專利名稱：一種光學參量振蕩器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于光電子與激光技術(shù)領域，涉及光波導理論與技術(shù)、非線性光學、 光子學與技術(shù)領域。它適用于軍事激光、空間激光通信、激光醫(yī)學、激光核聚 變、激光加工、激光光譜學和精密光學測量等領域的應用。
背景技術(shù)：
光學參量振蕩器仍然是目前實現(xiàn)激光頻率變換的有效技術(shù)， 一般的光學參 量振蕩器，采用非線性光學晶體，但是由于相位匹配、有效非線性系數(shù)和光學 透過波段的限制，缺少有效的非線性光學晶體，在許多波長范圍無法實現(xiàn)光學 參量振蕩器。尤其是缺少高質(zhì)量的中遠紅外激光晶體和非線性晶體，中遠紅外 激光技術(shù)及應用(特別是軍事激光的應用)的發(fā)展受到嚴重的限制。而非線性 光子晶體光纖由于引入了周期性或隨機分布的空氣孔或其它材料孔，具有許多
奇異的非線性光學現(xiàn)象，隨著非硅基光子晶體光纖的出現(xiàn)，可以產(chǎn)生2 5pm超 連續(xù)譜(Jonathan H. V. Price, Tanya M. Monro, Heike Ebendorff-Heidepriem， Francesco Poletti， Peter Homk， Vittoria Finazzi， Julie Y. Y. Leong， Periklis， Petropoulos， Joanne， C. Flanagan, Gilberto Brambilla， Xian Feng, and David J. Richardson, Mid-IR Supercontinuum Generation From Nonsilica Microstructured Optical Fibers, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2007， 738-749. Xian Feng, Wei H. Loh， Joanne C. Flanagan, Angela Camerlingo, Sonali Dasgupta, Periklis Petropoulos, Peter Homk， Ken E. Frampton， Nicholas M. White, Jonathan H. V. Price,. Harvey N. Rutt， and David J. Richardson, Single-mode tellurite glass holey fiber with extremely large mode area for infrared nonlinear applications, Optics Express, 2008, 16(18):13651-13656)， 表明能夠采用非線性光纖的光學參量振蕩器獲得2-5(im的中遠紅外激光。因此， 國際上目前對光子晶體光纖光學參量振蕩器的研究十分重視。在中國國家自然
科學基金(空氣孔隨機分布的光子晶體光纖光學參量振蕩器的研究，項目編號:
60478021)的資助下，通過對光子晶體光纖的色散效應，四波混頻與參量放大、 自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制、受激拉曼散射、孤子效應、超連續(xù)譜等非線性光 學問題進行了深入的理論和實驗研究，對目前所采用光學參量振蕩器的技術(shù)方
案進行了深入的分析，概括起來它們可分為兩類
一類使頻率高于泵浦光的參量光產(chǎn)生振蕩，該頻率的參量光產(chǎn)生正色散， 使用色散棱鏡進行負色散補償。由于單個色散棱鏡在參量光頻率區(qū)域也會產(chǎn)生 正色散，只有通過選擇合適折射率材料、入射角、棱鏡頂角和棱鏡間的相對距 離，才能實現(xiàn)負色散補償。但是色散棱鏡各通光面對參量光的反射和材料對參 量光吸收，產(chǎn)生嚴重的光學損耗，甚至使參量光無法形成振蕩。通過增加泵浦 功率將可能產(chǎn)生超連續(xù)譜，也會抑制參量振蕩的形成。因此，目前的光子晶體 光纖參量振蕩器的輸出功率相當?shù)汀?br> 另一類是使頻率低于泵浦光的參量光振蕩，參量光產(chǎn)生負色散，使用具有
正色散效應的玻璃棒進行正色散補償(Jay E. Sharping, Mark A. Foster, and Alexander L Gaeta， Octave-spanning, high-power microstructure-fiber-based optical parametric oscillators, Optics Express, 2007， 15(4) : 1474-1479)。此類色散補償技術(shù)相對簡單，但是無法形 成頻率高于泵浦光的參量光的振蕩，只能將此波段的參量光作為閑頻光輸出， 從而極大地限制了該波段參量光的輸出功率。
總之，目前的光子晶體光纖光學參量振蕩器存在著群速度度色散補償?shù)膰?重問題。另外，目前的光子晶體光纖參量振蕩器存在著光學損耗大、參量光輸 出功率低等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的采用雙零色散波長非線性材料產(chǎn)生四波混頻，并利用零色散特性克服參量光的群速度色散補償問題，實現(xiàn)一種光學參量振蕩器。 本發(fā)明的目的是通過以下方案來實現(xiàn)的
一種光學參量振蕩器，它包括本光學參量振蕩器雙零色散波長的非線性光 學材料，高反射鏡和輸出鏡組成的諧振腔，參量振蕩光光束準直器，參量光線 寬壓縮器，泵浦光耦合器，X/2相位延遲器，激光功率控器和光學隔離器；其中， 全反鏡和輸出鏡組成諧振腔，雙零色散波長非線性材料放置在諧振腔之中，參 量振蕩光光束準直器放置在雙零色散波長非線性材料的輸出端，參量光線寬壓 縮器放置在經(jīng)參量振蕩光光束準直器準直的光路中，泵浦光耦合器放置在靠近 全反鏡的諧振腔外面，人/2相位延遲器放置在泵浦光耦合器入射端前面，泵浦光 功率控制器放置在A72相位延遲器入射端前面，光學隔離器在泵浦光入射的最 刖順。
a. 雙零色散波長的非線性光學材料為光子晶體光纖；
b. 高反鏡為平平鏡或平凹鏡或光纖光柵；
c. 輸出鏡為平平鏡或平凹鏡或光纖光柵；
d. 參量振蕩光光束準直器為顯微物鏡或短焦距球面鏡；
e. 參量光線寬壓縮器為標準具或雙折射濾光片或光柵；
f. 泵浦光耦合器為顯微物鏡或光纖耦合器或光纖波分復用器。 雙零色散波長的非線性材料的一個零色散波長使工作于此波段反常色散區(qū)
域的泵浦光能夠產(chǎn)生四波混頻效應，并滿足相位匹配，如果要求兩個頻率的參 量光輸出，則即使其中的一種波長L的參量光波長處于此零色散波長；另一種 波長入4的參量光波長處于另一個零色散波長。
雙零色散波長的非線性材料在參量光區(qū)域具有平坦色散且色散很小，則能 夠?qū)崿F(xiàn)光學參量振蕩器的調(diào)諧輸出。
減少雙零色散波長的非線性材料對泵浦光和參量光的光學損耗，對雙零色 散波長的非線性材料的入射端面和出射端面鍍泵浦光和參量光增透膜
高反射鏡對泵浦光鍍增透膜，對于一種波長人3或人4的參量光鍍增透膜，則與輸出鏡組成單諧振光學參量振蕩器；高反鏡對泵浦光鍍增透膜，同時對波長 入3和人4的參量光鍍高反膜，則與輸出鏡組成雙諧振光學參量振蕩器。
使用的雙零色散波長的非線性光學材料所產(chǎn)生的參量光增益、泵浦光功率
參數(shù)確定輸出鏡對波長人3或人4的參量光的光學鍍膜的透過率，該輸出鏡與高反
鏡組成單諧振光學參量振蕩器；使用的雙零色散波長的非線性光學材料所產(chǎn)生
的參量光增益，泵浦光功率等參數(shù)確定輸出鏡對波長L和L的參量光的光學鍍
膜的透過率，該輸出鏡與高反鏡組成雙諧振光學參量振蕩器。
輸出鏡前后平移，保證同步泵浦；輸出鏡為光柵或光纖光柵時，實現(xiàn)參量 光的調(diào)諧輸出。
參量振蕩光光束準直器對振蕩光鍍增透膜。
線寬壓縮器對參量振蕩光采用儒斯特角入射或鍍增透膜，以減少光學損耗。
旋轉(zhuǎn)相位延遲器調(diào)節(jié)泵浦光的偏振方向，滿足參量光的相位匹配要求， 并且能夠?qū)崿F(xiàn)參量光調(diào)諧輸出。
在本發(fā)明中雙零色散波長的非線性光學材料為光子晶體光纖也可是光子晶 體，也可是其它固體或液體或氣體非線性光學材料，放置在高反射鏡和輸出鏡 組成的諧振腔中；泵浦光波長處于光子晶體光纖的反常色散區(qū)，保證滿足相位 匹配，光子晶體光纖產(chǎn)生高效四波混頻效應，所產(chǎn)生的長波長參量光的波長處 于光子晶體光纖的另一個零色散波長處，諧振腔內(nèi)不需要插入任何色散補償元 件即可實現(xiàn)參量光的群速度色散補償，克服了超短脈沖色散補償難題；很好地 抑制超連續(xù)譜等非線性光學效應對四波混頻增益的降低。對于簡并四波混頻， 如果要求兩個頻率的參量光輸出，則兩個波長的參量光分別處于不同的零色散 波長處。如果不要求簡并四波混頻，只發(fā)生一般的四波混頻，則雙零色散光子 晶體光纖的設計更靈活。
在本發(fā)明中，采用在參量光區(qū)域具有平坦色散且色散很小的雙零色散波長 的非線性材料，能夠有效地實現(xiàn)光學參量振蕩器的調(diào)諧輸出。
要根據(jù)我們所需要的參量光的波長、線寬、波長調(diào)諧范圍，可利用的泵浦光的波長、偏振方向和功率范圍等技術(shù)參數(shù)，確定非線性光子晶體光纖的結(jié)構(gòu) 設計和材料設計，以獲得滿足參量振蕩器要求的光子晶體光纖的雙零色散波長。
在本發(fā)明中，高反鏡對泵浦光鍍增透膜，對于一種波長人3或人4的參量光鍍增 透膜，則與輸出鏡組成單諧振光學參量振蕩器。如果高反射鏡)對泵浦光鍍增
透膜，同時對波長h和 u的參量光鍍高反膜，則與輸出鏡組成雙諧振光學參量振蕩器。
在本發(fā)明中，輸出鏡對需要形成振蕩的參量光的鍍膜，由所使用的雙零色 散波長的非線性光學材料所產(chǎn)生的參量光增益，泵浦光功率等參數(shù)確定。當輸 出鏡對波長^或入4的參量光的光學鍍膜的透過率，該輸出鏡與高反鏡組成單諧振 光學參量振蕩器。當根據(jù)所使用的雙零色散波長的非線性光學材料所產(chǎn)生的參 量光增益，泵浦光功率等參數(shù)確定輸出鏡對波長人3和 U的參量光的光學鍍膜的透 過率，該輸出鏡與高反鏡組成雙諧振光學參量振蕩器。
在本發(fā)明中通過選擇合適的光學延時長度，并對輸出鏡實行精確的前后平 移，保證同步泵浦。
在本發(fā)明中，能夠采用光柵作為輸出鏡，實現(xiàn)參量光的調(diào)諧輸出。
在本發(fā)明中，能夠使用顯微物鏡作為泵浦光耦合件，要求在物鏡的工作距
范圍能夠放置高反鏡；為了減少泵浦光的損耗，對泵浦光耦合器對泵浦光鍍增透膜。
在本發(fā)明中，參量振蕩光光束準直器采用顯微物鏡或合適焦距的球面透鏡 或透鏡組合；為了減少參量振蕩光的光學損耗，對參量振蕩光光束準直器對振 蕩光鍍增透膜。
在本發(fā)明中，參量光線寬壓縮器采用標準具或雙折射濾光片或光柵等具有 線寬壓縮功能的光學器；以減少光學損耗，對參量振蕩光采用儒斯特角入射或 鍍增透膜。
在本發(fā)明中，泵浦光耦合器使用顯微物鏡，要求在物鏡的工作距范圍能夠 放置高反鏡，長焦距物鏡是泵浦光耦合器；為了減少光學損耗，對泵浦光耦合器鍍泵浦光增透膜。
在本發(fā)明中，通過適當旋轉(zhuǎn)V2相位延遲器調(diào)節(jié)泵浦光的偏振方向，滿足參
量光的相位匹配要求；并且旋轉(zhuǎn)泵浦光的偏振方向?qū)崿F(xiàn)參量光調(diào)諧輸出。
在本發(fā)明中，泵浦光功率控制器對泵浦光功率的控制，保證產(chǎn)生有效的四 波混頻效應，并抑制超連續(xù)譜等非線性光學效應的產(chǎn)生，提高參量光的增益， 實現(xiàn)光學參量振蕩器的高功率、低泵浦閾值工作。
在本發(fā)明中，光學隔離器防止泵浦光的反射光和參量光進入泵浦光激光器， 影響泵浦光激光器的輸出穩(wěn)定性。
本發(fā)明的工作原理如下參量過程起源于光場作用下介質(zhì)中束縛電子的非 線性響應。參量過程根據(jù)其對應的是二階電極化率還是三階電極化率，可分為 二階或三階參量過程。通常三階參量過程涉及到四個光波的相互作用，包括諸 如三次諧波的產(chǎn)生、四波混頻和參量放大等現(xiàn)象。光纖(包括光子晶體光纖) 中的四波混頻能夠有效地產(chǎn)生新的光波，其主要特點可通過三階極化來解釋。
(Govind P. Agrawal著，賈東方，余震虹等譯，李世忱審校，非線性光纖光學 原理及應用，北京電子工業(yè)出版社，2002年12月)
&=^3);脇 (1) 式中^為電場強度，」l為非線性電極化強度，s。為真空中的介電常數(shù)。考慮振 蕩頻率分別為化，C02， (D3和C04沿X方向線偏振的四個光波，假定光沿同一方向z
傳播，總電場強度為
(2)
式中，~=",/c， nj為折射率，貝lj
戶肌=:^S尸y exp[/(A:, — ( 3 )
Pj (/ = 1~4)由包含三個電場乘積的項組成。例如，P4為
4 一 j0 /C ;o:xr
五4|2￡4 +2(|￡1|2 +|￡2|2 +|￡3|2)e4 +2五,￡2五3 exp(W+)+2五!五2五;exp(W—)+■
(4)式中
《=(、+ A:2 + &3 - A4 )z - (G^ + cy2 + cy3 - y4 > ( 5 )
9 = (、 + &2 一 &3 - 、 )z — + w — &3 — ^ > ( 6 )
方程(4)中，正比于E4的項對應于自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制，其余項對
應于四波混頻。這些項中有多少項在參量耦合中起作用，取決于E4和P4之間的
相位失配。只有當相位失配幾乎為零時，才會發(fā)生顯著的四波混頻過程。
方程(4)中有兩類四波混頻，"e+"項對應三個光子合成一個光子的情況，
新光子頻率為《4= 1+ 2+ 3。當《,=^2=^時，這一項對應于三次諧波；當 o;,^^巧時，對應頻率轉(zhuǎn)換。通常要滿足相位匹配條件，在光纖中高效地實現(xiàn) 這些過程是很困難的。"0-"項對應頻率為0h和C02的兩光子湮滅，同時產(chǎn)生兩個 頻率為C03和C04的光子的情況，艮P
(7)
^=^2時，稱為簡并四波混頻，頻率為w的強泵浦光產(chǎn)生兩對稱的邊帶，頻
率分別為03和Q4，其頻移a為
QA =— 03 =必4 - a (8 )
四波混頻把強泵浦波的能量傳輸給相對泵浦頻率Oh發(fā)生了上、下頻移的兩
個光波，只要泵浦光進入光纖并且滿足相位匹配條件，頻率為(03和(04的光就能
夠從噪聲中形成。
相位匹配條件A^+A^+A^^0
式中，AkM， AkM和Ak^分別代表由材料色散、波導色散和非線性色散效應引 起的相位失配。在簡并情況下(《1= 2) AA;M = ["3o>3 + fi>4 - 2/ ,〗/c
式中，Am， Ari2和An3分別代表三種頻率的折射率的變化。 為實現(xiàn)相位匹配，它們中至少有一項必須為負。在單模光纖中有三種技術(shù)可實現(xiàn)相位匹配(1)利用小頻移和低泵浦功率 減小Akw和Ak^ (2)運轉(zhuǎn)在零色散波長附近，使得Akw幾乎能抵消A、+A^; (3) 運轉(zhuǎn)在以反常色散區(qū)，使得A^〈0，抵消A^
對于多模光纖，不同模式傳輸?shù)墓獠?，使得A^〈0，則在此范圍內(nèi)，可實 現(xiàn)相位匹配。
本發(fā)明的有益效果
利用零色散波長實現(xiàn)了群速度色散補償，有效地實現(xiàn)了參量光的振蕩。 極大地減小了諧振腔內(nèi)的插入損耗，克服了超連續(xù)譜等四波混頻效應的抑制， 提高了參量光功率和效率。參量光不產(chǎn)生色散，保證了參量光的脈沖不被色散 和各種非線性光學效應展寬。通過諧振腔鏡(即高反鏡2和輸出鏡3)鍍參量光 窄帶光學膜，而不需插入選模器件，即可實現(xiàn)參量光的窄線寬。該類光學參量 振蕩器能夠產(chǎn)生可見光至中遠紅外飛秒和皮秒激光，波長范圍寬。參量光能夠 調(diào)諧輸出。光學參量振蕩器的簡緊湊，便于生產(chǎn)安裝和非專業(yè)人員操作使用。 該類光學參量振蕩器在鈦寶石鎖模激光泵浦下能夠產(chǎn)生1053nm超快激光，作為 種籽源，在激光核聚變和激光加工等領域具有重要用途。
參量振蕩光波長處于雙零色散非線性材料的零色散波長，不需要進行群速 度色散補償。這樣不僅極大地降低了技術(shù)難度，而且消除了色散補償光學元件 產(chǎn)生的光學損耗，極大地降低了泵浦閾值。采用具有平坦色散且色散很小的雙 零色散非線性材料，能夠有效地實現(xiàn)參量光調(diào)諧輸出。參量振蕩光脈沖形狀受 雙零色散非線性材料的色散影響，保持高質(zhì)量的脈沖形狀，特別是能夠生產(chǎn)很 窄的超短脈沖。不需要插入選模器件，有效地實現(xiàn)參量振蕩光的窄線寬輸出。


圖1為一種光學參量振蕩器的光路示意圖之一。 圖2為一種光學參量振蕩器的光路示意圖之二。
圖中雙零色散波長的非線性光學材料l，高反鏡2，輸出鏡3，參量振蕩光光束準直器4，參量光線寬壓縮器5，泵浦光耦合器6，入/2相位延遲器7， 泵浦光功率控器8和光學隔離器9。
具體實施例方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述。 實施例一
如圖1所示，本光學參量振蕩器包括雙零色散波長的非線性微結(jié)構(gòu)l，高
反射鏡2，輸出鏡3，參量振蕩光光束準直器4，線寬壓縮器5，泵浦光耦合器6， 入/2相位延遲器7，泵浦光功率控器8和光學隔離器9。
高反射鏡2和輸出鏡3組成諧振腔，雙零色散波長非線性材料1放置在諧 振腔之中，參量振蕩光光束準直器4放置在雙零色散波長非線性材料1的輸出 端，參量光線寬壓縮器5放置在經(jīng)參量振蕩光光束準直器4準直的光路中，泵 浦光耦合器6放置在靠近高反射鏡2的諧振腔外面，X/2相位延遲器7放置在泵 浦光耦合器6入射端前面，泵浦光功率控制器8放置在相位延遲器7入射 端前面，光學隔離器9在泵浦光入射的最前端。
本實施例中所使用的具體器件
雙零色散波長的非線性微結(jié)構(gòu)光纖1是一種石英基的非線性光子晶體光纖， 其零色散波長分別是645nm和1053nm，長度不大于20cm。
高反射鏡2是平平鏡是對高反射鏡2的一個側(cè)面，鍍對800nm泵浦光透 過率大于95%的高增透膜；對高反射鏡2的另一個側(cè)面，鍍對1053nm反射率 99. 99%的高反射膜的高反射鏡。
輸出鏡3是平平鏡是對輸出鏡3的一個側(cè)面鍍1053nm反射率99. 5%的高 反射膜的輸出鏡。
參量振蕩光光束準直器4:是40x顯微物鏡。鍍對1053mn振蕩光高透射膜， 透過率99%。
線寬壓縮器5:為標準具。
13泵浦光耦合器6:采用50x長焦距物鏡，工作距23mm。 V2相位延遲器7:采用人/2石英波片。 泵浦光功率控制器8:采用中性光學衰減片。 光學隔離器9:是對泵浦光800nm高透的光學隔離器。
本發(fā)明使用鈦寶石鎖模激光器(脈寬為飛秒量級)作為泵浦源，泵浦光波 長為800nm，先后經(jīng)過光學隔離器9、泵浦光功率控制器8、人/2相位延遲器7、 泵浦光耦合器6、高反射鏡2，經(jīng)聚焦進入雙零色散波長的非線性微結(jié)構(gòu)光纖l， 該類微結(jié)構(gòu)光纖產(chǎn)生簡并四波混頻，這個光學參量振蕩器就產(chǎn)生了 1053nm參量 光的諧振，獲得1053nm飛秒激光。
如圖1所示，本光學參量振蕩器包括雙零色散波長的非線性光子晶體光 纖l，高反射鏡2和輸出鏡3組成的諧振腔，參量振蕩光光束準直器4，線寬壓 縮器5，泵浦光耦合器6， X/2相位延遲器7，泵浦光功率控制器8和光學隔離 器9。
高反射鏡2和輸出鏡3組成諧振腔，雙零色散波長非線性材料1放置在諧 振腔之中，參量振蕩光光束準直器4放置在雙零色散波長非線性材料1的輸出 端，參量光線寬壓縮器5放置在經(jīng)參量振蕩光光束準直器4準直的光路中，泵 浦光耦合器6放置在靠近高反射鏡2的諧振腔外面，人/2相位延遲器7放置在泵 浦光耦合器6入射端前面，泵浦光功率控制器8放置在X/2相位延遲器7入射 端前面，光學隔離器9在泵浦光入射的最前端。
本實施例中所使用的具體器件
雙零色散波長的非線性微結(jié)構(gòu)光纖h是一種B]U03基的非線性光子晶體光 纖，其零色散波長分別是1550nm和2454nm，長度不大于20cm。
高反射鏡2是平平鏡是對高反射鏡2的一個側(cè)面，鍍對1900nm泵浦光透 過率大于95%的高增透膜是對高反射鏡2的另一個側(cè)面，鍍對1550nm和2454nm 反射率99. 99%的高反射膜的高反射鏡。輸出鏡3是平平鏡對輸出鏡3的一個側(cè)面鍍對1053nm和2454nm反射率 99. 5%的高反射膜的輸出鏡。
參量振蕩光光束準直器4:是40x物鏡，鍍對1053nm和2454nm振蕩光高透 射膜，透過率99%。
線寬壓縮器5:是雙折射濾光片。
泵浦光耦合器6:是50x顯微物鏡，工作距23mm。
X/2相位延遲器7:是X/2石英波片。
泵浦光功率控器8:采用中性光學衰減片。
光學隔離器9:是對1550nm泵浦光高透的光學隔離器。
本發(fā)明使用摻Tm3+雙包層光纖鎖模激光器(脈寬為皮秒量級)作為泵浦源， 泵浦光波長為1900nm，先后經(jīng)過光學隔離器9、泵浦光功率控器8、人/2相位延 遲器7、泵浦光耦合器6、高反鏡2，聚焦進入雙零色散波長的非線性微結(jié)構(gòu)光 纖1。該類光子晶體光纖產(chǎn)生簡并四波混頻，該類光學參量振蕩器就形成了 1550nm和2454nm的參量光的雙諧振，同時獲得1550nm和2454nm皮秒激光。
實施例三
如圖2所示，本光學參量振蕩器包括雙零色散波長的非線性光子晶體光
纖l，高反射鏡2和輸出鏡3組成的諧振腔，參量振蕩光光束準直器4，參量光 線寬壓縮器5，泵浦光耦合器6，入/2相位延遲器7，泵浦光功率控制器8和光 學隔離器9。
高反射鏡2和輸出鏡3組成諧振腔，雙零色散波長非線性材料1放置在諧 振腔之中，參量振蕩光光束準直器4放置在雙零色散波長非線性材料1的輸出 端，參量光線寬壓縮器5放置在經(jīng)參量振蕩光光束準直器4準直的光路中，泵 浦光耦合器6放置在靠近高反射鏡2的諧振腔里面，X/2相位延遲器7放置在泵 浦光耦合器6入射端前面，泵浦光功率控制器8放置在相位延遲器7入射 端前面，光學隔離器9在泵浦光入射的最前端。
本實施例中所使用的具體器件雙零色散波長的非線性微結(jié)構(gòu)光纖1:是一種石英基的非線性微結(jié)構(gòu)光纖，
其零色散波長分別是645nm和1053nm，長度不大于20cm。
輸出鏡3是平平鏡是對輸出鏡3的一個側(cè)面鍍對1053nm反射率99. 5%的 高反射膜的輸出鏡。
參量振蕩光光束準直器4:是40x顯微物鏡。鍍對1053rim振蕩光高透射膜， 透過率99. 5%。
線寬壓縮器5:為標準具。
泵浦光耦合器(6):采用光纖耦合器，對800rim泵浦光鍍增透膜，透過率 大于95%，對1053nm振蕩光鍍增透膜，透過率99. 5%。
X/2相位延遲器7:采用人/2石英波片。
泵浦光功率控器8:采用中性光學衰減片。
光學隔離器9:是對泵浦光800nm高透的光學隔離器。
本實施例中所使用的器件中高反射鏡2采用光纖光柵。
本發(fā)明使用鈦寶石鎖模激光器(脈寬為飛秒量級)作為泵浦源，泵浦光波 長為800nm，先后經(jīng)過光學隔離器9、泵浦光功率控制器8、人/2相位延遲器7、 泵浦光耦合器6、高反射鏡2，經(jīng)聚焦進入雙零色散波長的非線性微結(jié)構(gòu)光纖l， 該類微結(jié)構(gòu)光纖產(chǎn)生簡并四波混頻，這個光學參量振蕩器就產(chǎn)生了 1053nm參量 光的諧振，獲得1053nm飛秒激光。 實施例四
如圖2所示，本光學參量振蕩器包括雙零色散波長的非線性光子晶體光
纖l，高反射鏡2和輸出鏡3組成的諧振腔，參量振蕩光光束準直器4，線寬壓 縮器5，泵浦光耦合器6， X/2相位延遲器7，泵浦光功率控制器8和光學隔離 器9。
高反射鏡2和輸出鏡3組成諧振腔，雙零色散波長非線性材料1放置在諧 振腔之中，參量振蕩光光束準直器4放置在雙零色散波長非線性材料1的輸出 端，參量光線寬壓縮器5放置在經(jīng)參量振蕩光光束準直器4準直的光路中，泵浦光耦合器6放置在靠近高反射鏡2的諧振腔里面，人/2相位延遲器7放置在泵
浦光耦合器6入射端前面，泵浦光功率控制器8放置在人/2相位延遲器7入射 端前面，光學隔離器9在泵浦光入射的最前端。
本實施例中所使用的具體器件
高反射鏡2是平平鏡是對高反射鏡2的一個側(cè)面，鍍對1900nm泵浦光透 過率大于95%的高增透膜是對高反射鏡2的另一個側(cè)面，鍍對1550nm和2454nm 反射率99. 99%的高反射膜的高反射鏡。
參量振蕩光光束準直器4:短焦距球面鏡，鍍對1053nm和2454nm振蕩光 高透射膜，透過率99%。
線寬壓縮器5:采用標準具。
泵浦光耦合器6:采用光纖波分復用器。 V2相位延遲器7:是人/2石英波片。
泵浦光功率控器8:采用中性光學衰減片。
光學隔離器9:是對1550nm泵浦光高透的光學隔離器。 本實施例中輸出鏡(3)采用光柵，側(cè)面是對1053nm和2454nm反射率為99. 5% 的光柵。
本發(fā)明使用摻Tm"雙包層光纖鎖模激光器(脈寬為皮秒量級)作為泵浦源， 泵浦光波長為1900nm，先后經(jīng)過光學隔離器9、泵浦光功率控器8、 V2相位延 遲器7、高反射鏡2、泵浦光耦合器6、，聚焦進入雙零色散波長的非線性微結(jié)構(gòu) 光纖1。該類光子晶體光纖產(chǎn)生簡并四波混頻，該類光學參量振蕩器就形成了 1550nm和2454nm的參量光的雙諧振，同時獲得1550nm和2454nm皮秒激光。
權(quán)利要求
1. 一種光學參量振蕩器，它包括本光學參量振蕩器雙零色散波長的非線性光學材料(1)，高反射鏡(2)和輸出鏡(3)組成的諧振腔，參量振蕩光光束準直器(4)，參量光線寬壓縮器(5)，泵浦光耦合器(6)，λ/2相位延遲器(7)，激光功率控器(8)和光學隔離器(9)；其中，高反射鏡(2)和輸出鏡(3)組成諧振腔，雙零色散波長非線性材料(1)放置在諧振腔之中，參量振蕩光光束準直器(4)放置在雙零色散波長非線性材料(1)的輸出端，參量光線寬壓縮器(5)放置在經(jīng)參量振蕩光光束準直器(4)準直的光路中，泵浦光耦合器(6)放置在靠近高反射鏡的諧振腔外面，λ/2相位延遲器(7)放置在泵浦光耦合器(6)入射端前面，泵浦光功率控制器(8)放置在λ/2相位延遲器(7)入射端前面，光學隔離器(9)在泵浦光入射的最前端；其特征在于a. 雙零色散波長的非線性光學材料(1)為光子晶體光纖；b. 高反射鏡(2)為平平鏡或光纖光柵；c. 輸出鏡(3)為平平鏡或光柵；d. 參量振蕩光光束準直器(4)為顯微物鏡或短焦距球面鏡；e. 參量光線寬壓縮器(5)為標準具或雙折射濾光片；f. 泵浦光耦合器(6)為顯微物鏡或光纖耦合器或光纖波分復用器。
2. 根據(jù)權(quán)利1要求所述的光學參量振蕩器，其特征在于雙零色散波長的 非線性材料(1)的一個零色散波長使工作于此波段反常色散區(qū)域的泵浦光能夠 產(chǎn)生四波混頻效應，并滿足相位匹配，如果要求兩個頻率的參量光輸出，則即 使其中的一種波長L的參量光波長處于此零色散波長;另一種波長h的參量光 波長處于另一個零色散波長。
3. 根據(jù)權(quán)利1要求所述的光學參量振蕩器，其特征在于雙零色散波長的 非線性材料(1)在參量光區(qū)域具有平坦色散且色散很小，則能夠?qū)崿F(xiàn)光學參量振蕩器的調(diào)諧輸出。
4. 根據(jù)權(quán)利1要求所述的光學參量振蕩器，其特征在于減少雙零色散波 長的非線性材料(1)對泵浦光和參量光的光學損耗，對雙零色散波長的非線性 材料(1)的入射端面和出射端面鍍泵浦光和參量光增透膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學參量振蕩器，其特征在于 a. 高反射鏡射對泵浦光鍍增透膜，對于一種波長h或人4的參量光鍍增透 膜，則與輸出鏡(3)組成單諧振光學參量振蕩器；b. 高反射鏡射對泵浦光鍍增透膜，同時對波長^和人4的參量光鍍高反膜， 則與輸出鏡(3)組成雙諧振光學參量振蕩器。
6. 根據(jù)權(quán)利1要求所述的光學參量振蕩器，其特征在于a. 根據(jù)所使用的雙零色散波長的非線性光學材料(1)所產(chǎn)生的參量光增益損耗、諧振腔損耗、泵浦光功率參數(shù)確定輸出鏡對波長入3或:u的參量光的光學鍍膜的透過率，該輸出鏡3與高反射鏡2組成單諧振光學參量振蕩器。b. 根據(jù)所使用的雙零色散波長的非線性光學材料(1)所產(chǎn)生的參量光增 益，泵浦光功率等參數(shù)確定輸出鏡對波長^和h的參量光的光學鍍膜的透過率， 該輸出鏡(3)與高反射鏡射組成雙諧振光學參量振蕩器。
7. 根據(jù)權(quán)利1要求所述的光學參量振蕩器，其特征在于輸出鏡(3)前 后平移，保證同步泵浦；輸出鏡(3)為光柵時，實現(xiàn)參量光的調(diào)諧輸出。
8. 根據(jù)權(quán)利1要求所述的光學參量振蕩器，其特征在于根據(jù)權(quán)利1要求 所述的光學參量振蕩器，其特征在于參量振蕩光光束準直器(4)對振蕩光鍍 增透膜。
9. 根據(jù)權(quán)利1要求所述的光學參量振蕩器，其特征在于振蕩光線寬壓縮 器(5)對參量振蕩光采用儒斯特角入射或鍍增透膜，以減少光學損耗。
10.根據(jù)權(quán)利1要求和權(quán)利3要求所述的光學參量振蕩器，其特征在于旋轉(zhuǎn)V2相位延遲器(7)調(diào)節(jié)泵浦光的偏振方向，滿足參量光的相位匹配條件要求，實現(xiàn)參量光調(diào)諧輸出。
全文摘要
一種光學參量振蕩器，它包括雙零色散波長的非線性光學材料(1)，高反射鏡(2)，輸出鏡(3)，參量振蕩光光束準直器(4)，參量光線寬壓縮器(5)，泵浦光耦合器(6)，λ/2相位延遲器(7)，激光功率控制器(8)和光學隔離器(9)。非線性光學材料(1)具有雙零色散波長，放置在高反射鏡和輸出鏡組成的諧振腔中，高反射鏡和輸出鏡組成諧振腔。本發(fā)明中泵浦光波長處于光子晶體光纖的反常色散區(qū)，保證滿足相位匹配條件，產(chǎn)生高效四波混頻效應；對于簡并四波混頻形成的參量振蕩，兩個參量光的波長分別處于光子晶體光纖的兩個零色散波長處，能實現(xiàn)參量光的群速度色散補償，克服了超短脈沖色散補償難題，極大的降低了泵浦閾值。
文檔編號H01S3/094GK101499608SQ200910079549
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者任懷遠, 杰 劉, 左偉麗, 朱宜存, 李春里, 沈建平, 春 王, 趙陸萍, 義 鄭, 穎 郭 申請人:北京交通大學