緊湊的寬光譜、可獨(dú)立調(diào)諧雙波長(zhǎng)參量振蕩器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)參量振蕩器(0P0)，特別涉及一種緊湊的寬光譜、可獨(dú)立調(diào)諧雙波長(zhǎng)參量振蕩器，屬于激光技術(shù)、非線性光學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]雙波長(zhǎng)激光器可廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)、遙感探測(cè)、光譜物理等領(lǐng)域。雖然產(chǎn)生雙波長(zhǎng)激光輸出的方式很多，但傳統(tǒng)雙波長(zhǎng)激光器的輸出特性受激光增益介質(zhì)譜線寬度的限制，調(diào)諧范圍僅為GHz ;且不易實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)間隔的調(diào)諧及相對(duì)強(qiáng)度的控制。
[0003]光學(xué)參量振蕩器、差頻參量發(fā)生器是獲得寬光譜可調(diào)諧激光輸出的有效手段。當(dāng)采用周期性極化介質(zhì)作為非線性參量晶體時(shí)，通過(guò)對(duì)極化周期的選擇可實(shí)現(xiàn)在晶體通光范圍內(nèi)的寬光譜調(diào)諧。
[0004]當(dāng)采用光學(xué)參量振蕩器時(shí)，為獲得低閾值、高效率非線性頻率轉(zhuǎn)換，通常采用單諧振方式，如信號(hào)光諧振，閑頻光輸出。因此，要獲得雙波長(zhǎng)輸出需要使用兩臺(tái)光學(xué)參量振蕩器；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、研制成本高昂。
[0005]而采用傳統(tǒng)的差頻參量發(fā)生器時(shí)，產(chǎn)生不同波長(zhǎng)需要有不同波長(zhǎng)的信號(hào)光注入，大大增加了研制成本；此外，輸出波長(zhǎng)的控制受參加差頻參量作用信號(hào)光光源的限制，輸出激光波長(zhǎng)不易于實(shí)現(xiàn)寬光譜連續(xù)調(diào)諧。
[0006]此外，無(wú)論光學(xué)參量振蕩器還是差頻參量發(fā)生器，為獲得相位匹配并利用晶體的最大非線性系數(shù)，栗浦光須為線偏光，這大大增加系統(tǒng)的復(fù)雜性及研制成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了解決上述問(wèn)題，提供一種緊湊的寬光譜、可獨(dú)立調(diào)諧雙波長(zhǎng)參量振蕩器。該振蕩器能夠輸出兩個(gè)不同波長(zhǎng)、且兩波長(zhǎng)可在大范圍內(nèi)獨(dú)立調(diào)諧。
[0008]本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0009]緊湊的寬光譜、可獨(dú)立調(diào)諧雙波長(zhǎng)參量振蕩器，包括栗浦激光器、偏振分束器、反射鏡、第一控制器、第二控制器、第一耦合光學(xué)系統(tǒng)、第二耦合光學(xué)系統(tǒng)、第一腔鏡、第二腔鏡、第三腔鏡、第四腔鏡、第一晶體、第二晶體；所述的四鏡環(huán)形腔包括第一腔鏡、第二腔鏡、第三腔鏡、第四腔鏡、第一晶體和第二晶體。
[0010]為測(cè)試方便，還能夠包含第一分光鏡、第二分光鏡，第一分光鏡置于第二腔鏡后方，第二分光鏡置于第四腔鏡后方；
[0011]另外，為對(duì)栗浦激光器進(jìn)行有效保護(hù)，還可包含單向隔離器，單向隔離器位于栗浦激光器與偏振分束器之間。
[0012]由栗浦激光器出射的非偏振激光經(jīng)偏振分束器分為兩路，偏振態(tài)平行于偏振分束器主軸的栗浦光成分透射經(jīng)過(guò)偏振分束器，定義為下路，偏振態(tài)垂直于偏振分束器主軸的栗浦光成分，經(jīng)偏振分束器時(shí)反射90°從而到達(dá)反射鏡，再由反射鏡反射90°后，形成與下路平行的栗浦光，定義為上路；此后，下路栗浦光依次經(jīng)過(guò)第一控制器、第一耦合光學(xué)系統(tǒng)、第一腔鏡、第一晶體、第二腔鏡及第一分光鏡，第一親合光學(xué)系統(tǒng)的光軸與栗浦激光器的出光方向重合；而上路栗浦光經(jīng)依次經(jīng)過(guò)第二控制器、第二耦合光學(xué)系統(tǒng)、第三腔鏡、第二晶體、第四腔鏡及及第二分光鏡；其中滿足信號(hào)光振蕩條件的四鏡環(huán)形腔包括第一腔鏡、第二腔鏡、第三腔鏡、第四腔鏡、第一晶體和第二晶體，第一晶體位于第一腔鏡與第二腔鏡之間，第二晶體位于第三腔鏡與第四腔鏡之間，且第一腔鏡、第一晶體、第二腔鏡、第三腔鏡、第二晶體、第四腔鏡之間的位置關(guān)系滿足下述條件:可構(gòu)成四鏡環(huán)形光學(xué)諧振腔，滿足信號(hào)光單諧振條件，即上路、下路由于參量作用形成的波長(zhǎng)不同的信號(hào)光在腔內(nèi)光路重合、形成穩(wěn)定振蕩。
[0013]其工作過(guò)程為:
[0014]由栗浦激光器出射的激光經(jīng)偏振分束器分為兩路，透射通過(guò)偏振分束器的光，偏振態(tài)與偏振分束器主軸平行，定義為下路，反射通過(guò)偏振分束器的光，偏振態(tài)與偏振分束器主軸垂直，再由反射鏡反射后形成與上路平行的栗浦光，定義為上路；
[0015]其中，下路栗浦光傳輸方向與第一控制器、第一親合光學(xué)系統(tǒng)、第一腔鏡、第一晶體、第二腔鏡依次排列在同一光路上；
[0016]下路栗浦光在第一晶體中與信號(hào)光發(fā)生參量作用，產(chǎn)生閑頻光，所產(chǎn)生的閑頻光透射過(guò)第二腔鏡形成下路激光輸出，而信號(hào)光在四境環(huán)形腔中，經(jīng)第二腔鏡、第三腔鏡、第四腔鏡、第一腔鏡依次反射后，又回到第一晶體，依此循環(huán)往復(fù)形成穩(wěn)定振蕩；下路形成的信號(hào)光、閑頻光波長(zhǎng)由第一晶體特性及工作條件決定；
[0017]上路栗浦光傳輸方向與第二控制器、第二耦合光學(xué)系統(tǒng)、第三腔鏡、第二晶體、第四腔鏡依次排列在同一光路上；
[0018]上路栗浦光在第二晶體中與信號(hào)光發(fā)生參量作用，產(chǎn)生閑頻光，所產(chǎn)生的閑頻光透射過(guò)第四腔鏡形成下路激光輸出，而信號(hào)光在四境環(huán)形腔中，經(jīng)第四腔鏡、第一腔鏡、第二腔鏡、第三腔鏡依次反射后，又回到第二晶體，依此循環(huán)往復(fù)形成穩(wěn)定振蕩；上路形成的信號(hào)光、閑頻光波長(zhǎng)由第二晶體特性及工作條件決定；
[0019]當(dāng)?shù)谝痪w與第二晶體特性或工作條件不同時(shí)，上、下路信號(hào)光和閑頻光波長(zhǎng)均不相同；
[0020]滿足第一晶體參量作用條件的信號(hào)光及閑頻光，不滿足第二晶體的參量作用條件，反之亦然；因此兩不同波長(zhǎng)的信號(hào)光可在同一諧振腔中振蕩而互不影響，而從第二腔鏡和第四腔鏡分別輸出的閑頻光波長(zhǎng)不同，實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)輸出；
[0021]通過(guò)對(duì)第一晶體和第二晶體特性及工作條件的分別改變，可實(shí)現(xiàn)兩路閑頻光輸出波長(zhǎng)的寬光譜范圍獨(dú)立調(diào)諧；
[0022]通過(guò)第一控制器和第二控制器可分別控制上、下路栗浦光的偏振態(tài)和功率，從而分別控制由第二腔鏡和第四腔鏡輸出的閑頻光激光功率，調(diào)整范圍可由閾值到最高，不受其他限制；
[0023]此外，通過(guò)對(duì)第一晶體、第二晶體內(nèi)栗浦光參數(shù)的獨(dú)立控制，也可實(shí)現(xiàn)兩不同波長(zhǎng)閑頻光輸出功率的獨(dú)立調(diào)諧；
[0024]本裝置中的栗浦激光器不僅局限于非偏振激光器，當(dāng)采用線偏振栗浦激光器時(shí)，可在偏振分束器前增加半波片，或?qū)⑵穹质鲹Q為普通分光器，工作原理與效果相同。
[0025]所述栗浦激光器提供光學(xué)參量振蕩器工作所需的光能。輸出功率可調(diào)，最大輸出功率高于光學(xué)參量振蕩器工作所需的閾值。
[0026]所述偏振分束器可將入射光分為傳輸方向相互垂直的兩路；
[0027]所述第一耦合光學(xué)系統(tǒng)、第二耦合光學(xué)系統(tǒng)分別用于將下路激上路栗浦光耦合進(jìn)第一晶體和第二晶體，并控制第一晶體和第二晶體內(nèi)栗浦光束腰位置及尺寸，以確保栗浦光與所設(shè)計(jì)光學(xué)諧振腔所決定的基模振蕩光匹配。
[0028]所述四鏡環(huán)形腔構(gòu)成光學(xué)諧振腔，為光學(xué)參量振蕩器信號(hào)光提供諧振條件，使信號(hào)光在腔內(nèi)形成低損耗穩(wěn)定振蕩，而閑頻光低損耗輸出。由于信號(hào)光在腔內(nèi)具有低損耗、高功率密度，因此有利于獲得低閾值、高轉(zhuǎn)換效率。通過(guò)對(duì)諧振腔四個(gè)腔鏡曲率半徑及相對(duì)間隔的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)第一晶體和第二晶體內(nèi)振蕩光束腰尺寸和位置的優(yōu)化。
[0029]其中，第一腔鏡朝向第一親合光學(xué)系統(tǒng)及第三腔鏡朝向第二親合光學(xué)系統(tǒng)的表面鍍有對(duì)栗浦光和信號(hào)光兩個(gè)波段的防反膜；同時(shí)，朝向腔內(nèi)的表面鍍有對(duì)栗浦光高透、對(duì)信號(hào)光高反、對(duì)輸出閑頻光防反的多層介質(zhì)膜。第一腔鏡和第三腔鏡將栗浦光低損耗的耦合入腔內(nèi)，同時(shí)作為振蕩信號(hào)光的高反鏡。
[0030]第二腔鏡和第四腔鏡朝向腔內(nèi)的表面鍍有對(duì)栗浦光及閑頻光高透、對(duì)信號(hào)光高反的多層介質(zhì)膜，而朝向腔外的表面鍍有對(duì)栗浦光、信號(hào)光及閑頻光的防反膜。當(dāng)輸出閑頻光為中紅外波段時(shí)，第二腔鏡和第四腔鏡的基質(zhì)應(yīng)采用在中紅外波段具有低吸收的材料。第二腔鏡和第四腔鏡為光學(xué)參量振蕩器的輸出腔鏡，低損耗的輸出閑頻光，同時(shí)作為振蕩信號(hào)光的高反鏡。
[0031]第一晶體和第二晶體兩通光表面均鍍有對(duì)栗浦光、信號(hào)光及閑頻光的防反膜，以減小光波通過(guò)時(shí)的損耗。
[0032]由第二腔鏡和第四腔鏡輸出的激光經(jīng)過(guò)第一分光鏡、第二分光鏡后被分為兩束，透過(guò)光為所需的閑頻光，反射光為多余的栗浦光和信號(hào)光。
[0033]有益效果
[0034]1、本發(fā)明的緊湊的寬光譜