一種緊湊化寬調(diào)諧中紅外內(nèi)腔光參量振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種緊湊化寬調(diào)諧中紅外內(nèi)腔光參量振蕩器的技術(shù)方案，該方案通過將泵浦激光增益模塊與OPO系統(tǒng)一體化設(shè)計與集成，并簡化的OPO諧振腔的結(jié)構(gòu)，能夠解決目前外腔OPO體積過大、系統(tǒng)過于復(fù)雜、電光效率偏低等問題，以及目前內(nèi)腔OPO波長調(diào)諧范圍有限、閾值過高、轉(zhuǎn)換效率較低等問題。
【專利說明】一種緊湊化寬調(diào)諧中紅外內(nèi)腔光參量振蕩器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是激光器技術(shù)，尤其是一種緊湊化寬調(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，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抗、大氣監(jiān)測、太赫茲場產(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、耦合隔離系統(tǒng)、非線性晶體和腔鏡組成。為了解決外腔OPO體積過大、系統(tǒng)過于復(fù)雜、電光效率偏低等問題，提出了一種緊湊化的內(nèi)腔OPO技術(shù)，通過非線性晶體參數(shù)的變化以及OPO諧振腔的設(shè)計，可以實現(xiàn)覆蓋I飛μ m的近紅外和中紅外波長調(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的波長調(diào)諧范圍有限，而且非線性極化系數(shù)小、走離效應(yīng)、長波吸收等難以克服的問題使得整個系統(tǒng)的效率偏低。
[0005]近年來，隨著生長工藝的進步，一些大通光口徑、高非線性極化系數(shù)、通光范圍寬、無走離效應(yīng)的新型非線性晶體逐漸成熟，將其應(yīng)用于內(nèi)腔OPO中，可以實現(xiàn)覆蓋整個近紅外和中紅外波段的波長調(diào)諧，以及低閾值、高效率運行。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>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的，就是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種緊湊化寬調(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體積過大、系統(tǒng)過于復(fù)雜、電光效率偏低等問題，以及目前內(nèi)腔OPO波長調(diào)諧范圍有限、閾值過高、轉(zhuǎn)換效率較低等問題。
[0007]本方案是通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)的:一種緊湊化寬調(diào)諧中紅外內(nèi)腔光參量振蕩器，包括有安裝在整機外殼內(nèi)的反射鏡、Q開關(guān)、OPO諧振腔、泵浦激光增益模塊、電源系統(tǒng)接口和溫控系統(tǒng)接口 ；泵浦激光增益模塊設(shè)置在OPO諧振腔和Q開關(guān)之間；Q開關(guān)設(shè)置在反射鏡和泵浦激光增益模塊之間；整機外殼上固定設(shè)置有電源系統(tǒng)接口和溫控系統(tǒng)接口。
[0008]作為本方案的優(yōu)選:0P0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；OPO反射鏡設(shè)置諧振腔內(nèi)于靠近泵浦激光增益模塊的一側(cè)。
[0009]本方案的有益效果可根據(jù)對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)計與集成，采用內(nèi)腔OPO結(jié)構(gòu)，避免了外腔OPO中復(fù)雜的耦合隔離系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積小、重量輕；激光器元器件較少，僅由三塊腔鏡、一個泵浦激光增益模塊、一個Q開關(guān)和一個非線性晶體組成，安裝、調(diào)節(jié)和維護容易，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，實現(xiàn)較高的OPO效率；內(nèi)腔OPO波長調(diào)諧范圍寬，可以設(shè)計非線性晶體的參數(shù)，以及更換泵浦增益模塊，實現(xiàn)整個近紅外、中紅外，甚至遠紅外的波長調(diào)諧；激光器僅需要外接電控和溫控系統(tǒng)就能正常運行，易于整個系統(tǒng)的集成化和小型化，提高整個系統(tǒng)的可移動性。
[0010]由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實質(zhì)性特點和顯著地進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中，I為反射鏡，2為Q開關(guān)，3為OPO諧振腔，4為非線性晶體，5為OPO輸出鏡，6為OPO反射鏡，7為泵浦激光增益模塊，8為電源系統(tǒng)接口，9為溫控系統(tǒng)接口，10為整機外殼。
【具體實施方式】
[0013]為能清楚說明本方案的技術(shù)特點，下面通過一個【具體實施方式】，并結(jié)合其附圖，對本方案進行闡述。
[0014]通過附圖可以看出，本方案包括有安裝在整機外殼內(nèi)的反射鏡、Q開關(guān)、OPO諧振腔、泵浦激光增益模塊、電源系統(tǒng)接口和溫控系統(tǒng)接口 ；泵浦激光增益模塊設(shè)置在OPO諧振腔和Q開關(guān)之間；9開關(guān)設(shè)置在反射鏡和泵浦激光增益模塊之間；整機外殼上固定設(shè)置有電源系統(tǒng)接口和溫控系統(tǒng)接口。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)于靠近泵浦激光增益模塊的一側(cè)。
[0015]泵浦激光諧振腔由反射鏡、Q開關(guān)、泵浦激光增益模塊、OPO輸出鏡組成，對泵浦激光增益模塊進行抽運，在Q開關(guān)作用下，形成脈沖泵浦激光。OPO反射鏡對脈沖泵浦激光具有高透射率，透過的脈沖泵浦激光在通過非線性晶體時，發(fā)生頻率下轉(zhuǎn)換，生產(chǎn)近紅外信號光和中紅外閑頻光，OPO輸出鏡對生成的參量光部分透過，而對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。
[0016]本發(fā)明的具體實施例:
【具體實施方式】一:
泵浦激光增益模塊7采用808nm側(cè)泵浦的Nd摻雜的固體激光器(如Nd:YAG、NdiYVO4,Nd: YLF等),Q開關(guān)2采用Imm的聲光Q開關(guān),可以實現(xiàn)I?IOkHz的重復(fù)頻率調(diào)諧,非線性晶體4采用大通光口徑的PPLN晶體(Periodically Poled Lithium Niobate,周期極化銀酸鋰)，反射鏡I對1_激光具有高反射率，OPO反射鏡6對1_激光具有高透射率，對近紅外信號光和中紅外閑頻光具有高反射率，OPO輸出鏡5對1_激光具有高反射率，對近紅外信號光和中紅外閑頻光的其中一種激光具有高透射率，另一種激光具有部分反射，或?qū)煞N激光均具有部分反射。若OPO輸出鏡5對1_激光具有高反射率，對近紅外信號光具有高透射率，對中紅外閑頻光具有部分反射，即構(gòu)成閑頻光單諧振0P0。若OPO輸出鏡5對Imm激光具有高反射率，對近紅外信號光具有部分反射，對中紅外閑頻光具有高透射率，即構(gòu)成信號光單諧振ΟΡΟ。若OPO輸出鏡5對Imm激光具有高反射率，對近紅外信號光和中紅外閑頻光均具有部分反射，即構(gòu)成雙諧振0Ρ0。
[0017]通過設(shè)計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)，可以實現(xiàn)f 4mm附近的連續(xù)高精度調(diào)諧，并且有望實現(xiàn)多波段O 2)甚至超連續(xù)譜的中紅外激光輸出。
[0018]系統(tǒng)集成后，整機外殼10的體積可以控制在150mmX 150mmX300mm以內(nèi)，雙波段輸出功率達到數(shù)十瓦。
[0019]【具體實施方式】二:
結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式與實施方式一所述的區(qū)別在于，泵浦激光增益模塊7產(chǎn)生的泵浦激光的波長為1.319mm，相應(yīng)的Q開關(guān)2采用1.319mm的聲光Q開關(guān)，反射鏡1、0P0輸出鏡5、0P0反射鏡6，以及非線性晶體4的PPLN晶體參數(shù)也隨著改變，以滿足0P0的相位匹配條件。
[0020]【具體實施方式】三:
結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式與實施方式一所述的區(qū)別在于，非線性晶體4采用兩塊大通光口徑的KTP晶體，已進行雙折射相位匹配的走離效應(yīng)補償。通過設(shè)計KTP晶體的切割角度等參數(shù)，可以實現(xiàn)輸出波長的調(diào)諧。反射鏡1、0P0輸出鏡5、0P0反射鏡6參數(shù)也隨著改變，以滿足0P0的相位匹配條件。
[0021]【具體實施方式】四:
結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式與實施方式一所述的區(qū)別在于，泵浦激光增益模塊7不是采用側(cè)泵浦結(jié)構(gòu)，而采用端泵浦結(jié)構(gòu)。將808nm的LD通過光纖耦合輸出后，經(jīng)反射鏡I泵浦Nd = YAG增益介質(zhì)，反射鏡I對1.064mm激光具有高反射率，對808nm激光具有高透射率。泵浦激光增益模塊7不再采用棒狀結(jié)構(gòu)，而采用塊狀結(jié)構(gòu)。
[0022]【具體實施方式】五:
結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式與實施方式四所述的區(qū)別在于，泵浦激光增益模塊7產(chǎn)生的泵浦激光的波長為1.319mm，相應(yīng)的Q開關(guān)2采用1.319mm的聲光Q開關(guān)，反射鏡1、0P0輸出鏡5、0P0反射鏡6，以及非線性晶體4的PPLN晶體參數(shù)也隨著改變，以滿足0P0的相位匹配條件。
[0023]【具體實施方式】六:
結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式與實施方式四所述的區(qū)別在于，泵浦激光增益模塊?選擇792nm的LD泵浦的Tm: YLF塊狀增益模塊，產(chǎn)生1.91mm附近的泵浦激光，再內(nèi)腔泵浦PPLN OPO0相應(yīng)的Q開關(guān)2采用1.91mm的聲光Q開關(guān)，反射鏡I對1.91mm激光具有高反射率，對792nm激光具有高透射率。0P0反射鏡6對1.91mm激光具有高透射率，對近紅外信號光和中紅外閑頻光具有高反射率，對792nm激光具有高反射率，0P0輸出鏡5對1.91_激光具有高反射率，對近紅外信號光和中紅外閑頻光的其中一種激光具有高透射率，另一種激光具有部分反射，或?qū)煞N激光均具有部分反射。
[0024]【具體實施方式】七: 結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式與實施方式四所述的區(qū)別在于，泵浦激光增益模塊7選擇792nm的LD泵浦的Tm，Ho塊狀增益模塊，產(chǎn)生2.0mm附近的泵浦激光，再內(nèi)腔泵浦PPLN ΟΡΟ。相應(yīng)的Q開關(guān)2采用2.0mm的聲光Q開關(guān)，反射鏡I對2.0mm激光具有高反射率，對792nm激光具有高透射率。OPO反射鏡6對2.0mm激光具有高透射率，對近紅外信號光和中紅外閑頻光具有高反射率，對792nm激光具有高反射率，OPO輸出鏡5對2.0mm激光具有高反射率，對近紅外信號光和中紅外閑頻光的其中一種激光具有高透射率，另一種激光具有部分反射，或?qū)煞N激光均具有部分反射。
[0025]【具體實施方式】八:
結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式與實施方式七所述的區(qū)別在于，非線性晶體選擇ZGP晶體(ZnGeP2，磷鍺鋅)。反射鏡I對2.0mm激光具有高反射率，對792nm激光具有高透射率。OPO反射鏡6對2.0mm激光具有高透射率，對4_附近的激光具有高反射率，對792nm激光具有高反射率，OPO輸出鏡5對2.0mm激光具有高反射率，對4mm附近的激光具有部分反射率。通過改變ZGP晶體的角度，可以實現(xiàn)輸出波長的調(diào)諧。
[0026]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說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程的步驟或任何新的組合。
【權(quán)利要求】
1.一種緊湊化寬調(diào)諧中紅外內(nèi)腔光參量振蕩器，其特征是:包括有安裝在整機外殼內(nèi)的反射鏡、Q開關(guān)、OPO諧振腔、泵浦激光增益模塊、電源系統(tǒng)接口和溫控系統(tǒng)接口 ；所述泵浦激光增益模塊設(shè)置在OPO諧振腔和Q開關(guān)之間；所述Q開關(guān)設(shè)置在反射鏡和泵浦激光增益模塊之間；所述整機外殼上固定設(shè)置有電源系統(tǒng)接口和溫控系統(tǒng)接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊化寬調(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)設(shè)置有OPO反射鏡、OPO輸出鏡和非線性晶體；所述非線形晶體設(shè)置于OPO反射鏡和OPO輸出鏡之間；所述OPO反射鏡設(shè)置諧振腔內(nèi)于靠近泵浦激光增益模塊的一側(cè)。
【文檔編號】H01S3/094GK103872564SQ201410112761
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】張凱, 彭躍峰, 魏星斌, 羅興旺, 彭玨, 高劍蓉, 李德明 申請人:中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所