一種2μm光纖激光泵浦的單頻中紅外光源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種2μm光纖激光泵浦的單頻中紅外光源系統(tǒng)系統(tǒng)，包括2μm光纖激光器1、聚焦透鏡2、入射腔鏡3、非線性晶體4、輸出腔鏡5、全反鏡6、全反鏡7、濾光片8，2μm光纖激光器1作為OPO泵浦光，經(jīng)聚焦透鏡2聚焦于非線性晶體4內(nèi)部；所述入射腔鏡3、輸出腔鏡5和全反鏡6、全反鏡7構(gòu)成OPO信號(hào)光諧振腔，為OPO信號(hào)光提供正反饋；2μm泵浦光強(qiáng)度超過OPO閾值后，OPO信號(hào)光諧振腔內(nèi)建立有穩(wěn)定的單頻中紅外信號(hào)光振蕩；單頻中紅外信號(hào)光經(jīng)過輸出腔鏡5輸出；經(jīng)濾光片8后，得到純凈的單頻中紅外信號(hào)光輸出；通過改變非線性晶體4的相位匹配條件，實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)的調(diào)諧。本發(fā)明有效地提高OPO光源的光轉(zhuǎn)換效率；結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，獲得單頻中紅外光源，滿足高精度應(yīng)用需要。
【專利說明】一種2 μ m光纖激光泵浦的單頻中紅外光源系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光【技術(shù)領(lǐng)域】中的激光器，特別涉及一種采用2 μ m光纖激光泵浦的高效率單頻中紅外光學(xué)參量振蕩器。
【背景技術(shù)】
[0002]波長(zhǎng)位于3-5 μ m中紅外波段的相干光源在光譜、遙感等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用需求。由于缺少能夠直接發(fā)射此波段激光的增益介質(zhì)，3-5 μ m波段的中紅外相干光源一直依賴于非線性光學(xué)頻率手段，特別是是光學(xué)參量振蕩(OPO)的方式獲得。
[0003]傳統(tǒng)上這個(gè)波段的OPO多采用容易獲得的Ιμπι (1064nm)激光作為泵浦源，然而，I μ m泵浦光子與輸出的3-5 μ m中紅外光子之間的能量差很大，導(dǎo)致總體光光效率較低。在部分采用磷鍺鋅(ZGP)為非線性晶體的中紅外OPO中，為滿足相位匹配條件，需要先通過I μ m激光泵浦兼并OPO獲得2 μ m光源，再用2 μ m光源泵浦中紅外0P0，一方面兼并OPO的穩(wěn)定性難以保證，增加了一個(gè)非線性頻率變換過程也降低了總的轉(zhuǎn)換效率，另一方面為提高非線性轉(zhuǎn)換效率往往采用脈沖工作方式和線型短腔(Chinese0pticsLetters,9 (6),061403，2011 )，致使其輸出的光譜線寬較寬，難以滿足高精度應(yīng)用的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種2μπι光纖激光泵浦的單頻中紅外光源系統(tǒng)，利用2 μ m光纖激光器作為泵浦源，減小泵浦光子和所需中紅外輸出光子間的能量差，以提高OPO的光光轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)結(jié)合環(huán)型行波腔設(shè)計(jì)，保證OPO的單頻運(yùn)轉(zhuǎn)，起到改善光譜線寬的作用，以滿足高精度應(yīng)用的需求。
[0005]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006]本發(fā)明提出了一種2 μ m光纖激光泵浦的單頻中紅外光源系統(tǒng)系統(tǒng)，該光源系統(tǒng)包括:2 μ m光纖激光器1、聚焦透鏡2、入射腔鏡3、非線性晶體4、輸出腔鏡5、全反鏡6、全反鏡7、濾光片8，其中，聚焦透鏡2鍍2μπι泵浦光增透膜系；入射腔鏡3為凹鏡，鍍泵浦光增透、信號(hào)光高反膜系；非線性晶體4兩端鍍泵浦光、信號(hào)光和閑頻光增透膜系；輸出腔鏡5為凹鏡，鍍泵浦光和閑頻光增透、信號(hào)光部分反射膜系；全反鏡6和全反鏡7鍍信號(hào)光高反膜系；濾光片8鍍泵浦光和閑頻光高反、信號(hào)光增透膜系；
[0007]所述2 μ m光纖激光器I發(fā)射2 μ m激光，作為OPO的泵浦光，經(jīng)所述聚焦透鏡2聚焦于所述非線性晶體4內(nèi)部；所述入射腔鏡3、輸出腔鏡5和全反鏡6、全反鏡7構(gòu)成OPO的信號(hào)光諧振腔，為OPO信號(hào)光提供正反饋，保證信號(hào)光單頻運(yùn)轉(zhuǎn)；所述2 μ m泵浦光強(qiáng)度超過OPO閾值后，所述OPO信號(hào)光諧振腔內(nèi)建立有穩(wěn)定的單頻中紅外信號(hào)光振蕩；所述單頻中紅外信號(hào)光經(jīng)過所述輸出腔鏡5輸出；經(jīng)所述濾光片8濾去剩余的泵浦光和閑頻光后，得到純凈的單頻中紅外信號(hào)光輸出；通過改變非線性晶體4的相位匹配條件，實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)的調(diào)諧。
[0008]所述全反鏡6和所述全反鏡7鍍信號(hào)光高反膜系之間還設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn)具9，采用CaF2基片，厚度0.5mm。2 μ m泵浦光以e光入射PPLT晶體，通過調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)具9的角度實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)的細(xì)調(diào)。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0010]本發(fā)明提供了一種2μm光纖激光泵浦的可調(diào)諧單頻中紅外光源，通過采用波長(zhǎng)
2μ m的光纖激光作為泵浦源，與傳統(tǒng)的I μ m泵浦方式相比，大幅減小了泵浦光子和所需的中紅外光子之間的能量差，從而能夠有效地提高OPO光源的光光轉(zhuǎn)換效率。通過環(huán)形行波腔結(jié)合光纖激光泵浦源，能夠以相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)OPO的單頻運(yùn)轉(zhuǎn)，獲得單頻中紅外光源，滿足高精度應(yīng)用的需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明提供的2 μ m光纖激光泵浦的可調(diào)諧單頻中紅外光源的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]附圖標(biāo)號(hào)說明如下:
[0013]1:2 μ m光纖激光器；2:聚焦透鏡；
[0014]3:入射腔鏡；4:非線性晶體；
[0015]5:輸出腔鏡；6:全反鏡；
[0016]7:全反鏡；8:濾光片；
[0017]9:標(biāo)準(zhǔn)具
【具體實(shí)施方式】
[0018]為能更好的理解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)作進(jìn)一步的說明。
[0019]為解決目前3-5 μ m中紅外光學(xué)參量振蕩器光光轉(zhuǎn)換效率較低、輸出光譜線寬不夠精細(xì)的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種2 μ m光纖激光泵浦的單頻中紅外光源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，參見圖1。
[0020]2 μ m光纖激光器可以為摻銩(Tm)光纖激光器，也可以為摻欽(Ho)光纖激光器等其他發(fā)射波長(zhǎng)在2 μ m附近的光纖激光器，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不做限制。
[0021]根據(jù)所需輸出波長(zhǎng)不同，非線性晶體4可以為周期極化鉭酸鋰(PPLT)晶體，也可以為周期極化鈮酸鋰(PPLN)、磷鍺鋅(ZGP)和磷硅鎘(CSP)等常用中紅外非線性光學(xué)晶體，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不做限制。
[0022]輸出波長(zhǎng)的調(diào)諧方式，可采用對(duì)非線性晶體4進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)、極化周期調(diào)諧和角度調(diào)諧等方式，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不做限制。
[0023]為提高單頻運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)的精細(xì)調(diào)諧，本發(fā)明實(shí)施例中的中紅外光源，還包括標(biāo)準(zhǔn)具9，通過改變標(biāo)準(zhǔn)具9的角度即可實(shí)現(xiàn)OPO波長(zhǎng)的精細(xì)調(diào)諧。
[0024]下面以一個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證本發(fā)明實(shí)施例提供的一種2 μ m光纖激光泵浦的單頻中紅外光源系統(tǒng)的可行性，其中，2 μ m光纖激光器I米用摻Tm光纖主振-放大系統(tǒng),發(fā)射中心波長(zhǎng)1950nm，最高輸出功率50W ;非線性晶體4為PPLT晶體，尺寸30mmX 5mmX 1臟，極化周期26.4-28.1 μ m,工作溫度100°C下對(duì)應(yīng)信號(hào)光和閑頻光波長(zhǎng)范圍分別為3.21-3.9 μ m和
3.9-4.96 μ m，各鏡片及晶體端面均鍍相應(yīng)波長(zhǎng)范圍的膜系；
[0025]聚焦透鏡2焦距50mm，聚焦后PPLT晶體內(nèi)1950nm泵浦光光斑半徑~47 μ m ;入射腔鏡3和輸出腔鏡5均為凹鏡，曲率半徑50mm，間距80mm ;全反鏡6和全反鏡7均為平鏡，OPO信號(hào)光總腔長(zhǎng)255mm，對(duì)應(yīng)PPLT晶體內(nèi)信號(hào)光束腰?62 μ m,這樣泵浦光和信號(hào)光的聚焦參數(shù)ξ均約等于2，OPO振蕩閾值可低至2-3W ;標(biāo)準(zhǔn)具9采用CaF2基片，厚度0.5mm。
2μ m泵浦光以e光入射PPLT晶體，泵浦功率超過閾值后，即可形成參量振蕩，產(chǎn)生中紅外信號(hào)光；可通過改變PPLT晶體的溫度和極化周期實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)的粗調(diào)，通過調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)具9的角度實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)的細(xì)調(diào)；進(jìn)一步優(yōu)化OPO的耦合輸出，可實(shí)現(xiàn)高功率、高效率的單頻中紅外輸出。驗(yàn)證了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種2μπι光纖激光泵浦的可調(diào)諧單頻中紅外光源的可行性。
[0026]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種2μπι光纖激光泵浦的可調(diào)諧單頻中紅外光源，本發(fā)明實(shí)施例通過采用2 μ m光纖激光器替代傳統(tǒng)I μ m激光器作為中紅外OPO的泵浦源，大幅減小泵浦光子與輸出中紅外光子的能量差，能夠有效提高中紅外OPO的光光轉(zhuǎn)換效率；對(duì)于輸出中紅外波長(zhǎng)3300nm而言，采用1064nm激光泵浦量子效率僅為32.2%，而采用1950nm泵浦量子效率為59.1%，在相同的參量下轉(zhuǎn)換效率下，光光轉(zhuǎn)換效率可提升近一倍；相對(duì)I μ m激光泵浦簡(jiǎn)并OPO再泵浦中紅外OPO的技術(shù)方案，減少一個(gè)非線性頻率變換過程，提高了效率，同時(shí)復(fù)雜程度大幅簡(jiǎn)化，更有利于實(shí)現(xiàn)中紅外OPO的穩(wěn)定單頻運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足高精度應(yīng)用的實(shí)際需要。
[0027]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，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、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種2 μ m光纖激光泵浦的單頻中紅外光源系統(tǒng)，其特征在于，該光源系統(tǒng)包括2 μ m光纖激光器(I)、聚焦透鏡(2)、入射腔鏡(3)、非線性晶體(4)、輸出腔鏡(5)、全反鏡(6)、全反鏡(7)以及濾光片(8);其中，聚焦透鏡(2)鍍2μπι泵浦光增透膜系；入射腔鏡(3)為凹鏡，鍍泵浦光增透、信號(hào)光高反膜系；非線性晶體(4)兩端鍍泵浦光、信號(hào)光和閑頻光增透膜系；輸出腔鏡(5)為凹鏡,鍍泵浦光和閑頻光增透、信號(hào)光部分反射膜系；全反鏡(6)和全反鏡(7)鍍信號(hào)光高反膜系；濾光片(8)鍍泵浦光和閑頻光高反、信號(hào)光增透膜系； 所述2 μ m光纖激光器(I)發(fā)射2 μ m激光，作為OPO的泵浦光，經(jīng)所述聚焦透鏡(2)聚焦于所述非線性晶體(4)內(nèi)部；所述入射腔鏡(3)、輸出腔鏡(5)和全反鏡(6)、全反鏡(7)構(gòu)成OPO的信號(hào)光諧振腔，為OPO信號(hào)光提供正反饋，保證信號(hào)光單頻運(yùn)轉(zhuǎn)；所述2 μ m泵浦光強(qiáng)度超過OPO閾值后，所述OPO信號(hào)光諧振腔內(nèi)建立有穩(wěn)定的單頻中紅外信號(hào)光振蕩；所述單頻中紅外信號(hào)光經(jīng)過所述輸出腔鏡(5)輸出；經(jīng)所述濾光片(8)濾去剩余的泵浦光和閑頻光后，得到純凈的單頻中紅外信號(hào)光輸出；通過改變非線性晶體(4)的相位匹配條件，實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)的調(diào)諧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2μπι光纖激光泵浦的單頻中紅外光源系統(tǒng)，其特征在于，所述全反鏡(6)和所述全反鏡7鍍信號(hào)光高反膜系之間還設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)具(9)，采用CaF2基片，厚度0.5mm；2ym泵浦光以e光入射PPLT晶體，通過調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)具9的角度實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)的細(xì)調(diào)。
【文檔編號(hào)】H01S3/083GK103715593SQ201410009007
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】史偉, 盛泉, 姚建銓 申請(qǐng)人:天津大學(xué)