本發(fā)明涉及光參量振蕩器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種泵浦諧振的連續(xù)波光參量振蕩器。
背景技術(shù)：
：：光參量振蕩器(opticalparametricoscillator，簡(jiǎn)稱OPO)利用二階非線性效應(yīng)，將入射激光，稱為泵浦光轉(zhuǎn)換為兩個(gè)頻率不同的出射激光，其中一個(gè)頻率較高者稱為信號(hào)光，另一個(gè)頻率更較低的稱為閑頻光，泵浦光的頻率等于信號(hào)光和閑頻光的頻率之和；光參量振蕩器用于拓展激光輻射的輸出波段，產(chǎn)生寬帶可調(diào)諧的激光輻射。連續(xù)波光參量振蕩器一般采用光纖放大器作為泵浦源；采用較長(zhǎng)的周期極化的非線性晶體，例如周期極化的鈮酸鋰晶體(Periodicallypoledlithiumniobate，簡(jiǎn)稱PPLN)，作為增益介質(zhì)以降低振蕩閾值，此時(shí)振蕩閾值一般為2-3W。典型的連續(xù)波單諧振的光參量振蕩器的配置與實(shí)驗(yàn)結(jié)果如文獻(xiàn)E.Andrieux，T.Zanon，M.Cadoret，A.Rihan，andJ.-J.Zondy，“500GHzmode-hop-freeidlertuningrangewithafrequency-stabilizedsinglyresonantopticalparametricoscillator，”O(jiān)pt.Lett.36，1212–1214(2011)所示。采用泵浦諧振技術(shù)，使得泵浦激光器在諧振腔中振蕩，可以在光參量振蕩器中獲得更高的泵浦功率密度，大幅度降低連續(xù)波光參量振蕩器的振蕩閾值。目前實(shí)驗(yàn)所獲得的泵浦諧振的連續(xù)波光參量振蕩器的振蕩閾值為400毫瓦左右。典型的泵浦諧振的連續(xù)波光參量振蕩器的配置與實(shí)驗(yàn)結(jié)果如文獻(xiàn)F.Muller，A.Popp，F(xiàn).Kuhnemann，andS.Schiller，“Transportable，highly-sensitivephotoacousticspectrometerbasedonacontinuous-wavedual-cavityopticalparametricoscillator，”O(jiān)pt.Express11，2820–25(2003)所示。目前，采用泵浦諧振技術(shù)的連續(xù)波光參量振蕩器的振蕩閾值依然偏高，這主要是因?yàn)楣鈪⒘空袷幤鞯谋闷止庠诂F(xiàn)有配置中的光斑面積較大；需要使用瓦級(jí)輸出功率的單頻激光與功率放大系統(tǒng)作為泵浦源，因而泵浦系統(tǒng)復(fù)雜度高，體積偏大。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種更低振蕩閾值(可低于60毫瓦甚至30毫瓦)的連續(xù)波光參量振蕩器，克服現(xiàn)有技術(shù)振蕩閾值偏高以及對(duì)泵浦系統(tǒng)輸出功率要求高的問題。本發(fā)明提供了一種泵浦諧振的連續(xù)波光參量振蕩器，包括：?jiǎn)晤l泵浦激光器、光束準(zhǔn)直單元、第一光隔離器、泵浦輸入耦合鏡、第一凹面鏡、非線性晶體、第二凹面鏡、雙色鏡、光學(xué)帶通濾波器和OPO信號(hào)光輸出耦合鏡；單頻泵浦激光器作為泵浦源發(fā)射OPO泵浦光，OPO泵浦光經(jīng)光束準(zhǔn)直單元進(jìn)行準(zhǔn)直后再經(jīng)過所述光隔離器后，準(zhǔn)直后的OPO泵浦光依次經(jīng)過泵浦輸入耦合鏡、第一凹面鏡、非線性晶體、第二凹面鏡和雙色鏡，且在由泵浦輸入耦合鏡、第一凹面鏡、非線性晶體、第二凹面鏡和雙色鏡構(gòu)成的第一諧振腔內(nèi)形成振蕩；在第一諧振腔內(nèi)振蕩的泵浦光經(jīng)過非線性晶體產(chǎn)生OPO信號(hào)光和OPO閑頻光；OPO信號(hào)光在由泵浦輸入耦合鏡、第一凹面鏡、非線性晶體、第二凹面鏡、雙色鏡、光學(xué)帶通濾波器和OPO信號(hào)光輸出耦合鏡所構(gòu)成的第二諧振腔內(nèi)形成振蕩；在第二諧振腔內(nèi)振蕩的泵浦光經(jīng)過非線性晶體產(chǎn)生OPO信號(hào)光和OPO閑頻光；OPO信號(hào)光經(jīng)過OPO信號(hào)光輸出耦合鏡輸出，OPO閑頻光經(jīng)過第一凹面鏡和第二凹面鏡分別輸出。更進(jìn)一步地，泵浦輸入耦合鏡鍍OPO泵浦光部分反射、信號(hào)光高反膜；所述第一凹面鏡和第二凹面鏡均鍍OPO泵浦光和信號(hào)光高反、閑頻光增透膜；所述雙色鏡鍍OPO泵浦光高反、信號(hào)光增透膜；所述OPO信號(hào)光輸出耦合鏡鍍OPO信號(hào)光部分反射膜；所述非線性晶體鍍OPO泵浦、信號(hào)和閑頻光增透膜；其中，高反膜是指功率反射率大于99％的膜，增透膜是指功率透射率大于97％的膜，部分反射膜是指反射率小于15％的膜。更進(jìn)一步地，光束準(zhǔn)直單元用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述單頻泵浦激光器的準(zhǔn)直，并通過改變泵浦光斑的半徑來實(shí)現(xiàn)泵浦激光與OPO泵浦光諧振腔空間模式的匹配。更進(jìn)一步地，非線性晶體為周期極化的鈮酸鋰晶體、磷酸鈦氧鉀晶體或其它能產(chǎn)生非線性增益的晶體。更進(jìn)一步地，連續(xù)波光參量振蕩器還包括泵浦腔長(zhǎng)反饋控制模塊，用于保持所述單頻泵浦激光器與OPO泵浦光諧振腔的共振狀態(tài)。更進(jìn)一步地，泵浦腔長(zhǎng)反饋控制模塊包括：低通濾波器、混頻器、泡克爾斯室、第二光隔離器、伺服放大器、振蕩器、相移器和光電探測(cè)器；準(zhǔn)直后的泵浦光依次經(jīng)過所述法拉第隔離器，泡克爾斯室和第二光隔離器后在所述第一諧振腔內(nèi)振蕩，反射回來的部分光經(jīng)過泵浦輸入耦合鏡輸出，再經(jīng)過第二光隔離器后被光子探測(cè)器接收并產(chǎn)生電信號(hào)，該電信號(hào)傳輸?shù)交祛l器；振蕩器產(chǎn)生擾動(dòng)信號(hào)中的一部分作用于泡克爾斯室，另一部分經(jīng)過相移器后被傳輸?shù)交祛l器和來自光電探測(cè)器的電信號(hào)發(fā)生混頻，經(jīng)過混頻之后的信號(hào)傳輸?shù)降屯V波器，通過低通濾波器的低頻信號(hào)傳輸給伺服放大器，經(jīng)過伺服放大器后的放大信號(hào)用于控制和調(diào)節(jié)所述單頻泵浦激光器。更進(jìn)一步地，第二光隔離器包括：依次設(shè)置的偏振分光鏡和四分之一波片，偏振分光鏡將輸入光變成特定偏振方向的線偏光，并且對(duì)光線有分束作用；四分之一波片用于將偏振方向與四分之一波片成45度角的入射線偏光變成圓偏光，也可以將輸入的圓偏光變成偏振方向與四分之一波片成45度角的線偏光。更進(jìn)一步地，非線性晶體置于OPO泵浦光諧振腔內(nèi)，腔內(nèi)振蕩的泵浦光經(jīng)過所述非線性晶體，會(huì)產(chǎn)生OPO信號(hào)光和閑頻光的增益；OPO信號(hào)光在由所述泵浦輸入耦合鏡、所述第一凹面鏡、所述非線性晶體、所述第二凹面鏡、所述雙色鏡、所述光學(xué)帶通濾波器和所述OPO信號(hào)光輸出耦合鏡所構(gòu)成的OPO的信號(hào)光諧振腔內(nèi)形成振蕩，產(chǎn)生的OPO信號(hào)光經(jīng)過所述OPO信號(hào)光輸出耦合鏡輸出，產(chǎn)生的OPO閑頻光經(jīng)過所述第一凹面鏡和所述第二凹面鏡輸出；采用所述第一凹面鏡和所述第二凹面鏡的目的是實(shí)現(xiàn)OPO信號(hào)和泵浦光在所述非線性晶體內(nèi)的聚焦，以降低OPO的振蕩閾值。更進(jìn)一步地，單頻泵浦激光器可以是單頻半導(dǎo)體、固體或光纖激光器，或單頻激光器與放大器系統(tǒng)。光隔離器用于抑制泵浦激光被反射回到所述單頻泵浦激光器。泵浦輸入耦合鏡用于實(shí)現(xiàn)所述單頻泵浦激光器至OPO泵浦光諧振腔的耦合。將所述泵浦輸入耦合鏡對(duì)OPO泵浦光的反射率設(shè)定為OPO泵浦光諧振腔中除所述泵浦輸入耦合鏡之外的其它原件對(duì)OPO泵浦光的單程損耗之和，可實(shí)現(xiàn)最佳的泵浦光輸入耦合效率。光學(xué)帶通濾波器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)OPO信號(hào)光的帶通濾波，以實(shí)現(xiàn)對(duì)OPO信號(hào)光的單頻選擇及波長(zhǎng)調(diào)諧，可以是法布里-珀羅腔、雙折射濾波器或其它光學(xué)濾波元件。本發(fā)明與現(xiàn)有的采用泵浦諧振技術(shù)的連續(xù)波光參量振蕩器相比，本發(fā)明將非線性晶體直接置于兩個(gè)凹面鏡之間，通過選用短焦距的凹面鏡，可以獲得更小的OPO信號(hào)和泵浦光的光斑面積；利用折疊腔增加OPO信號(hào)光腔和泵浦光腔的腔長(zhǎng)，可以進(jìn)一步降低OPO信號(hào)和泵浦光在非線性晶體內(nèi)的光斑面積，實(shí)現(xiàn)極低的OPO振蕩閾值，其振蕩閾值可低于60毫瓦甚至低于30毫瓦。低閾值的連續(xù)波光參量振蕩器可以降低對(duì)泵浦激光的功率要求，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)小型化和實(shí)用化。附圖說明圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的泵浦諧振的連續(xù)波光參量振蕩器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的泵浦諧振的連續(xù)波光參量振蕩器中泵浦腔長(zhǎng)反饋控制模塊的具體結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為單頻泵浦激光器、2為光束準(zhǔn)直單元、3為第一光隔離器、4為泵浦輸入耦合鏡、5為第一凹面鏡、6為非線性晶體、7為第二凹面鏡、8為雙色鏡、9為光學(xué)帶通濾波器、10為OPO信號(hào)光輸出耦合鏡、11為低通濾波器、12為混頻器、13為泡克爾斯室、14為第二光隔離器、15為伺服放大器、16為振蕩器、17為相移器、18為光電探測(cè)器。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。本發(fā)明將非線性晶體直接置于兩個(gè)凹面鏡之間，通過選用短焦距的凹面鏡，可以獲得更小的OPO信號(hào)和泵浦光的光斑面積；利用折疊腔增加OPO信號(hào)光腔和泵浦光腔的腔長(zhǎng)，可以進(jìn)一步降低OPO信號(hào)和泵浦光在非線性晶體內(nèi)的光斑面積，實(shí)現(xiàn)極低的OPO振蕩閾值，其振蕩閾值可低于60毫瓦甚至低于30毫瓦。低閾值的連續(xù)波光參量振蕩器可以降低對(duì)泵浦激光的功率要求，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)小型化和實(shí)用化。該泵浦諧振的連續(xù)波光參量振蕩器包括：?jiǎn)晤l泵浦激光器1、光束準(zhǔn)直單元2、光隔離器3、泵浦輸入耦合鏡4、第一凹面鏡5、非線性晶體6、第二凹面鏡7、雙色鏡8、光學(xué)帶通濾波器9、OPO信號(hào)光輸出耦合鏡10和泵浦腔長(zhǎng)反饋控制模塊，其中，單頻泵浦激光器1作為光參量振蕩器的泵浦源，經(jīng)光束準(zhǔn)直單元2和所述光隔離器3后，OPO泵浦光依次經(jīng)過泵浦輸入耦合鏡4、第一凹面鏡5、非線性晶體6、第二凹面鏡7和雙色鏡8，并且在由泵浦輸入耦合鏡4、第一凹面鏡5、非線性晶體6、第二凹面鏡7和雙色鏡8構(gòu)成的諧振腔內(nèi)形成振蕩。腔內(nèi)振蕩的泵浦光經(jīng)過非線性晶體6，會(huì)產(chǎn)生OPO信號(hào)光和閑頻光的增益；OPO信號(hào)光依次經(jīng)過由泵浦輸入耦合鏡4、第一凹面鏡5、非線性晶體6、第二凹面鏡7、雙色鏡8、光學(xué)帶通濾波器9和OPO信號(hào)光輸出耦合鏡10，并且在由泵浦輸入耦合鏡4、第一凹面鏡5、非線性晶體6、第二凹面鏡7、雙色鏡8、光學(xué)帶通濾波器9和OPO信號(hào)光輸出耦合鏡10所構(gòu)成的OPO的信號(hào)光諧振腔內(nèi)形成振蕩。諧振腔的作用是讓腔內(nèi)的光可以獲得正反饋，選擇出能在諧振腔內(nèi)諧振的波長(zhǎng)的光。產(chǎn)生的OPO信號(hào)光經(jīng)過OPO信號(hào)光輸出耦合鏡10輸出，產(chǎn)生的OPO閑頻光經(jīng)過第一凹面鏡5和第二凹面鏡7輸出；采用第一凹面鏡5和第二凹面鏡7的目的是實(shí)現(xiàn)OPO信號(hào)和泵浦光在非線性晶體6內(nèi)的聚焦，信號(hào)光和泵浦光在晶體內(nèi)聚焦，使得這兩種光在晶體內(nèi)部的光斑面積小，如果這兩種光不能聚焦在非線性晶體6內(nèi)，由于聚焦位置處的光斑面積是最小的，所以會(huì)導(dǎo)致在非線性晶體6中的信號(hào)光和泵浦光的光斑面積比這兩種光同時(shí)在非線性晶體6內(nèi)聚焦時(shí)的光斑面積要大。根據(jù)文獻(xiàn)RobertW.Boyd，NonlinearOptics3rded.我們知道共振的光束在非線性晶體6內(nèi)的光斑面積越小，振蕩閾值就越小。所以O(shè)PO信號(hào)光和泵浦光在非線性晶體6內(nèi)聚焦可以降低OPO的振蕩閾值。泵浦輸入耦合鏡4作為泵浦光的輸入耦合鏡的同時(shí)也作為泵浦光諧振腔的一個(gè)端面反射鏡，使得泵浦光在諧振腔內(nèi)部來回反射，第一凹面鏡5將泵浦光反射并且使得泵浦光會(huì)聚，非線性晶體6的作用是利用二階非線性效應(yīng)產(chǎn)生閑頻光，第二凹面鏡7將泵浦光反射并且使得泵浦光會(huì)聚，雙色鏡8反射泵浦光同時(shí)使得信號(hào)光透過；通過調(diào)節(jié)雙色鏡8的位置來改變OPO泵浦光諧振腔的腔長(zhǎng)，或調(diào)節(jié)單頻泵浦激光器1的波長(zhǎng)，使得泵浦光在OPO泵浦光諧振腔中振蕩，在OPO諧振腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的泵浦光功率密度；通過泵浦腔長(zhǎng)反饋控制模塊來保持單頻泵浦激光器1與OPO泵浦光諧振腔的共振狀態(tài)。在本發(fā)明實(shí)施例中，泵浦輸入耦合鏡4鍍OPO泵浦光反射率為96％并且信號(hào)光反射率大于99.5％的膜；第一凹面鏡5和第二凹面鏡7鍍的膜相同，鍍上OPO泵浦光和信號(hào)光反射率都大于99.5％并且閑頻光的反射率小于20％的膜；雙色鏡8鍍OPO泵浦光反射率大于99.5％并且信號(hào)光反射率小于0.5％的膜；OPO信號(hào)光輸出耦合鏡10鍍OPO信號(hào)光反射率為95％的膜；非線性晶體6兩個(gè)表面都鍍上使得OPO泵浦光、信號(hào)光和閑頻光這三種光的反射率都小于2％的膜。選用短焦距的凹面鏡，本實(shí)施例選擇使用曲率半徑為75毫米的凹面鏡。凹面鏡曲率半徑的選擇的總體原則是使得振蕩閾值較低。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，非線性晶體6可以選擇PPLN，當(dāng)OPO的泵浦光(即激光)的波長(zhǎng)為1040納米，PPLN的極化周期為30.2微米時(shí)，信號(hào)光和閑頻光的波長(zhǎng)分別為1517納米和3305納米。鎖定OPO泵浦光的波長(zhǎng)，通過調(diào)諧光學(xué)帶通濾波器9來改變OPO的信號(hào)光波長(zhǎng)并同步改變PPLN的極化周期或溫度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)OPO輸出閑頻光波長(zhǎng)的調(diào)諧。在本發(fā)明實(shí)施例中，單頻泵浦激光器1可以是單頻半導(dǎo)體、固體或光纖激光器，或單頻激光器與放大器系統(tǒng)。光束準(zhǔn)直單元2用于實(shí)現(xiàn)對(duì)單頻泵浦激光器1的準(zhǔn)直，并通過改變泵浦光斑的半徑來實(shí)現(xiàn)泵浦激光與OPO泵浦光諧振腔空間模式的匹配。光隔離器3用于抑制泵浦激光被反射回到所述單頻泵浦激光器。泵浦輸入耦合鏡4用于實(shí)現(xiàn)單頻泵浦激光器1至OPO泵浦光諧振腔的耦合。將泵浦輸入耦合鏡4對(duì)OPO泵浦光的反射率設(shè)定為OPO泵浦光諧振腔中除泵浦輸入耦合鏡4之外的其它原件對(duì)OPO泵浦光的單程損耗之和，可實(shí)現(xiàn)最佳的泵浦光輸入耦合效率。非線性晶體6可以是周期極化的鈮酸鋰晶體、磷酸鈦氧鉀晶體或其它能產(chǎn)生非線性增益的晶體。光學(xué)帶通濾波器9用于實(shí)現(xiàn)對(duì)OPO信號(hào)光的帶通濾波，以實(shí)現(xiàn)對(duì)OPO信號(hào)光的單頻選擇及波長(zhǎng)調(diào)諧，可以是法布里-珀羅腔、雙折射濾波器或其它光學(xué)濾波元件。在本發(fā)明實(shí)施例中，泵浦腔長(zhǎng)反饋控制模塊用于實(shí)現(xiàn)所述單頻泵浦激光器1與OPO泵浦光諧振腔的共振狀態(tài)，其中，單頻泵浦激光器1產(chǎn)生的泵浦光經(jīng)過準(zhǔn)直器2獲得準(zhǔn)直后的泵浦光，準(zhǔn)直后的泵浦光依次經(jīng)過法拉第隔離器3，所述泡克爾斯室13，所述第二光隔離器14，第二光隔離器14由一個(gè)偏振分光鏡和一個(gè)四分之一波片構(gòu)成，從隔離器14出來的光通過泵浦輸入耦合鏡4，通過泵浦輸入耦合鏡4后的泵浦光經(jīng)過泵浦輸入耦合鏡4后面省略的結(jié)構(gòu)反射回來，部分光經(jīng)過泵浦輸入耦合鏡4輸出，經(jīng)過第二光隔離器14后，被光子探測(cè)器18接收，從而產(chǎn)生電信號(hào)，該電信號(hào)傳輸?shù)交祛l器12。振蕩器16產(chǎn)生一個(gè)擾動(dòng)信號(hào)，一部分作用于泡克爾斯室，一部分經(jīng)過相移器17后被傳輸?shù)交祛l器12和來自光電探測(cè)器18的電信號(hào)發(fā)生混頻，經(jīng)過混頻之后的信號(hào)傳輸?shù)降屯V波器11，通過低通濾波器11的低頻信號(hào)傳輸給伺服放大器15，經(jīng)過伺服放大器15后的放大信號(hào)會(huì)直接作用于單頻泵浦激光器1，起到控制和調(diào)節(jié)單頻泵浦激光器1的作用。將圖2所描述的泵浦腔長(zhǎng)反饋控制模塊運(yùn)用于圖1中所描述的OPO時(shí)，結(jié)合圖1和圖2中的光路和器件的連接關(guān)系將圖1和圖2的各個(gè)元器件組合在一起。具體而言，就是在圖1描述的法拉第隔離器3和泵浦輸入耦合鏡4之間加入泡克爾斯室13和第二光隔離器14，低通濾波器11、混頻器12、伺服放大器15、振蕩器16、相移器17和光電探測(cè)器18按照?qǐng)D2所描述的連接關(guān)系加入到圖1中即可。該泵浦腔長(zhǎng)反饋控制模塊以諧振腔的共振頻率作為參考頻率標(biāo)準(zhǔn)，利用相位調(diào)制技術(shù)在激光頻率兩側(cè)各產(chǎn)生一個(gè)邊頻帶，經(jīng)參考諧振腔反射后的光信號(hào)與調(diào)制信號(hào)相比較并濾波放大后，得到激光頻率偏離參考腔共振頻率的誤差信號(hào)，利用誤差信號(hào)驅(qū)動(dòng)反饋控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)激光器的某一參數(shù)使激光頻率穩(wěn)定在光學(xué)諧振腔的共振頻率上。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3 當(dāng)前第1頁1 2 3