專利名稱:一種小型化寬光譜可調(diào)諧中紅外內(nèi)腔光參量振蕩器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種小型化寬光譜可調(diào)諧中紅外內(nèi)腔光參量振蕩器，該方案包括有帶尾纖輸出的LD泵浦源、安裝在整機(jī)外殼內(nèi)的耦合系統(tǒng)、反射鏡、激光增益晶體、Q開(kāi)關(guān)、OPO諧振腔；LD泵浦源發(fā)射的激光束射入整機(jī)外殼后依次穿過(guò)泵浦耦合系統(tǒng)、反射鏡、激光增益晶體、Q開(kāi)關(guān)和OPO諧振腔后射出整機(jī)外殼。該方案能夠解決目前外腔OPO體積過(guò)大、系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜、電光效率偏低等問(wèn)題，以及目前內(nèi)腔OPO波長(zhǎng)調(diào)諧范圍有限、閾值過(guò)高、轉(zhuǎn)換效率較低等問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種小型化寬光譜可調(diào)諧中紅外內(nèi)腔光參量振蕩器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及激光器技術(shù)，尤其是一種小型化寬光譜可調(diào)諧中紅外內(nèi)腔光參量振蕩器。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，在現(xiàn)有技術(shù)中，高功率、寬調(diào)諧、結(jié)構(gòu)緊湊的中紅外固體激光在光電對(duì)抗、大氣監(jiān)測(cè)、太赫茲場(chǎng)產(chǎn)生、自由空間光通信等諸多領(lǐng)域具有迫切的應(yīng)用需求。而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、耦合系統(tǒng)、非線性晶體和腔鏡組成。為了解決外腔OPO體積過(guò)大、系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜、電光效率偏低等問(wèn)題，提出了一種緊湊化的內(nèi)腔OPO技術(shù)，通過(guò)非線性晶體參數(shù)的變化以及OPO諧振腔的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)覆蓋1~5μπι的近紅外和中紅外波長(zhǎng)調(diào)諧。
[0004]由于受到腔內(nèi)OPO諧振模式的限制，通常需要選擇通光口徑大的非線性晶體作為波長(zhǎng)變換的器件，例如KTP晶體等。但基于這類晶體的內(nèi)腔OPO的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍有限，而且非線性極化系數(shù)小、走離效應(yīng)、長(zhǎng)波吸收等難以克服的問(wèn)題使得整個(gè)系統(tǒng)的效率偏低。
[0005]近年來(lái)，隨著生長(zhǎng)工藝的進(jìn)步，一些大通光口徑、高非線性極化系數(shù)、通光范圍寬、無(wú)走離效應(yīng)的新型非線性晶體逐漸成熟，將其應(yīng)用于內(nèi)腔OPO中，可以實(shí)現(xiàn)覆蓋整個(gè)近紅外和中紅外波段的波長(zhǎng)調(diào)諧，以及低閾值、高效率運(yùn)行。結(jié)構(gòu)緊湊、功率指標(biāo)滿足應(yīng)用需求的小型化中紅外固體激光器具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br> 實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本發(fā)明的目的，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種小型化寬光譜可調(diào)諧中紅外內(nèi)腔光參量振蕩器的技術(shù)方案，該方案能夠解決目前外腔OPO體積過(guò)大、系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜、電光效率偏低等問(wèn)題，以及目前內(nèi)腔OPO波長(zhǎng)調(diào)諧范圍有限、閾值過(guò)高、轉(zhuǎn)換效率較低等問(wèn)題。
[0007]本方案是通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種小型化寬光譜可調(diào)諧中紅外內(nèi)腔光參量振蕩器，包括有帶尾纖輸出的LD泵浦源、安裝在整機(jī)外殼內(nèi)的耦合系統(tǒng)、反射鏡、激光增益晶體、Q開(kāi)關(guān)、OPO諧振腔；LD泵浦源發(fā)射的激光束射入整機(jī)外殼后依次穿過(guò)泵浦耦合系統(tǒng)、反射鏡、激光增益晶體、Q開(kāi)關(guān)和OPO諧振腔后射出整機(jī)外殼。
[0008]作為本方案的優(yōu)選:OPO諧振腔內(nèi)包括有OPO反射鏡、OPO輸出鏡和非線性晶體，射入OPO諧振腔的激光束依次穿過(guò)OPO反射鏡、非線性晶體和OPO輸出鏡后射出OPO諧振腔。
[0009]作為本方案的優(yōu)選:泵浦耦合系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有單個(gè)或多個(gè)耦合透鏡。
[0010]作為本方案的優(yōu)選:0P0反射鏡和OPO輸出鏡采用凹面鏡，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(zhǎng)進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)泵浦光與參量光腔模的最佳匹配，以提尚轉(zhuǎn)換效率。
[0011]本方案的有益效果可根據(jù)對(duì)上述方案的敘述得知，由于在該方案中泵浦激光增益模塊與OPO系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)與集成，采用內(nèi)腔OPO結(jié)構(gòu)，避免了外腔OPO中泵浦模塊與OPO之間復(fù)雜的耦合系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，體積小、重量輕；激光器元器件較少，安裝、調(diào)節(jié)和維護(hù)容易，激光器系統(tǒng)具有較好的可靠性、穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性，適用于一些復(fù)雜環(huán)境平臺(tái)的應(yīng)用；利用腔內(nèi)高平均功率密度的泵浦激光，獲取較高的增益轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)較高的OPO效率；內(nèi)腔OPO波長(zhǎng)調(diào)諧范圍寬，可以設(shè)計(jì)非線性晶體的參數(shù)，以及更換泵浦增益模塊，實(shí)現(xiàn)整個(gè)近紅外、中紅外，甚至遠(yuǎn)紅外的波長(zhǎng)調(diào)諧；激光器僅需要外接電控和溫控系統(tǒng)就能正常運(yùn)行，易于整個(gè)系統(tǒng)的集成化和小型化，提高整個(gè)系統(tǒng)的可移動(dòng)性。
[0012]由此可見(jiàn)，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見(jiàn)的。

【附圖說(shuō)明】

[0013]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中，I為帶尾纖輸出的LD泵浦源，2為泵浦耦合系統(tǒng)，3為反射鏡，4為激光增益晶體，5為Q開(kāi)關(guān)，6為OPO反射鏡，7為非線性晶體，8為OPO輸出鏡，9為OPO諧振腔，10為整機(jī)外殼。

【具體實(shí)施方式】
[0015]通過(guò)附圖可以看出，本方案包括有安裝在整機(jī)外殼內(nèi)的泵浦耦合系統(tǒng)、反射鏡、激光增益晶體、Q開(kāi)關(guān)、OPO諧振腔、;激光增益晶體設(shè)置在反射鏡和Q開(kāi)關(guān)之間；Q開(kāi)關(guān)設(shè)置在激光增益晶體和OPO諧振腔之間。OPO諧振腔內(nèi)設(shè)置有OPO反射鏡、OPO輸出鏡和非線性晶體；非線形晶體設(shè)置于OPO反射鏡和OPO輸出鏡之間；0P0反射鏡設(shè)置諧振腔內(nèi)于靠近激光增益晶體的一側(cè)。
[0016]泵浦激光諧振腔由反射鏡、激光增益晶體、Q開(kāi)關(guān)、OPO輸出鏡組成。帶尾纖的LD通過(guò)單透鏡或多透鏡組準(zhǔn)直并調(diào)整光斑大小后，對(duì)激光增益晶體進(jìn)行抽運(yùn)，在Q開(kāi)關(guān)作用下，形成脈沖泵浦激光。OPO反射鏡對(duì)脈沖泵浦激光具有高透射率，透過(guò)的脈沖泵浦激光在通過(guò)非線性晶體時(shí)，發(fā)生頻率下轉(zhuǎn)換，生產(chǎn)近紅外信號(hào)光和中紅外閑頻光，OPO輸出鏡對(duì)生成的信號(hào)光部分透過(guò)，而對(duì)脈沖泵浦激光具有很高的反射率，因此OPO腔內(nèi)有很高的泵浦功率密度，可獲得高功率中紅外激光輸出。
[0017]本發(fā)明的具體實(shí)施例:
[0018]【具體實(shí)施方式】一:
[0019]帶尾纖輸出的LD泵浦源I的波長(zhǎng)為808nm，通過(guò)泵浦耦合系統(tǒng)2準(zhǔn)直并調(diào)整光斑大小后，經(jīng)反射鏡3泵浦激光增益晶體4，泵浦耦合系統(tǒng)為單透鏡或雙透鏡組，激光增益晶體4采用Nd摻雜的塊狀或棒狀固體激光晶體(如Nd:YAG、Nd:YV04、Nd:YLF等)，Q開(kāi)關(guān)5采用Imm的聲光Q開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)l~10kHz的重復(fù)頻率調(diào)諧，非線性晶體7采用大通光口徑的PPLN 晶體(Per1dically Poled Lithium N1bate，周期極化銀酸鈕)，反射鏡 3 對(duì) Imm 激光具有高反射率，對(duì)808nm激光具有高透射率，OPO反射鏡6對(duì)Imm激光具有高透射率，對(duì)近紅外信號(hào)光和中紅外閑頻光具有高反射率，OPO輸出鏡8對(duì)Imm激光具有高反射率，對(duì)近紅外信號(hào)光具有高透射率，對(duì)中紅外閑頻光具有部分反射。
[0020]通過(guò)設(shè)計(jì)PPLN晶體的極化周期(單周期、多周期、扇形周期、混合周期)、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(shí)現(xiàn)l~4mm附近的連續(xù)高精度調(diào)諧，并且有望實(shí)現(xiàn)多波段(多2)甚至超連續(xù)譜的中紅外激光輸出。
[0021]系統(tǒng)集成后，整機(jī)外殼10的體積可以控制在150mmX150mmX300mm以內(nèi)，雙波段輸出功率達(dá)到數(shù)十瓦。
[0022]【具體實(shí)施方式】二:
[0023]結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一所述的區(qū)別在于，泵激光增益晶體4產(chǎn)生的泵浦激光的波長(zhǎng)為1.319mm，相應(yīng)的Q開(kāi)關(guān)5采用1.319mm的聲光Q開(kāi)關(guān)，反射鏡3、OPO輸出鏡8、OPO反射鏡6，以及非線性晶體7的PPLN晶體參數(shù)也隨著改變，以滿足OPO的相位匹配條件。
[0024]【具體實(shí)施方式】三:
[0025]結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一所述的區(qū)別在于，非線性晶體7采用兩塊大通光口徑的KTP晶體，已進(jìn)行雙折射相位匹配的走離效應(yīng)補(bǔ)償。通過(guò)設(shè)計(jì)KTP晶體的切割角度等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)的調(diào)諧。反射鏡3、OPO輸出鏡8、OPO反射鏡6參數(shù)也隨著改變，以滿足OPO的相位匹配條件。
[0026]【具體實(shí)施方式】四:
[0027]結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一所述的區(qū)別在于，帶尾纖輸出的LD泵浦源I的波長(zhǎng)為792nm，激光增益晶體4選用塊狀Tm: YLF晶體，產(chǎn)生1.91mm附近的泵浦激光，再內(nèi)腔泵浦PPLN OPOo相應(yīng)的Q開(kāi)關(guān)5采用1.91mm的聲光Q開(kāi)關(guān)，反射鏡3對(duì)1.91mm激光具有高反射率，對(duì)792nm激光具有高透射率。OPO反射鏡6對(duì)1.91mm激光具有高透射率，對(duì)近紅外信號(hào)光和中紅外閑頻光具有高反射率，對(duì)792nm激光具有高反射率，OPO輸出鏡8對(duì)1.91mm激光具有高反射率，對(duì)近紅外信號(hào)光具有高透射率，對(duì)中紅外閑頻光具有部分反射。
[0028]【具體實(shí)施方式】五:
[0029]結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式四所述的區(qū)別在于，激光增益晶體4選用塊狀Tm，Ho摻雜的激光增益晶體，產(chǎn)生2.0mm附近的泵浦激光，再內(nèi)腔泵浦PPLNOPOo相應(yīng)的Q開(kāi)關(guān)5采用2.0mm的聲光Q開(kāi)關(guān)，反射鏡3對(duì)2.0mm激光具有高反射率，對(duì)792nm激光具有高透射率。OPO反射鏡6對(duì)2.0mm激光具有高透射率，對(duì)近紅外信號(hào)光和中紅外閑頻光具有高反射率，對(duì)792nm激光具有高反射率，OPO輸出鏡8對(duì)2.0mm激光具有高反射率，對(duì)近紅外信號(hào)光具有高透射率，對(duì)中紅外閑頻光具有部分反射。
[0030]【具體實(shí)施方式】六:
[0031]結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式五所述的區(qū)別在于，非線性晶體選擇ZGP晶體(ZnGeP2，磷鍺鋅)。反射鏡3對(duì)2.0mm激光具有高反射率，對(duì)792nm激光具有高透射率。OPO反射鏡6對(duì)2.0mm激光具有高透射率，對(duì)4_附近的激光具有高反射率，對(duì)792nm激光具有高反射率，OPO輸出鏡8對(duì)2.0mm激光具有高反射率，對(duì)4_附近的激光具有部分反射率。通過(guò)改變ZGP晶體的角度，可以實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)的調(diào)諧。
[0032]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合。
[0033]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種小型化寬光譜可調(diào)諧中紅外內(nèi)腔光參量振蕩器，其特征是:包括有帶尾纖輸出的LD泵浦源、安裝在整機(jī)外殼內(nèi)的耦合系統(tǒng)、反射鏡、激光增益晶體、Q開(kāi)關(guān)、OPO諧振腔；所述LD泵浦源發(fā)射的激光束射入整機(jī)外殼后依次穿過(guò)泵浦耦合系統(tǒng)、反射鏡、激光增益晶體、Q開(kāi)關(guān)和OPO諧振腔后射出整機(jī)外殼。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化寬光譜可調(diào)諧中紅外內(nèi)腔光參量振蕩器，其特征是:所述OPO諧振腔內(nèi)包括有OPO反射鏡、OPO輸出鏡和非線性晶體，射入OPO諧振腔的激光束依次穿過(guò)OPO反射鏡、非線性晶體和OPO輸出鏡后射出OPO諧振腔。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化寬光譜可調(diào)諧中紅外內(nèi)腔光參量振蕩器，其特征是:所述泵浦耦合系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有單個(gè)或多個(gè)耦合透鏡。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化寬光譜可調(diào)諧中紅外內(nèi)腔光參量振蕩器，其特征是:所述OPO反射鏡和OPO輸出鏡為凹面鏡。
【文檔編號(hào)】H01S3-094GK204290023SQ201420781177
【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(qǐng)人]中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所