一種緊湊結構皮秒脈沖寬調諧中紅外激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及中紅外激光器，尤其是皮秒脈沖中紅外激光器，為一種波長在1.4um—4.3um范圍內連續(xù)可調諧輸出的緊湊結構皮秒脈沖激光器。
[0002]背景介紹
[0003]由于中紅外激光處于許多氣體的特征吸收峰，且在大氣中損耗較低等特性，在氣體探測、光電對抗、光譜分析等領域具有重要的應用價值。皮秒、飛秒量級的超短脈沖激光由于其脈沖非常短，激光峰值功率較高，在工業(yè)加工、醫(yī)療、光譜分析等領域應用廣泛。
[0004]中紅外激光從激光產(chǎn)生原理上可分為半導體量子級聯(lián)激光器、化學激光器、氣體激光器等直接產(chǎn)生和非線性頻率轉換間接產(chǎn)生。相比之下，利用光學參量振蕩(OPO)產(chǎn)生中紅外激光具有結構簡單、輸出功率較高且輸出波長可連續(xù)調諧等優(yōu)勢。高重復頻率的超短脈沖激光在通信、顯微等領域具有廣泛的應用前景，中紅外波段的超短脈沖激光還可應用于中紅外材料的刻蝕與加工。傳統(tǒng)的產(chǎn)生高重頻超短脈沖大多采用鎖模激光器，但是其輸出波長范圍通常較窄且受限在特定波長;因此提出皮秒脈沖寬調諧中紅外激光器是業(yè)界的重要任務。
[0005]利用同步栗浦OPO產(chǎn)生可調諧超短脈沖激光，可以產(chǎn)生傳統(tǒng)鎖模激光器無法覆蓋的激光波長，同時具有較高的激光輸出功率與光束質量。
[0006]基于同步栗浦OPO產(chǎn)生可調諧超短脈沖激光可以采用LN晶體、KTP晶體、PPLN晶體等作為非線性轉換晶體，實現(xiàn)中紅外波段超短脈沖輸出。特別的基于PPLN晶體的同步栗浦OPO受益于近年來準位相匹配技術與鋳工程技術的發(fā)展，可以在更寬泛的波長范圍內實現(xiàn)較高的頻率轉換效率，從而成為產(chǎn)生皮秒脈沖中紅外可調諧激光器的主流方式。
[0007]但目前利用PPLN晶體產(chǎn)生中紅外皮秒脈沖激光一般采用單個周期的極化晶體，其可以覆蓋的波長范圍有限。另外皮秒脈沖OPO同步栗浦技術，其光腔長度一般要求為1-2米，以實現(xiàn)有效增益，在使用上不方便。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明目的:為了提供更廣波長調諧范圍的中紅外可調諧超短脈沖激光，本發(fā)明提供一種皮秒脈沖連續(xù)寬調諧中紅外激光器，激光在1.4-4.3um之間可連續(xù)調諧輸出，并且其空間體積更加緊湊便攜。
[0009]本發(fā)明采用的技術方案為:一種緊湊結構皮秒脈沖寬調諧中紅外激光器，其特征是包括1064nm皮秒脈沖栗浦源、光隔離器、聚焦透鏡、多通道周期性極化晶體、晶體溫控爐、步進電機位移平臺、OPO諧振腔、一維平移臺；1064nm皮秒脈沖栗浦源通過光隔離器后經(jīng)過聚焦透鏡，聚焦在周期性極化晶體上;周期性極化晶體放置在一個精度為0.1°C的晶體溫控爐中；晶體溫控爐放置在一個步進電機位移平臺上;步進電機位移平臺的調節(jié)方向垂直于光路、調節(jié)栗浦源進入多通道周期性極化晶體的不同通道;從多通道周期性極化晶體輸出的光進入OPO諧振腔，OPO諧振腔諧振腔最后一個腔鏡放置在一個沿光路方向調節(jié)的一維平移臺15上，最后一個腔鏡沿著光路方向移動，用以改變諧振腔的光程長度與栗浦光的重復頻率相匹配。
[0010]所述周期性極化晶體采用MgO= PPLN晶體，所述晶體采用多通道設計，共有6-10個通道。
[0011]所述周期性極化晶體為8個通道，周期性極化晶體八個通道的晶體周期分別為:27.9um； 28.29um； 28.7um； 29.16um； 29.66um； 30.19um； 30.81um； 31.52um;通過步進電機位移平臺的平移改變栗浦源作用在不同周期晶體的通道上，同時改變晶體的工作溫度，實現(xiàn)激光波長的連續(xù)寬調諧輸出。
[0012]1064nm皮秒脈沖栗浦源采用光纖1064nm皮秒脈沖激光器或全固態(tài)1064nm皮秒脈沖激光器。
[0013]OPO諧振腔采用之字形光折疊腔設計，壓縮空間結構，使得激光器結構緊湊。OPO諧
[0014]振腔在1.4um-2.1um全波段鍍膜，使得OPO諧振腔在1.4um-2.1um均可形成振蕩輸
[0015]出，從而激光器在1.4-4.3um波長范圍內連續(xù)輸出激光。
[0016]按光路序列分置的第一至第七腔鏡6—12構成OPO諧振腔，第一腔鏡6為OPO前腔鏡、平面鏡，對1064nm高透，對I.4um—2.1um高反；第二腔鏡7為平面鏡，偏斜45度鍍膜，對1064nm高透，對1.4一2.1um高反，對2.3um—4um高透;第三-第六腔鏡8—11對1.4一2.1um高反的反射鏡，其中第三腔鏡8為曲率800mm的凹面鏡，第四第六腔鏡9一11為平面鏡;第七腔鏡12為平面鏡，對1.4um—2.1um具有10%的透過率。
[0017]激光器同時輸出兩種波長的激光，1.4um—2.1 um激光從第七腔鏡12處經(jīng)過出光口17輸出，2.1um—4.3um激光從偏斜45度鍍膜的第二腔鏡經(jīng)過出光口 16輸出。第一至第七七鏡折疊腔結構即由其中的腔鏡6—腔鏡12七反射鏡構成折疊的六條光路成OPO諧振腔的腔長，OPO部分空間占據(jù)長度為0.7 ± 0.lm。
[0018]有益效果，針對現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明采用多通道的周期性極化晶體，通過快速切換栗浦光路徑上的周期性極化晶體通道，實現(xiàn)更廣范圍的激光波長調諧，即在1.4um—4.3um范圍內均可調諧輸出。本發(fā)明設計了多鏡折疊腔結構取代通常采用的四鏡環(huán)形腔，使得OPO的空間長度僅需通常結構的1/3甚至更小。因此本發(fā)明提供了一種緊湊結構皮秒脈沖連續(xù)寬調諧中紅外激光器，使得激光輸出波長擴展到在1.4um—4.3um可調輸出的同時，體積更加緊湊。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的結構示意圖；
[0020]圖2所示為:多通道MgO:PPLN晶體的結構示意圖。
[0021 ] 圖3所示為:當1064nm栗浦光經(jīng)過周期為31.52um的MgO: PPLN晶體時，通過改變溫控爐的溫度產(chǎn)生波長在1.7um—2.86um的激光。
[0022]圖4所示為:當1064nm栗浦光經(jīng)過周期為30.8Ium的MgO: PPLN晶體時，通過改變溫控爐的溫度產(chǎn)生波長在1.58um—1.7um與2.86um—3.25um的激光。
[0023]圖5所示為:在不同的MgO:PPLN晶體周期通道與不同溫度的狀態(tài)下，對應的激光輸出波長曲線。
【具體實施方式】
[0024]圖1為本發(fā)明的結構示意圖，如圖1所示，1064nm皮秒脈沖栗浦源經(jīng)過1064nm45度高反鏡I后入射在光衰減裝置2上，再經(jīng)過1064nm光隔離器3后通過聚焦透鏡4和1064nm45度高反鏡5聚焦在多通道周期性極化晶體MgO:PPLN上;周期性極化晶體放置在一個精度為0.1度的溫控爐13中；溫控爐放置在一個步進電機位移平臺14上，通過移動步進電機位移平臺改變多通道MgO: PPLN晶體工作的通道。腔鏡6—12構成OPO諧振腔，腔鏡6為OPO前腔鏡，平面鏡，對1064nm高透，對1.4um一2.1um高反;第二腔鏡7為平面鏡，45度鍍膜，對1064nm高透，對1.4um