專利名稱：全固態(tài)準連續(xù)波長調(diào)諧鈦寶石－ppln光學(xué)參量振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種光學(xué)參量振蕩器激光器，尤其涉及一種全固態(tài)準連續(xù)波長調(diào)諧鈦寶石-PPLN光學(xué)參量振蕩器。
背景技術(shù)：
目前，采用周期極化晶體實現(xiàn)準相位匹配光學(xué)參量振蕩器，是實現(xiàn)可調(diào)諧光源的一種新型的重要手段和有效途徑，利用全固態(tài)激光器波長泵浦周期極化晶體，通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)，可以得到高輸出功率、高效率、可調(diào)諧波長范圍大、壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊而體積小的可調(diào)諧光源，是一種理想的調(diào)諧方式。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提出一種功率水平高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊而體積小，還具有準相位匹配光學(xué)參量振蕩器的寬帶可調(diào)諧光源。
本實用新型采用的技術(shù)方案是一種準連續(xù)運轉(zhuǎn)波長調(diào)諧PPLN光學(xué)參量振蕩器，包括一級泵浦源，一級耦合系統(tǒng)，二級泵浦源，二級耦合系統(tǒng)，光學(xué)參量振蕩腔。一級泵浦源包括由第一平面鏡M1和第二平面鏡M2構(gòu)成的平-平腔結(jié)構(gòu)，在第一平面鏡M1和第二平面鏡M2之間自第一平面鏡M1開始依次設(shè)有對基頻光進行調(diào)制的開關(guān)器件Q、最初光學(xué)泵浦源、諧波反射鏡和倍頻晶體。一級耦合系統(tǒng)包括第一耦合透鏡L1，用以將一級泵浦源產(chǎn)生的泵浦光耦合進二級泵浦源的諧振腔。二級泵浦源的諧振腔由第三平面鏡M3和第四平面鏡M4構(gòu)成，在第一耦合透鏡L1的焦點處設(shè)置鈦寶石晶體，在第三平面鏡M3和鈦寶石晶體之間設(shè)有棱鏡。二級耦合系統(tǒng)包括第二耦合透鏡L2，用以將二級泵浦源產(chǎn)生的泵浦光耦合進光學(xué)參量振蕩腔。光學(xué)參量振蕩腔由后鏡M5和輸出鏡M6構(gòu)成，在位于兩者之間的第二耦合透鏡L2焦點附近設(shè)置PPLN晶體。
其中，最初光學(xué)泵浦源為按照等邊三角形排列、采用側(cè)向泵浦方式泵浦激光介質(zhì)的激光二極管陣列，激光介質(zhì)為NdYAG，尺寸為φ3×80mm，兩端磨成平面，鍍基頻光的增透膜，由流動的冷卻水對激光二極管陣列和激光介質(zhì)提供冷卻。
倍頻晶體為KTP晶體，采用II類相位匹配，切割角為θ＝90°，φ＝23.6°，尺寸為6×6×10mm，兩面鍍基頻光和倍頻光的增透膜。
鈦寶石晶體的中心軸線垂直于晶軸，具有兩個以布儒斯特角切割的通光端面，且所述兩個通光端面的法線均與晶軸處于同一平面內(nèi)，在布儒斯特入射面內(nèi)的泵浦光的偏振方向與晶軸一致。
鈦寶石晶體通光方向長度為15mm，截面是邊長為5mm的正方形。
構(gòu)成二級泵浦源諧振腔的平面鏡M3的空間位置可以調(diào)節(jié)。
作為更進一步的優(yōu)選方案，第一平面鏡(M1)鍍1064nm高反膜；開關(guān)器件(Q)鍍1064nm增透膜；諧波反射鏡鍍1064nm增透膜和532nm高反膜；構(gòu)成諧振腔的第三平面鏡(M3)鍍750～850nm高反膜；構(gòu)成諧振腔的第四平面鏡(M4)鍍532nm高反膜，鍍750～850nm的半透膜，透過率為20％；后鏡(M5)鍍750～850nm以及OPO輸出波段的高反膜；輸出鏡(M6)，曲率半徑為60mm，鍍750～850nm鍍高反膜和OPO輸出波段的半透膜，透過率約為15％。
OPO輸出波段分為三個波段，分別是0.9～1.7um，1.7～2.5um，2.5～3.2um。
本實用新型所帶來的有益效果(1)本實用新型全部采用全固態(tài)器件，其結(jié)構(gòu)緊湊、牢固耐用、價格較低。
(2)一級泵浦裝置采用LD作為原始泵浦源，倍頻晶體為KTP，用聲光Q開關(guān)進行頻率調(diào)制以實現(xiàn)高峰值功率的準連續(xù)運轉(zhuǎn)。
(3)二級泵浦裝置所產(chǎn)生的鈦寶石激光的脈寬與一級泵浦源所產(chǎn)生的泵浦光相比可降低一個數(shù)量級，極大地提高了峰值功率，是PPLN參量振蕩器的理想泵浦源。
(4)采用周期極化晶體實現(xiàn)準相位匹配光學(xué)參量振蕩器，通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)，得到高輸出功率、高效率、可調(diào)諧波長范圍大、壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊而體積小的可調(diào)諧光源。


圖1為本實用新型的光學(xué)參量振蕩器的整體結(jié)構(gòu)圖具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明，本實用新型的整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
M1是1064nm全反鏡，M2是鈦寶石激光器的532nm泵浦光輸出鏡，對1064nm光全反，對532nm光高透。M1，M2組成鈦寶石激光器的綠光泵浦源，采用具有增益高、激光介質(zhì)內(nèi)部模體積大的傳統(tǒng)直腔型平-平腔結(jié)構(gòu)，整個諧振腔長定為330mm。采用中科院半導(dǎo)體所生產(chǎn)的高功率半導(dǎo)體陣列激光器作為最初光學(xué)泵浦源，為按照等邊三角形排列、采用側(cè)向泵浦方式泵浦激光介質(zhì)的激光二極管陣列，四組三條激光二極管條對稱地排列在YAG棒周圍，能夠均勻地泵浦激活介質(zhì)YAG棒。每組二極管條由100個功率為200mW的二極管組成，二極管連續(xù)工作，總的最大泵浦功率為240W。整個泵浦組件(包括激光二極管和YAG棒)由流動的冷卻水提供冷卻。激光介質(zhì)的尺寸為φ3×80mm，兩端磨成平面，鍍1064nm的增透膜。聲光Q開關(guān)由英國GOOCH公司生產(chǎn)，其中晶體為φ8×10×50mm的熔石英，驅(qū)動功率為100W，工作頻率為27MHz，衍射效率為20％，其調(diào)制頻率為1～50kHz，有效通光口徑15×15mm，鍍1064nm增透膜。諧波反射鏡對1064nm光高透，對532nm光高反，以提高倍頻轉(zhuǎn)換效率。KTP晶體采用II類相位匹配角切割(θ＝90°，φ＝23.6°)，尺寸為6×6×10mm，兩面鍍532nm和1064nm的增透膜。
為了使532nm泵浦光與鈦寶石振蕩光模式更好的匹配，獲得更高的功率密度，使用一個焦距為150mm的聚焦透鏡L1把泵浦光匯聚到鈦寶石腔中，鈦寶石晶體放在泵浦光光束的焦點處。鈦寶石晶體通光方向長度為15mm，截面是邊長為5mm的正方形。使鈦寶石棒的中心軸線垂直于晶軸c，兩通光端面以布儒斯特角切割，且使兩通光表面的法線與晶軸c處于同一平面內(nèi)。在布儒斯特入射面內(nèi)的泵浦光的偏振方向與c軸一致。采用平平腔組成鈦寶石激光的諧振腔，腔長約200mm，晶體大概放在腔的中心位置。M3全反鏡對鈦寶石運轉(zhuǎn)波段750～850nm鍍高反膜，輸出鏡M4對532nm鍍高反膜，在750～850nm，透過率為20％。以棱鏡作為波長調(diào)諧元件，使鈦寶石輸出光在780～820nm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
M和M’是鈦寶石波段的全反鏡，以減小整個實驗裝置的體積。L2是焦距100mm的聚焦透鏡，以提高鈦寶石泵浦光的功率密度。M5為OPO后鏡，對鈦寶石運轉(zhuǎn)波段750～850nm和OPO輸出波段鍍高反膜。M6為OPO輸出鏡，曲率半徑為60mm，對鈦寶石波段鍍高反膜，對OPO輸出波段的透過率約為15％。整個光學(xué)參量振蕩器腔長約為80mm。采用的PPLN晶體的極化周期為20.5um，固定在溫控爐中，溫控爐溫度在常溫到473K可以連續(xù)變化。PPLN晶體端面對泵浦光750～850nm和OPO輸出波段鍍增透膜。
根據(jù)理論計算所得到的曲線為依據(jù)對OPO調(diào)諧波段進行腔鏡鍍膜選擇。我們將其分為三個波段，分別是0.9～1.7um，1.7～2.5um，2.5～3.2um，實現(xiàn)OPO調(diào)諧輸出1～3um的光譜范圍。
需要說明的是，這里以本實用新型的實施例為中心展開了詳細的說明，所描述的優(yōu)選方式或某些特性的具體體現(xiàn)，應(yīng)當理解為本說明書僅僅是通過給出實施例的方式來描述發(fā)明，實際上在組成、構(gòu)造和使用的某些細節(jié)上會有所變化，包括部件的組合和組配，這些變形和應(yīng)用都應(yīng)該屬于本實用新型的范圍內(nèi)。
本實施例采用二極管激光器泵浦的全固態(tài)、準連續(xù)532nm倍頻NdYAG激光器(一級裝置)作為最初光學(xué)泵浦源，脈沖寬度小于80ns，重復(fù)頻率5kHz，泵浦鈦寶石晶體作為激光介質(zhì)的諧振腔(二級裝置)，采用棱鏡作為調(diào)諧元件，構(gòu)成全固態(tài)、準連續(xù)可調(diào)諧鈦寶石激光器，重復(fù)頻率5kHz，線寬2nm，激光脈沖寬度小于20ns。用可調(diào)諧鈦寶石激光泵浦PPLN光學(xué)參量振蕩器(三級裝置)，采用改變泵浦波長的新型調(diào)諧方式，利用PPLN光學(xué)參量振蕩器調(diào)諧曲線的ε型折回特性，得到1～3um寬調(diào)諧輸出。不僅具有全固態(tài)激光器功率水平高、結(jié)構(gòu)緊湊、價格便宜等優(yōu)勢，還具有準相位匹配光學(xué)參量振蕩器的寬帶可調(diào)諧，體積小的優(yōu)點，在醫(yī)學(xué)成像、環(huán)境監(jiān)測、光纖通信、光譜分析、光電對抗及光傳感等領(lǐng)域具有廣大的科學(xué)研究價值和廣闊的應(yīng)用前景并且填補了該領(lǐng)域的技術(shù)空白。
權(quán)利要求1.一種準連續(xù)運轉(zhuǎn)波長調(diào)諧PPLN光學(xué)參量振蕩器，包括一級泵浦源，一級耦合系統(tǒng)，二級泵浦源，二級耦合系統(tǒng)，光學(xué)參量振蕩腔，其特征是所述一級泵浦源包括由第一平面鏡(M1)和第二平面鏡(M2)構(gòu)成的平一平腔結(jié)構(gòu)，在第一平面鏡(M1)和第二平面鏡(M2)之間自第一平面鏡(M1)開始依次設(shè)有對基頻光進行調(diào)制的開關(guān)器件(Q)、最初光學(xué)泵浦源、諧波反射鏡和倍頻晶體；所述一級耦合系統(tǒng)包括第一耦合透鏡(L1)，用以將一級泵浦源產(chǎn)生的泵浦光耦合進二級泵浦源的諧振腔；所述二級泵浦源的諧振腔由第三平面鏡(M3)和第四平面鏡(M4)構(gòu)成，在上述第一耦合透鏡的焦點處設(shè)置鈦寶石晶體，在第三平面鏡(M3)和鈦寶石晶體之間設(shè)有棱鏡；所述二級耦合系統(tǒng)包括第二耦合透鏡(L2)，用以將二級泵浦源產(chǎn)生的泵浦光耦合進光學(xué)參量振蕩腔；所述光學(xué)參量振蕩腔由后鏡(M5)和輸出鏡(M6)構(gòu)成，在位于兩者之間的第二耦合透鏡焦點附近設(shè)置PPLN晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PPLN光學(xué)參量振蕩器，其特征在于，所述最初光學(xué)泵浦源為按照等邊三角形排列、采用側(cè)向泵浦方式泵浦激光介質(zhì)的激光二極管陣列，激光介質(zhì)為Nd:YAG，尺寸為φ3×80mm，兩端磨成平面，鍍基頻光的增透膜，由流動的冷卻水對激光二極管陣列和激光介質(zhì)提供冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PPLN光學(xué)參量振蕩器，其特征在于，所述倍頻晶體為KTP晶體，采用II類相位匹配，切割角為θ＝90°，φ＝23.6°，尺寸為6×6×10mm，兩面鍍基頻光和倍頻光的增透膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PPLN光學(xué)參量振蕩器，其特征在于，所述鈦寶石晶體的中心軸線垂直于晶軸，具有兩個以布儒斯特角切割的通光端面，且所述兩個通光端面的法線均與晶軸處于同一平面內(nèi)，在布儒斯特入射面內(nèi)的泵浦光的偏振方向與晶軸一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PPLN光學(xué)參量振蕩器，其特征在于，鈦寶石晶體通光方向長度為15mm，截面是邊長為5mm的正方形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PPLN光學(xué)參量振蕩器，其特征在于，構(gòu)成所述二級泵浦源諧振腔的平面鏡M3的空間位置可以調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PPLN光學(xué)參量振蕩器，其特征在于，所述PPLN晶體的極化周期為20.5um，其端面鍍750～850nm和OPO輸出波段鍍增透膜，固定在溫控爐中，溫控爐溫度在常溫到473K可以連續(xù)變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項所述的PPLN光學(xué)參量振蕩器，其特征在于，所述第一平面鏡(M1)鍍1064nm高反膜；所述開關(guān)器件(Q)的重復(fù)頻率為5kHz，鍍1064nm增透膜；所述諧波反射鏡鍍1064nm增透膜和532nm高反膜；構(gòu)成所述諧振腔的第三平面鏡(M3)鍍750～850nm高反膜；構(gòu)成所述諧振腔的第四平面鏡(M4)鍍532nm高反膜，鍍750～850nm的半透膜，透過率為20％；后鏡(M5)鍍750～850nm以及OPO輸出波段的高反膜；輸出鏡(M6)，曲率半徑為60mm，鍍750～850nm鍍高反膜和OPO輸出波段的半透膜，透過率為15％。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的PPLN光學(xué)參量振蕩器，其特征在于，所述OPO輸出波段分為三個波段，分別是0.9～1.7um，1.7～2.5um，2.5～3.2um。
專利摘要一種準連續(xù)運轉(zhuǎn)波長調(diào)諧PPLN光學(xué)參量振蕩器，包括一級泵浦源，一級耦合系統(tǒng)，二級泵浦源，二級耦合系統(tǒng)，光學(xué)參量振蕩腔。一級泵浦源包括由第一平面鏡M1和第二平面鏡M2構(gòu)成的平－平腔結(jié)構(gòu)，在第一平面鏡M1和第二平面鏡M2之間自第一平面鏡M1開始依次設(shè)有對基頻光進行調(diào)制的開關(guān)器件Q、最初光學(xué)泵浦源、諧波反射鏡和倍頻晶體。二級泵浦源的諧振腔由第三平面鏡M3和第四平面鏡M4構(gòu)成，在第一耦合透鏡L1的焦點處設(shè)置鈦寶石晶體，在第三平面鏡M3和鈦寶石晶體之間設(shè)有棱鏡。光學(xué)參量振蕩腔由后鏡M5和輸出鏡M6構(gòu)成，在位于兩者之間的第二耦合透鏡L2焦點附近設(shè)置PPLN晶體。本實用新型的光學(xué)參量振蕩器是一種功率水平高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊而體積小，還具有準相位匹配光學(xué)參量振蕩器的寬帶可調(diào)諧光源。
文檔編號H01S3/00GK2812352SQ200520026990
公開日2006年8月30日 申請日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者丁欣, 姚建銓, 鄒雷, 鄒躍, 馬洪梅, 溫午麒 申請人:天津大學(xué)