本發(fā)明屬于光參量振蕩器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器。

背景技術(shù)：

光參量振蕩器(opticalparametricoscillator，opo)利用二階非線性效應(yīng)，將入射激光(稱為泵浦光)轉(zhuǎn)換為兩個頻率不同的出射激光，其中一個頻率較高者稱為信號光，另一個頻率較低者稱為閑頻光，泵浦光的頻率等于信號光與閑頻光的頻率之和；opo用于拓展激光輻射的輸出波段，實現(xiàn)寬帶可調(diào)諧的激光輻射。

腔內(nèi)泵浦的光參量振蕩器將非線性晶體置于泵浦激光器的諧振腔內(nèi)；利用諧振腔內(nèi)的高功率密度，實現(xiàn)光參量振蕩器的低閾值振蕩；通過控制非線性耦合，腔內(nèi)泵浦的光參量振蕩器可以獲得極高的功率轉(zhuǎn)換效率。文獻g.a.turnbull,m.h.dunn,andm.ebrahimzadeh,“continuous-wave,intracavityopticalparametricoscillatorsananalysisofpowercharacteristics,”appl.phys.b66(6),701–710(1998)對此給出了介紹。

在腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器中，振蕩的泵浦光和信號光都在非線性晶體中雙向傳輸，閑頻光也是雙向傳輸。現(xiàn)有腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器的閑頻光輸出都使用雙端輸出結(jié)構(gòu)或者只利用一個方向的閑頻光，而沒有利用另外一個方向的閑頻光，造成了輸出利用率不高，輸出功率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器，其目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器的中紅外閑頻光雙端輸出利用率不高、輸出功率較低的問題。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器，包括激光器泵浦源、以及沿激光器泵浦源光路方向依次排列的聚焦透鏡、輸入耦合鏡、激光增益晶體、雙色鏡、非線性晶體和第一曲面鏡，以及設(shè)置于雙色鏡的反射光路上的第二曲面鏡；其中，輸入耦合鏡、激光增益晶體、雙色鏡、非線性晶體和第一曲面鏡構(gòu)成激光器諧振腔；第一曲面鏡、非線性晶體、雙色鏡和第二曲面鏡構(gòu)成信號光諧振腔；第一曲面鏡和第二曲面鏡構(gòu)成曲面鏡對；其中，第二曲面鏡鍍有閑頻光高反膜；

工作時，聚焦透鏡對激光器泵浦源所發(fā)出的激光器泵浦光進行聚焦，輸入耦合鏡將聚焦透鏡的出射光耦合至激光增益晶體，經(jīng)過激光增益晶體的增益放大形成opo泵浦光；opo泵浦光通過雙色鏡到達非線性晶體，在非線性晶體內(nèi)實現(xiàn)光參量轉(zhuǎn)換、產(chǎn)生信號光、前向閑頻光和后向閑頻光；第一曲面鏡對前向閑頻光直接耦合輸出，而將信號光、激光器泵浦光和opo泵浦光反射至非線性晶體，非線性晶體對反射回來的opo泵浦光進行再次光參量轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生信號光、前后閑頻光和后向閑頻光，對反射回來的信號光直接透射，雙色鏡將信號光和后向閑頻光反射至第二曲面鏡，信號光和后向閑頻光經(jīng)過第二曲面鏡反射后原路返回，經(jīng)雙色鏡反射至非線性晶體，楔形非線性晶體實現(xiàn)對前后向閑頻光的相位補償，相干疊加之后經(jīng)過第一曲面鏡輸出；

其中，前向閑頻光是指與激光器泵浦光同向的閑頻光，后向閑頻光是指與激光器泵浦光反向的閑頻光。

在本發(fā)明提供的上述單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器中，第二曲面鏡采用對閑頻光具有高反射率的曲面鏡；泵浦激光器提供泵浦，在激光增益晶體中形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生opo泵浦光。opo泵浦光通過雙色鏡后在經(jīng)過非線性晶體產(chǎn)生信號光、前向閑頻光和后向閑頻光；信號光在由第一曲面鏡、非線性晶體、雙色鏡和第二曲面鏡構(gòu)成的信號光諧振腔內(nèi)形成振蕩；后向閑頻光則經(jīng)第二曲面鏡反射后與前向閑頻光經(jīng)過第一曲面鏡耦合輸出；

其中，opo泵浦光在信號光諧振腔中是雙向傳輸，因此在兩個傳輸方向均發(fā)生光參量轉(zhuǎn)換過程，均能產(chǎn)生閑頻光，通過第二曲面鏡將后向閑頻光進行反射，使其反射后與前向閑頻光方向一致，均經(jīng)過第一曲面鏡輸出，從而實現(xiàn)了閑頻光的單端輸出。

本發(fā)明中，信號光諧振腔與激光器諧振腔部分重合，可有效降低opo的振蕩閾值并提高功率轉(zhuǎn)換效率，非線性晶體置于信號光諧振腔中的曲面鏡對之間，實現(xiàn)信號光與opo泵浦光在非線性晶體內(nèi)的聚焦，以進一步降低opo的振蕩閾值、提高opo的功率轉(zhuǎn)換效率、且具有結(jié)構(gòu)簡單的特點。

優(yōu)選的，上述單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器，還包括設(shè)置于非線性晶體上的壓電陶瓷，通過設(shè)于非線性晶體上的壓電陶瓷來調(diào)節(jié)非線性晶體的橫向位置，實現(xiàn)對前向閑頻光與后向閑頻光相對相位的補償，獲得前向閑頻光和后向閑頻光的相干增強。

由于存在色散效應(yīng)，前向閑頻光與后向閑頻光之間具有相對相位差；本發(fā)明為了實現(xiàn)前向閑頻光與后向閑頻光的相干疊加，優(yōu)選采用楔形非線性晶體，楔形非線性晶體的一個端面為楔形，其最后一個鐵電域的厚度可變；采用壓電陶瓷橫向移動楔形非線性晶體的位置，實現(xiàn)對前向閑頻光與后向閑頻光的相對相位的精細調(diào)節(jié)，以補償由于空氣介質(zhì)和第一、第二曲面鏡反射膜的色散引起的相位改變，從而實現(xiàn)中紅外閑頻光的單端輸出。

優(yōu)選的，上述單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器，其中，輸入耦合鏡鍍激光器泵浦光增透膜和opo泵浦光高反膜；雙色鏡鍍激光器泵浦光增透膜、opo泵浦光增透膜、信號光高反膜和閑頻光高反膜；第一曲面鏡鍍激光器泵浦光高反膜、opo泵浦光高反膜、信號光高反膜和閑頻光增透膜；第二曲面鏡鍍信號光高反膜和閑頻光高反膜；非線性晶體鍍激光器泵浦光增透膜、opo泵浦光增透膜、信號光增透膜和閑頻光增透膜；激光增益晶體鍍激光器泵浦光增透膜和opo泵浦光增透膜；通過上述鍍膜以克服器件自身反射率不足、達到降低激光器閾值的目的。

優(yōu)選的，上述單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器，還包括調(diào)q器件；該調(diào)q器件設(shè)置在激光增益晶體與雙色鏡之間的光路上；用于改變激光器諧振腔的損耗，進而改變諧振腔的振蕩閾值，實現(xiàn)調(diào)q的參量振蕩，使得第一曲面鏡輸出脈沖形式的中紅外閑頻光。

優(yōu)選的，上述單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器，其激光器泵浦源采用單模半導(dǎo)體激光器、多模半導(dǎo)體激光器、固體激光器或光纖激光器。

優(yōu)選的，上述單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器，其激光增益晶體采用布儒斯特角切割或者鍍增透膜，實現(xiàn)對激光泵浦波長和激光輻射波長的良好透過率。

優(yōu)選的，上述單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器，可通過調(diào)整其激光增益晶體的摻雜濃度和長度來實現(xiàn)激光增益晶體對激光器泵浦光的充分吸收。

優(yōu)選的，上述單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器，其非線性晶體采用周期極化鈮酸鋰晶體(ppln)、周期性極化鉭酸鋰晶體(pplt)或周期性磷酸鈦氧鉀晶體(ppktp)。

優(yōu)選的，上述單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器，其非線性晶體的后端面為楔形，其最后一個鐵電域的厚度可調(diào)。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

現(xiàn)有的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器的中紅外閑頻光都使用雙端輸出結(jié)構(gòu)，閑頻光輸出利用率不高，輸出功率較低；本發(fā)明所提供的單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器，采用對信號光和閑頻光均具有高反作用的第二曲面鏡對后向閑頻光進行反射，使得反射的后閑頻光與前向閑頻光均通過第一曲面鏡單端輸出，提高了閑頻光的輸出利用率；

另一方面，由于光波在自非線性晶體經(jīng)雙色鏡至第二曲面鏡的自由空間傳輸、經(jīng)第二曲面鏡的反射、自第二曲面鏡經(jīng)雙色鏡至非線性晶體的自由空間傳輸過程中，由于空氣介質(zhì)以及第二曲面鏡和雙色鏡反射膜的色散，會造成三束光波的相對相位差，即(其中分別為泵浦光、信號光和閑頻光的相位)的改變；為了使得在反向傳輸過程中獲得對閑頻光的參量增益，本發(fā)明優(yōu)選采用楔形非線性晶體，并通過橫向移動楔形非線性晶體來實現(xiàn)對相位改變的補償，實現(xiàn)對三波相對相位的精細調(diào)節(jié)，以補償由于空氣介質(zhì)以及曲面鏡和雙色鏡反射膜的色散引起的三波相對相位改變，實現(xiàn)了前、后向閑頻光的相干疊加；而現(xiàn)有技術(shù)中是將第二曲面鏡處的閑頻光直接輸出，是雙端輸出，因此浪費了一半的閑頻光，相比較而言，本發(fā)明的這種技術(shù)方案提高了腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器的輸出功率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1所提供的單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例2所提供的單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器的結(jié)構(gòu)示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

1-激光器泵浦源、2-聚焦透鏡、3-輸入耦合鏡、4-激光增益晶體、5-雙色鏡、6-壓電陶瓷、7-楔形非線性晶體、8-第一曲面鏡、9-第二曲面鏡、10-調(diào)q器件。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實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。

實施例1提供的單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器的結(jié)構(gòu)如圖1所示意的，包括依次排列的激光器泵浦源1、聚焦透鏡2、輸入耦合鏡3、激光增益晶體4、雙色鏡5、非線性晶體7、第一曲面鏡8，以及設(shè)置于非線性晶體7上的壓電陶瓷6，和設(shè)置于雙色鏡5的反射光路上的第二曲面鏡9；其中，輸入耦合鏡3、激光增益晶體4、雙色鏡5、非線性晶體7和第一曲面鏡8構(gòu)成激光器諧振腔；

其中，聚焦透鏡2對激光器泵浦源1所發(fā)出的激光器泵浦光進行聚焦，輸入耦合鏡3對聚焦透鏡2的出射光進行耦合，激光增益晶體4對輸入耦合鏡3的出射光提供增益，產(chǎn)生opo泵浦光；opo泵浦光透過雙色鏡5入射到非線性晶體7，在非線性晶體7內(nèi)產(chǎn)生信號光和前、后向閑頻光(與激光器泵浦光同向的為前向閑頻光，反之為后向閑頻光)；

其中，信號光沿光路入射到第一曲面鏡8，并在第一曲面鏡8的中心處被反射按原路返回，直接透過非線性晶體7經(jīng)雙色鏡5反射至第二曲面鏡9；第二曲面鏡9對信號光進行反射使其按原路返回，在非線性晶體7處聚焦；其中，后向閑頻光經(jīng)雙色鏡5反射到第二曲面鏡9并被第二曲面鏡9反射、按原路返回至非線性晶體7，與前向閑頻光在非線性晶體7中重疊；上述過程，即為實現(xiàn)單端輸出中紅外激光的過程；

本實施例中，壓電陶瓷6用于橫向移動非線性晶體7，以實現(xiàn)對前向閑頻光和后向閑頻光的相對相位的補償；相位補償后的閑頻光經(jīng)第一曲面鏡8耦合輸出。

實施例1中，輸入耦合鏡3鍍激光器泵浦光增透膜和opo泵浦光高反膜；雙色鏡4鍍激光器泵浦光增透膜、opo泵浦光增透膜、信號光高反膜和閑頻光高反膜；第一曲面鏡8鍍激光器泵浦光高反膜、opo泵浦光高反膜、信號光高反膜和閑頻光增透膜；第二曲面鏡9鍍信號光高反膜和閑頻光高反膜；非線性晶體7鍍激光器泵浦光增透膜、opo泵浦光增透膜、信號光增透膜和閑頻光增透膜；激光增益晶體4鍍激光器泵浦光增透膜和opo泵浦光增透膜。

本實施例中，非線性晶體7的后端面為楔形，其最后一個鐵電域的厚度可變；在激光器諧振腔內(nèi)振蕩的激光經(jīng)過非線性晶體7，會產(chǎn)生信號光和閑頻光的增益；信號光在由第一曲面鏡8、非線性晶體7、雙色鏡5和第二曲面鏡9構(gòu)成的信號光諧振腔內(nèi)形成振蕩。后向閑頻光在經(jīng)過雙色鏡5，被第二曲面鏡9反射后與前向閑頻光在非線性晶體7中實現(xiàn)重疊，經(jīng)過第一曲面鏡8耦合輸出；通過壓電陶瓷6來移動非線性晶體7的橫向位置，以實現(xiàn)對前向閑頻光與后向閑頻光相對相位的補償，獲得兩個方向傳輸?shù)拈e頻光的相干疊加。

本實施例中，非線性晶體7采用周期極化的鈮酸鋰晶體(periodicallypoledlithiumniobate，ppln)，當opo泵浦光的波長為1040納米，ppln的極化周期為30.2微米時，信號光和閑頻光的波長分別為1517納米和3305納米；鎖定信號光的波長，通過調(diào)諧opo泵浦光波長并同步改變ppln的極化周期或溫度，可以實現(xiàn)對輸出閑頻光波長的調(diào)諧；鎖定opo泵浦光波長，通過改變信號光的波長并同步改變ppln的極化周期或溫度，也可以實現(xiàn)對opo輸出的閑頻光波長的調(diào)諧。

具體實現(xiàn)時，激光器泵浦源1可采用單?；蚨嗄５陌雽?dǎo)體激光器、固體激光器或光纖激光器；激光增益晶體介質(zhì)4通過采用布儒斯特角切割或鍍增透膜的方法實現(xiàn)對激光泵浦波長和激光輻射波長的良好透過率；通過選擇適當?shù)募す庠鲆婢w、摻雜濃度和激光增益晶體的長度，實現(xiàn)激光增益晶體4對激光器泵浦光的充分吸收。本實施例中，聚焦透鏡2用于實現(xiàn)對激光器泵浦源1的聚焦，以實現(xiàn)激光器泵浦光源與opo泵浦光諧振腔空間模式在激光增益晶體4中的匹配。

實施例2

實施例2提供的單端輸出的腔內(nèi)泵浦光參量振蕩器的結(jié)構(gòu)如圖2所示意的；與實施例1相比，區(qū)別在于添加了調(diào)q器件10；調(diào)q器件10設(shè)置在激光增益晶體4與雙色鏡5之間的光路上；用于改變激光器諧振腔的損耗，進而改變諧振腔的振蕩閾值，實現(xiàn)調(diào)q的參量振蕩，使得第一曲面鏡輸出脈沖形式的中紅外閑頻光；與實施例1輸出的連續(xù)波中紅外激光相比，實施例2輸出的中紅外激光為脈沖形式的，可以應(yīng)用于氣體檢測等領(lǐng)域。

上述實施例中，非線性晶體7還可以采用周期性極化鉭酸鋰晶體(pplt)或周期性磷酸鈦氧鉀晶體(ppktp)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，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、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。