)題：針對(duì)中紅外激光的應(yīng)用條件，及現(xiàn)有產(chǎn)品參數(shù)的不足出發(fā)，本發(fā)明提供了一種全新的光參量振蕩器，從材料以及部件的選擇，光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整上做出革新性改進(jìn)，解決了現(xiàn)有OPO變頻激光器低穩(wěn)定性輸出，體積大，重量大的技術(shù)缺陷。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種輕量級(jí)小型光學(xué)參量振蕩器裝置，其特征在于：包括溫控爐、環(huán)形腔、光纖準(zhǔn)直器、非線性晶體和結(jié)構(gòu)件，所述環(huán)形腔由兩平凹透鏡和兩平鏡構(gòu)成；所述非線性晶體放置于環(huán)形腔的兩平凹鏡之間，其中凹面朝向非線性晶體；非線性晶體和環(huán)形腔組合成光參量振蕩器；泵浦光經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器的光束整形后從第一平凹鏡的平面進(jìn)入環(huán)形腔內(nèi)，通過(guò)非線性晶體產(chǎn)生非線性效應(yīng)，環(huán)形腔的兩平凹透鏡和兩平鏡四個(gè)腔鏡選擇對(duì)閑頻光高反，在環(huán)形腔內(nèi)對(duì)閑頻光振蕩，從而輸出信號(hào)光；非線性晶體放置于溫控爐上，溫控爐裝在軌道上可控移動(dòng)；溫控爐裝置的上下蓋板內(nèi)均有水道，通過(guò)水流控制溫場(chǎng)恒定。

溫控爐通過(guò)軸承與連桿與外部的舵機(jī)相連，舵機(jī)控制溫控爐在軌道上一維移動(dòng)。

所述光纖準(zhǔn)直器在調(diào)試光路準(zhǔn)直后粘合在碳纖板，結(jié)構(gòu)件之上，構(gòu)成整體裝置的一部分，整體裝置材質(zhì)為碳纖維板粘合而成。溫控爐的控制系統(tǒng)設(shè)有溫度反饋裝置。

所述非線性晶體為周期性極化的鉭酸鋰晶體、鈮酸鋰晶體、摻鎂鈮酸鋰晶體或磷酸鈦氧鉀晶體中的一種；以上晶體均為基于準(zhǔn)位相匹配原理實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換的非線性晶體。

腔鏡的鏡片為半英寸鏡片，鏡片在調(diào)試合適后直接高強(qiáng)度膠裝在作為結(jié)構(gòu)件的碳纖板上。

溫控爐通過(guò)軸承與連桿與外部的舵機(jī)相連，進(jìn)而控制溫控爐一維移動(dòng)。

進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，溫控爐，裝置的上下蓋板內(nèi)均有水道，通過(guò)水流控制溫場(chǎng)恒定，減小了外界溫場(chǎng)等因素的影響，環(huán)境適應(yīng)性更高。

有益效果，本發(fā)明制備成一種高穩(wěn)定性小型全新的光參量振蕩器，從材料以及部件的選擇，以及光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整上做出革新性改進(jìn)，解決了現(xiàn)有OPO變頻激光器低穩(wěn)定性輸出，體積大，重量大的技術(shù)缺陷，便于制備成商業(yè)化應(yīng)用的產(chǎn)品且成本低、性能穩(wěn)定。所述整體裝置的材質(zhì)為碳纖維材質(zhì)。實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明最終得到高效率，高穩(wěn)定的連續(xù)激光輸出，且整體裝置輕，體積小。

附圖說(shuō)明

圖1、環(huán)形腔光參量振蕩器(opo)垂直方向的示意圖；

圖2、光纖準(zhǔn)直器示意圖；

圖3、通道控制系統(tǒng)示意圖；

圖4、為圖1的立體圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，一種輕量級(jí)高穩(wěn)定性小型光學(xué)參量振蕩器，包括四個(gè)腔鏡L1-L4，LI-L4之間的直線表示光路；溫控爐5，光纖準(zhǔn)直器3，通道控制系統(tǒng)7。該裝置的材質(zhì)為碳纖維材料，結(jié)構(gòu)為13塊碳纖板高強(qiáng)度膠粘而成。OPO中的腔鏡直接膠粘到裝置之上，結(jié)構(gòu)緊湊，光學(xué)性能穩(wěn)定，OPO大小既為裝置大小。

本發(fā)明裝置直接將環(huán)形腔6選用同等大小器件，且與外殼的尺寸同等大?。凰膫€(gè)腔鏡鏡片為小鏡片(即圖中4表示)粘連裝夾；修改商用電動(dòng)設(shè)施2運(yùn)用于本發(fā)明裝置；采用光纖準(zhǔn)直器3直接泵浦，溫控爐5控制變頻晶體溫度。

光學(xué)參量振蕩器整體結(jié)構(gòu)件為碳纖板1相互高強(qiáng)度膠粘而成。整體裝置為雙層結(jié)構(gòu)，兩層之間由碳纖管膠粘支撐，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更高。

光纖準(zhǔn)直器、四個(gè)腔鏡裝置的鏡片為半英寸鏡片，鏡片在調(diào)試合適后直接高強(qiáng)度膠裝在碳纖板上。

溫控爐5安裝在裝置的第一層地板的滑軌上，可一維滑動(dòng)；控制系統(tǒng)有溫度反饋裝置，可使?fàn)t子溫度恒定不變。在于電動(dòng)設(shè)施2為商用的廉價(jià)舵機(jī)，適當(dāng)修改舵機(jī)，并通過(guò)軸承，連桿對(duì)溫控爐進(jìn)行一維調(diào)節(jié)。避免了步進(jìn)電機(jī)復(fù)雜的控制系統(tǒng)給裝置體積帶來(lái)的增大。

本發(fā)明新設(shè)計(jì)光學(xué)方案，擯棄采用商用準(zhǔn)直器加透鏡的光學(xué)方式。利用自主研制的光纖準(zhǔn)直器3直接將光準(zhǔn)直射入環(huán)形腔內(nèi)。大大減少了整體裝置大小。

溫控爐底板、裝置的下地板上頂板均有水道，通過(guò)軟水管對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行水冷卻，使內(nèi)部溫場(chǎng)穩(wěn)定，提高了環(huán)境抗干擾性。

如圖1所示，該新型環(huán)形器光參量振蕩器采用環(huán)形腔，該振蕩器由自制的光纖準(zhǔn)直器直接將商用的激光器準(zhǔn)直成一定束腰大小的準(zhǔn)直光打入OPO中，控制光線準(zhǔn)直器的位置使束腰位于晶體中心。L1、L2為平凹透鏡，凹面朝向晶體1.泵浦光在一次通過(guò)晶體1時(shí)會(huì)發(fā)生非線性光學(xué)過(guò)程產(chǎn)生閑頻光及信號(hào)光。為使得到信號(hào)光放大輸出，L1、L2、L3、L4對(duì)閑頻光高反，L2、L3、L4對(duì)信號(hào)光高反，L1信號(hào)光高透。以此閑頻光會(huì)在環(huán)形腔中多次振蕩，而信號(hào)光則會(huì)在L1處輸出，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)光的放大輸出。

如圖2所示，為光纖準(zhǔn)直器的透視圖，由陶瓷插芯3.1，內(nèi)套管3.2，外套管3.3，非球面鏡3.4組成。OPO對(duì)中心光斑的大小具有一定的要求，所以一般的激光器常采用前置聚焦透鏡匯聚，這大大增加了光程，即增大了整體結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。本發(fā)明通過(guò)計(jì)算OPO所需光斑大小為100μm左右，選擇小焦距的非球面鏡3.4，將泵浦激光器的光纖插入插芯3.1之中，再將插芯插入內(nèi)套管3.2之中通過(guò)控制非球面鏡與插芯的距離使激光準(zhǔn)直輸出。內(nèi)外套管可旋轉(zhuǎn)，目的是可以調(diào)節(jié)激光的偏振，當(dāng)調(diào)整到豎直偏振時(shí)，膠裝固定。

OPO產(chǎn)生的激光波段可通過(guò)控制非線性晶體溫度小范圍調(diào)節(jié)，而控制激光打入晶體的不同通道可實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)節(jié)，當(dāng)激光通過(guò)晶體發(fā)生非線性過(guò)程時(shí)一部分能量會(huì)以熱量的形式散發(fā)出來(lái)。而非線性過(guò)程在不同的溫度下輸出的閑頻光波長(zhǎng)也是不一樣的。故如圖1，晶體設(shè)置在溫控爐5上，使晶體的溫度時(shí)刻恒定。在大范圍波長(zhǎng)調(diào)節(jié)問(wèn)題上，必須要求溫控爐能夠一維平滑移動(dòng)，本發(fā)明選用小型及廉價(jià)的舵機(jī)對(duì)溫控爐進(jìn)行控制。

如圖3所示，為圖1中的通道控制系統(tǒng)7的透視圖。溫控爐5安放在滑軌8上，溫控爐及舵機(jī)上分別連有軸承及連桿，可將舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為溫控爐的平動(dòng)，以此完成通道的選擇。

所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。