一種中紅外飛秒激光器及其參量放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體是中紅外飛秒激光器及其參量放大器。
【背景技術(shù)】
[0002] 中紅外飛秒激光器在醫(yī)療成像、生物醫(yī)藥監(jiān)測、大氣監(jiān)測、紅外雷達(dá)、紅外激光制 導(dǎo)以及天體探測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。目前生成紅外飛秒激光的方法主要有兩種，分別 為參量振蕩（OPO)和參量放大（OPA)。兩者都是利用二次非線性原理，在滿足相位匹配的基 1_1,1 礎(chǔ)上，通過頻率差分法產(chǎn)生中紅外激光，其頻率轉(zhuǎn)換公式為Ap為泵浦光波 長，A3為信號光波長，A,為閑頻光波長。
[0003] 目前基于OPO和OPA的中紅外飛秒激光器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，調(diào)制難度高。同時(shí) 激光器的性能在波長覆蓋范圍，輸出功率，重復(fù)頻率，抗環(huán)境干擾能力等方面都存在缺陷。
[0004] OPO原理激光器利用諧振腔振蕩原理，激發(fā)二次非線性晶體的自發(fā)輻射效應(yīng)。其系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)對諧振腔精度要求極高，因而導(dǎo)致抗環(huán)境干擾能力差，濕度，溫度等環(huán)境變化都會引 發(fā)輸出功率的急劇衰減。同時(shí)由于采用自發(fā)輻射原理，目前OPO的中紅外激光器輸平均出 功率為幾十毫瓦，無法滿足實(shí)際應(yīng)用需求。
[0005] OPA原理激光器采用混合注入式方法，通過泵浦光和信號光在二次非線性晶體中 的差頻作用，產(chǎn)生中紅外閑頻光。然而在參量放大過程中泵浦光和信號光之間會發(fā)生的逆 轉(zhuǎn)換效應(yīng)，嚴(yán)重破壞輸出光的時(shí)域波形和相干性。為保持輸出光的光學(xué)質(zhì)量，傳統(tǒng)OPA需要 將轉(zhuǎn)換效率壓制在較低的水平，大約5%~10%，進(jìn)一步增加轉(zhuǎn)換效率，就會引起"逆轉(zhuǎn)換 效應(yīng)"，破壞輸出光光學(xué)質(zhì)量。為了提高輸出功率，目前OPA系統(tǒng)多采用二級或多級放大技 術(shù)，大大增加了系統(tǒng)成本和復(fù)雜度，同時(shí)造成調(diào)制難度提升。
[0006] 在OPA多級放大技術(shù)中，為了保證泵浦光和信號光時(shí)域同步，每級放大前還需要 添加相位延遲組件，這在進(jìn)一步提升復(fù)雜度和調(diào)制難度的同時(shí)，還嚴(yán)重限制了OPA系統(tǒng)的 重復(fù)頻率。目前多級OPA系統(tǒng)重復(fù)頻率停滯在1000Hz~lOKHz，限制了信號采樣密度，導(dǎo)致 其實(shí)際應(yīng)用中受限。同時(shí)多級放大和相位延遲組件也降低了 0PA系統(tǒng)的抗環(huán)境干擾能力， 增加了系統(tǒng)規(guī)模，不利于便攜式包裝。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型的主要目的是提供一種中紅外飛秒激光器及其參量放大器，結(jié)構(gòu)簡 單，成本低，調(diào)制簡單，抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，高光學(xué)質(zhì)量輸出，高轉(zhuǎn)化效率，高重復(fù)頻率，利于 小型化和便攜化。
[0008] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0009] 一種中紅外飛秒?yún)⒘糠糯笃?，其包括：〇PA飛秒泵浦激光器1、信號光光源5、設(shè)置 在0PA飛秒泵浦激光器1和信號光光源5的出射通道上并用于疊加0PA飛秒泵浦激光器1 發(fā)出的泵浦光和信號光光源5發(fā)出的信號光的波長組束功能的器件10、用于將疊加后的泵 浦光和信號光進(jìn)行轉(zhuǎn)化輸出閑頻光的周期性極化二次非線性晶體11，其中：
[0010] 泵浦光波長、信號光波長、閑頻光波長需要滿足二次非線性差頻過程中頻率轉(zhuǎn)換 公式（1) 5
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種中紅外飛秒?yún)⒘糠糯笃?，其特征在于，包括：〇PA飛秒泵浦激光器（I)、信號光光 源（5)、設(shè)置在OPA飛秒泵浦激光器（1)和信號光光源（5)的出射通道上并用于疊加 OPA 飛秒泵浦激光器（1)發(fā)出的泵浦光和信號光光源（5)發(fā)出的信號光的波長組束功能的器件 (10) 、用于將疊加后的泵浦光和信號光進(jìn)行轉(zhuǎn)化輸出閑頻光的周期性極化二次非線性晶體 (11) ，其中： 泵浦光波長、信號光波長、閑頻光波長需要滿足二次非線性差頻過程中頻率轉(zhuǎn)換公式 (1)為
λρ、λ s、λ i分別為泵浦光、信號光、閑頻光的頻率； 根據(jù)泵浦光波長、信號光波長、閑頻光波長和周期性極化二次非線性晶體的材料折射 率決定晶體極化周期，其決定的公式（2)為
其中np，、ns、II i分別為泵浦 光、信號光、閑頻光對應(yīng)的材料折射率，m為準(zhǔn)相位匹配級數(shù)，Λ為極化周期； 泵浦光、信號光、閑頻光和周期性極化二次非線性晶體的折射率必須滿足材料色散條 件，公式⑶如下：
Qn 一 其中表示^對λ χ的一階求導(dǎo)，其中，X為i，S，或Ρ。
2. 如權(quán)利要求1所述中紅外飛秒?yún)⒘糠糯笃?，其特征在于，所述波長組束功能的器件 (10)為：分色鏡、分光光柵或分光棱鏡。
3. 如權(quán)利要求2所述中紅外飛秒?yún)⒘糠糯笃?，其特征在于，還包括：第一半波片（2)，所 述第一半波片（2)設(shè)置在OPA飛秒泵浦激光器（1)與周期性極化二次非線性晶體（11)之 間。
4. 如權(quán)利要求2所述中紅外飛秒?yún)⒘糠糯笃?，其特征在于，還包括：第一光學(xué)隔離器 (3) ，所述第一光學(xué)隔離器（3)設(shè)置在所述OPA飛秒泵浦激光器（1)的出射光路上。
5. 如權(quán)利要求2所述中紅外飛秒?yún)⒘糠糯笃?，其特征在于，還包括：第一光斑控制器 (4) ，所述第一光斑控制器（4)設(shè)置在OPA飛秒泵浦激光器（1)與周期性極化二次非線性晶 體（11)之間。
6. 如權(quán)利要求2所述中紅外飛秒?yún)⒘糠糯笃?，其特征在于，還包括：第二半波片（6)，所 述第二半波片（6)設(shè)置在信號光光源（5)的出射光路上。
7. 如權(quán)利要求2所述中紅外飛秒?yún)⒘糠糯笃鳎涮卣髟谟?，還包括：第二光斑控制器 (8)，所述第二光斑控制器（8)設(shè)置在信號光光源（5)與周期性極化二次非線性晶體（11) 之間。
8. 如權(quán)利要求2所述中紅外飛秒?yún)⒘糠糯笃鳎涮卣髟谟?，還包括：第二反光鏡（12)， 所述第二反光鏡（12)設(shè)置在周期性極化二次非線性晶體（11)的出射光路上。
9. 如權(quán)利要求2所述中紅外飛秒?yún)⒘糠糯笃鳎涮卣髟谟?，還包括：中紅外濾波片 (13)，所述中紅外濾波片（13)設(shè)置在周期性極化二次非線性晶體（11)的出射光路上。
10. -種中紅外飛秒激光器，其特征在于，包括上述任一權(quán)利要求所述的中紅外飛秒?yún)?量放大器。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種中紅外飛秒激光器及其參量放大器，其包括：OPA飛秒泵浦激光器、信號光光源、設(shè)置在OPA飛秒泵浦激光器和信號光光源的出射通道上并用于疊加OPA飛秒泵浦激光器發(fā)出的泵浦光和信號光光源發(fā)出的信號光的波長組束功能的器件、以及用于將疊加后的泵浦光和信號光進(jìn)行轉(zhuǎn)化輸出閑頻光的周期性極化二次非線性晶體，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，調(diào)制簡單，抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，高光學(xué)質(zhì)量輸出，高轉(zhuǎn)化效率，高重復(fù)頻率，利于小型化和便攜化。
【IPC分類】G02F1-39, H01S3-10
【公開號】CN204424679
【申請?zhí)枴緾N201520193609
【發(fā)明人】蓋鑫
【申請人】蓋鑫
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月1日