專利名稱：光學參量振蕩器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學參量振蕩器，尤其是，一種由改變激勵光的波長來改變信號光和閑頻光波長的光學參量振蕩器。
通常，激勵波長可調型的光參量振蕩器，其諧振腔由具有一定透過率的輸出耦合鏡和全反射鏡組成，非線性晶體放置在諧振腔內(nèi)，激勵光輸入至諧振腔內(nèi)對非線性晶體激勵，于是，輸出信號光和閑頻光，他們的波長是按照激勵光的波長而定。
在上述的光學參量振蕩器中，非線性晶體的位置已被固定，在激勵光的波長改變時，可以分別獲得具有所希望波長的信號光和閑頻光。
在這方面，作為產(chǎn)生具有任意波長激勵光的激勵光源，通常采用波長可調的激光器。作為波長可調的激光器，可以是固體激光器，其中所用的晶體，譬如Ti∶Al2O3(鈦蘭寶石H作為激光工作物質，也可以是液體激光器，其中采用染料溶液等作為激光工作物質，這些激光器已被廣泛地使用。
至今，作為一種選擇以便產(chǎn)生激光器振蕩的波長的手段，例如可以把衍射光柵，雙折射片等放置在一個內(nèi)含波長可調激光介質的激光器諧振腔內(nèi)，這種衍射光柵，雙折射片等用機械方式受到轉動，于是只有所希望波長的出射光從波長可調諧激光器輸出的出射光線中取出來，所取出的出射光根據(jù)波長可調激光器反射，由此對所產(chǎn)生的相同激光振蕩進行放大，結果只有所希望波長的激光束從激光諧振腔內(nèi)輸出。
然而，上述的常用的選擇波長的方式有一個問題，即由于衍射光柵，雙折射波片等在這種選波長方式中受到機械地轉動，這就難于提高作為激勵輸出的激光束的波長調諧速度，從而不能以高的速度改變信號光和閑頻光的波長。
本發(fā)明是基于上述現(xiàn)有技術中所存在的問題提出的。因此，本發(fā)明的目的是提供一種光參量振蕩器。由這種振蕩器其激勵光的波長調諧速度可以加快，信號光和閑頻光的波長可高速地改變。
為了獲取上述的目的，本發(fā)明的光參量振蕩器中的諧振腔其組成是，一個具有預定透過率的輸出耦合鏡和一個全反射鏡，一個非線性晶體設置在上述的諧振腔內(nèi)，從激光振蕩器輸出的出射激光束被輸入至上述的諧振腔，作為激勵光去激勵上述的非線性晶體，于是，波長響應于上述激勵光的波長的信號光和閑頻光分別得到輸出，其特征是，一個由相對置鏡面組成的激光諧振腔，每個鏡面均具有一個預定的反射率，一個波長可調諧激光工作介質設置在上述激光諧振腔內(nèi)并能在預定范圍的波長區(qū)內(nèi)進行激光振蕩，一個聲光晶體，放置在上述激光諧振腔內(nèi)，從上述波長可調激光工作介質出射的光輸入至聲光晶體，一個聲波輸入裝置安置至上述聲光晶體上，以便對上述聲光晶體輸入聲波。
另，本發(fā)明的光參量振蕩器，其中，一個諧振腔由具有一定透過率的輸出耦合鏡和全反射鏡組成，一個非線性晶體放置在上述諧振腔內(nèi)，從激光振蕩器輸出的出射激光束作為激勵光輸入至上述諧振腔內(nèi)，以激勵上述非線性晶體，于是，響應上述激勵光的波長的信號光和閑頻光分別被輸出，其特征是，一個激光諧振腔，由相對的鏡面組成，每個鏡面具有一個預定的反射率，一個波長可調激光介質放置在上述激光諧振腔，并能在預定范圍的波長區(qū)內(nèi)進行激光振蕩，一個聲光晶體，設置在上述激光諧振腔內(nèi)，從上述波長可調激光介質出射的光被輸入至聲光晶體，一個聲波輸入裝置安置至上述聲光晶體上，以對上述聲光器體輸入聲波，一個光學元件設置在上述激光振蕩器內(nèi)，以校正從上述聲光晶體輸出的衍射光的色散。
此外，本發(fā)明的光參量振蕩器還提供一個放置在上述包含在所述激光振蕩器內(nèi)的激光諧振腔中的擴束裝置，對從上述波長調諧激光介質輸出的光束進行擴束，經(jīng)擴束的光將輸入至上述的聲光晶體上。
于是，在本發(fā)明的光參量振蕩器內(nèi)，對于激光振蕩器輸出的作為激勵光的出射激光束的波長選擇可以通過聲波輸入裝置將聲波輸入至聲光晶體來實現(xiàn)，所以在激光振蕩的情形下，波長調諧有可能在高速下進行，由此，作為出射激光束的激勵光的高速和隨意的波長選擇將成為可能。結果，有可能加快作為出射激光束的激勵光的波長調諧速度。所以，有可能響應激勵光波長調諧速度的加快，而以高速度改變出射的信號光的波長和閑頻光的波長。
在此將詳述從激光振蕩器輸出的作為激勵光的出射激光束的選擇波長操作。選擇波長是基于，允許聲波在具有雙折射性能的聲光晶體，如TiO2晶體等內(nèi)產(chǎn)生，響應上述聲波的頻率的具有特定波長衍射光的偏振面，在輸入至上述晶體的光線中有一個是垂直于非衍射光的偏振面，此外上述衍射光的出射角相對于非衍射光的出射角傾斜，所以他們之間有明顯的不同。


圖1是表示利用聲波使具有一個特定波長的光102的偏振作用進行波長選擇的原理圖，其中波長為λi和角頻率為ωi的入射光入射至具有雙折射性能的聲光晶體100上。在這種情況下，將頻率ω的聲波104加至聲光晶體100中時，得到衍射光106。
對于衍射光106，它是在上述聲光晶體100內(nèi)衍射的光線分量，當全反射鏡110和在出射光一側上具有一上預定透過率的腔鏡予以設置時，由它們構成一個激光諧振腔，其中衍射光在全反射鏡110和出射光側上的腔鏡112之間往復。
在這種情形下，衍射光106的波長由在聲光晶體100內(nèi)產(chǎn)生的聲波104的頻率來確定。因此，例如在這種布置中，將用RF射頻電源驅動的壓電元件附著至聲光晶體100，壓電元件100受到RF電源的驅動，在壓電晶體內(nèi)引起應變，于是，含有一個反映應變的頻率的聲波104被輸入至聲光晶體100，從而由控制RF電源的頻率就可能對激光波長進行可變的控制。
另，對衍射光106的衍射效率是由聲波的強度決定的，于是在RF電源的輸入功率受到控制時，就可能控制激光諧振腔的損耗，進一步可變地控制激光器的輸出。
然而，由于衍射角α109相對于衍射光的波長不完全是恒定的，所以構成激光諧振腔的波長范圍由于全反射鏡110相對于衍射光106的垂直反射的原因，該波長范圍是窄的。由此，所設置的全反射鏡110的角度必須慢慢調節(jié)，以便在一個寬區(qū)域內(nèi)振蕩激光，從而就有這樣一種擔擾，即，從實際觀點來看這種調節(jié)操作是復雜的?；诖?，就需要無論如何校正衍射角α109的偏轉，以加寬可變波長的范圍，同時不用改變所設置的全反射鏡101的角度。
作為一種校正衍射角α109的偏轉的裝置，例如用一種裝置，其中可采用一種對光的波長色散的光學元件，例如三角棱鏡等。使具有由波長λ1和λ2所限定的偏轉角Δα的光線在通過三角棱鏡之后這二束光線基本上平行地前進。結果，就有可能相對全反射鏡110始終垂直輸入衍射光106，于是就能構成適用一個寬波長區(qū)的激光諧振腔。
另，在這種情況下，還存在由于激光器輸出功率的提高致使激光諧振腔內(nèi)的聲光晶體100受到光損傷的擔擾(例如，利用TeO2晶體作為聲光晶體100時，它容易受到損傷，因為TeO2晶體的損傷閾值是小于激光晶體和其它的光學部件)。但在激光諧振腔內(nèi)放置一個擴束器將可降低聲光晶體100損傷的可能性。這種擴束器可以是一種簡單的類似于望遠鏡的單光束顯微鏡，以便擴展輸入至聲光晶體100的光束的束徑。
本發(fā)明將由下述的詳細說明和示意的附圖提供更為充分的理解，但這并不對本發(fā)明作出限制，其中圖1是說明利用由聲波產(chǎn)生的特定波長光的衍射作用進行波長選擇的原理圖；圖2是說明本發(fā)明的一種光參量振蕩器實例的示意結構圖；圖3是說明第一種激光振蕩器結構的示意結構圖；圖4是分別表示激光勵光的波長和出射信號光及閑頻光的波長之間關系的圖表；圖5是表示激勵光的波長和出射信號光及閑頻光的輸出之間相應關系的圖表；圖6是表示出射信號光以及出射閑頻光的波長各自與出射信號以及出射閑頻光的輸出之間關系的圖表；圖7是說明本發(fā)明另一種光參量振蕩器實例的示意結構圖；圖8是說明第二種激光振蕩器結構的示意結構圖；圖9是說明第二種激光振蕩器結構的示意結構圖；圖10是說明第四種激光振蕩器結構的示意結構圖；圖11是說明第五種激光振蕩器結構的示意結構圖；圖12是說明第六種激光振蕩器結構的示意結構圖；圖13是說明第七種激光振蕩器結構的示意結構圖；圖14是說明第八種激光振蕩器結構的示意結構圖；圖15是說明第九種激光振蕩器結構的示意結構圖；圖16是說明第十種激光振蕩器結構的示意結構圖。
下面將參見附圖詳細介紹本發(fā)明的各種光參量振蕩器的實例。
圖2是說明本發(fā)明的一種光參量振蕩器實例的示意結構圖。在這種光參量振蕩器中，諧振腔是由一個在輸出端上具有一定透過率的腔鏡10和一個全反射腔鏡12組成，在諧振腔內(nèi)安置一個KTP晶體14作為非線性晶體。
引用數(shù)字16表示一個激光振蕩器，作為一個激勵光源，它可采用電學方式選擇某一波長。激勵光A是由激光振蕩器16輸出的激光束，它經(jīng)過全反射鏡18和20的反射，再輸入至聚光鏡22，然后由聚光鏡22會聚的光再輸入至諧振腔。
圖3表示激光振蕩器16的結構，其中，激光諧振腔是由一個在輸出端具有一定透過的腔鏡200，以及一個全反射腔鏡202構成。
在激光諧振腔內(nèi)，采用一個Ti∶Al2O3激光晶體204構成一個波長可調的激光器，一個具有雙折射特性的聲光晶體206按照從輸出端的腔鏡200至全反射腔鏡202的次序設置。
另，一個壓電元件210被附著至聲光晶體206上，該壓電元件210作為輸入聲波的元件，它由一個射頻RF電源208驅動。于是，在RF電源驅動壓電元件210，并引起壓電元件內(nèi)應變時，具有頻率響應上述由壓電元件210所造成的上述應變的聲波輸入至聲光晶體206。
一方面，全反射鏡202其構成方式是，它只在一定的方向上反射由聲光晶體206衍射的衍射光B。
壓電元件210被安置成，使聲波入射至聲光晶體206，使其只衍射具有出射激光束的波長的光，這個出射激光束是欲作為激勵光A輸出的激光束。
還有，Ti＝Al2O3激光晶體204其設置成，使得對Ti＝Al2O3激光晶體204進行激勵的激勵激光束C被輸入至激光晶體上。
在上述的安排中，當KTP晶體受到從激光振蕩器16輸出的激勵光A激勵時，將有二種類型的光分別被輸出，即，一種信號光，另一種閑頻光，他們的波長響應于激勵光A的波長。
具有各自波長的每一種信號光和閑頻光在由出射端腔鏡10和全反射腔鏡12組成的諧振腔內(nèi)往復運動而受到放大，于是產(chǎn)生振蕩。結果，從出射光端腔鏡10輸出出射信號光和出射閑頻光。
在這種情況下，當激勵光A的波長改變時，每一個具有所需波長的出射信號光和出射閑頻光可得到輸出。
下面將介紹從激光振蕩器16輸出的激勵光A。首先，由Nd∶YAG激光器的二次諧波輸出來激勵Ti∶Al2O3激光晶體204，激勵的激光束為C。另，依據(jù)上述的原理，控制RF電源208的頻率，按照希望從出射端腔鏡200作為激勵光輸出的出射激光束的波長來驅動壓電元件210。
在上述的情形中，對于具有響應RF電源208的頻率，并從Ti∶Al2O3激光晶體204輸出的出射光線中的出射光，它是從一個被輸入至聲光晶體206并且屬于一個寬范圍的波長區(qū)的出射光線中得到的，從聲光晶體206輸出的光在預定的方向上被衍射作為衍射光13。由此，沿著一定的方向受衍射的從聲光晶體206輸出的衍射光B由全反射鏡202反射，致使光在激光諧振腔內(nèi)往復運動。
結果，只有波長響應RF電源208的頻率的光被放大，同時產(chǎn)生激光振蕩，從而只有具有上述波長的出射激光束能作為激勵光輸出。
如上所述，可以利用RF電源208，選擇振蕩壓電元件210的RF電源的頻率來實現(xiàn)作為激光振蕩器16出射激光束的激勵光A的波長選擇。從而在激光振蕩情形下的頻率調諧可以高速度地進行，使作為出射激光束的激勵光A的高速和任意波長的選擇成為可能。結果，有可能加快作為出射激光束的激勵光A的波長調諧速度?；诩罟獾牟ㄩL調諧速度的加快，就可能以高的速度改變出射信號光和出射閑頻光的波長。
下面將介紹按照下述實驗條件，利用圖2和3所示的光參量振蕩器所進行的實驗結果。(實驗條件)激勵光A波長為760nm-948nm的脈中激光束，最大脈沖能量為4mJ，脈寬20ns-40ns。出射端腔鏡10在信號光波長，反射90％。全反射腔鏡12在信號光波長，反射99.9％。
圖4是表示激勵光A的波長與出射信號光的波長和出射閑頻光的波長之間各自關系的圖表，圖5是表示激勵光A的波長與出射信號光的輸出和出射閑頻光的輸出之間各自關系的圖表，圖6是表示出射信號光的波長以及出射閑頻光的波長與出射信號光及出射閑頻光的輸出之間各自的關系圖表。
如圖4-6所示，在利用圖2和圖3所示的光參量振蕩器時，出射信號光可以在1045nm-1370nm的波長區(qū)內(nèi)選擇任意的波長來進行激光振蕩，而出射閑頻光可以在2180nm-3080nm的波長區(qū)內(nèi)選擇任意的波長來進行光振蕩。
在上述的實例中，雖然諧振腔由在輸出端具有一定透過率的腔鏡10和全反射腔鏡12組成，但是，可按照下述方式來構成光參量振蕩器，即，將具有與全反射鏡12相同性能的反射膜30涂在KTP晶體14的光入射面上，而將具有出射端腔10相同性能的反射膜32涂在如圖7所示的KTP晶體14的光出射面上，于是不用提供由出射端腔鏡10和全反射腔鏡7組成的諧振腔。在圖7中，如圖2所示的相同的引用字母表示按圖2實例的光參量振蕩器的相同或等效的部件，對他們的詳細說明在此從略。
參見圖7，按照該實例構成光參量振蕩器時，可使整個系統(tǒng)的結構更為緊湊。
另一方面，激光振蕩器16的結構并不限于圖3所示的，但下面介紹的每種激光振蕩器的結構適宜可選用。(第二種激光振蕩器16的結構)圖8是用于說明第二種激光振蕩器16的示意構成圖。其中，為易于理解相同的引用符號表示與圖3中所示的相同的部件。
在第二種激光振蕩器16的結構中，激光諧振腔由在出射端上具有一定透過率的腔鏡200和全反射腔鏡202組成的，類似于圖3所示的結構。
在激光諧振腔中，按照從出射端腔鏡200至全反射腔鏡202的次序依次設置Ti∶Al2O3激光晶體204，聲光晶體206，以及用于校正衍射光B的色散的色散校正棱鏡212。安置全反射腔鏡202，使其反射從色散校正棱鏡212射出的光。
色散校正棱鏡212可以使作為激勵光A的出射激光束的方向性，通過校正從聲光晶體206出射的衍射光B的色散向總是保持恒定。
還有，如同圖3所示的結構，將壓電元件布置成，使聲波輸入至聲光晶體206，以致在一定方向內(nèi)只衍射具有出射激光束的波長的出射光，該出射光是希望從出射端的腔鏡200輸出的作為激勵光A的光。
在上述的安排中，利用Nd∶YAG激光器的二次諧波作為激勵激光束C來激勵Ti∶Al2O3激光晶體。并且，基于上述的原理，控制RF電源208的頻率，使其響應欲從輸出端腔鏡200作為激勵光A輸出的出射光束的波長來驅動壓電元件210。
在上述的情形中，由從Ti∶Al2O3激光晶體204輸出的出射光線中，具有波長響應RF電源208的頻率的出射光在一定方向上受到衍射，并從聲光晶體206輸出，作為衍射光B，上述的從激光晶體出射的光線是一束輸入至聲光晶體206并具有寬范圍波長區(qū)的光。之后，從聲光晶體206出射的衍射光B，以衍射狀態(tài)，沿著一定方向輸入至色散校正棱鏡212，再在恒定的方向內(nèi)出射。之后，從色散校正棱鏡212出射的光由全反射腔鏡202反射，從而使所得到的光在激光諧振腔內(nèi)往復行進。
結果，使波長響應RF電源208的頻率的光受到放大，同時產(chǎn)生激光振蕩。于是，只有具有上述波長的出射激光束可以作為激勵光A輸出。(第三種激光振蕩器16的結構)圖9是說明第三種激光振蕩器16的示意結構圖。其中，相同的引用符號表示與圖3和8所示的相同的部件，以易于理解。
在第三種激光振蕩器16的結構中，激光諧振腔是由在出射端具有一定透過率的腔鏡200和全反射腔鏡202組成，其結構如同圖3所示的。
在激光諧振腔中，一個Ti∶Al2O3激光晶體，一個調節(jié)光束直徑的望遠鏡214，一個聲光器體206和一個色散校正棱鏡212，依照從出射端腔鏡200的一側至全反射腔鏡202的一側的次序布置。將全反射腔鏡202布置成可反射從色散校正棱鏡212出射的光。望遠鏡214布置成使輸入至聲光晶體206的光的直徑可以在所希望的大小內(nèi)予以擴展。色散校正棱鏡212其結構相同于第二種激光振蕩器16的結構，它能夠通過對從聲光晶體206輸出的衍射光B的色散進行校正來使作為激勵光A的出射光的方向性保持恒定。
另，類似于圖3所示的結構，將壓電元件210布置成可以將聲波輸入至聲光晶體206，致使在一定方向內(nèi)只衍射具有欲從出射端腔鏡200輸出的出射激光束的波長的出射光，該出射光作為激勵光輸出。
在上述的布置中，利用Nd∶YAG激光器的二次諧波作為激勵激光束C來激勵Ti∶Al2O3激光晶體。另，基于上述原理，控制RF電源的頻率，根據(jù)欲從出射端腔鏡200作為激勵光A輸出的出射激光束的波長來驅動壓電元件210。
在上述情況中，用望遠鏡214對從Ti∶Al2O3激光晶體出射的出射光束直徑擴展至所需要的尺寸，再將經(jīng)擴展的出射光輸入至聲光晶體206。
因此，即使在激光器的輸出功率提高的情況下，由于輸入至聲光晶體206的光束直徑由望遠鏡214予以擴展，所以單位面積輸入至聲光晶體206的光的輸出功率得到降低，從而可抑制聲光晶體206的損傷。
從Ti∶Al2O3激光晶體204輸出的出射光線的通過望遠鏡214輸入至聲光晶體206，它具有寬范圍的波長區(qū)，在聲光晶體中具有響應RF電源208的頻率的波長的出射光在一定方向內(nèi)受到衍射，并從聲光晶體206出射，作為衍射光B。還有，沿一定方向以衍射狀態(tài)從聲光晶體206輸出的衍射光B被輸入至色散校正棱鏡212，然而在恒定方向內(nèi)出射。之后，從色散校正棱鏡212出射的光受到全反腔鏡202的反射，由此所得到的光在激光諧振腔內(nèi)往復行進。
結果，只有波長響應RF電源208的頻率的光被放大，產(chǎn)生激光振蕩。于是，只有具有上述波長的出射光可以作為激勵光A輸出。(第四種激光振蕩器16的結構)圖10是說明第四種激光振蕩器16的結構的示意構成圖。其中，為易于理解，相同的引用符號表示與圖3，8和9中相同的部件。
在第四種激光振蕩器16的結構中，采用一種所謂“Z”字形的激光諧振腔，其中在激光諧振腔內(nèi)光往復的光路是呈“Z”型的。這種“Z”字形的激光諧振腔是由一個在輸出端具有一定透過率的腔鏡200和一個全反射腔鏡202組成。
另，將Z字形的激光諧振腔安排成使激勵激光束C被輸入，此外，在出射端腔鏡200和全反射腔鏡202之間設置反射往復光的第一中間鏡216，以及在出射端腔鏡200和全反射腔鏡202之間設置反射往復光的第二中間鏡218，在激光諧振腔內(nèi)往復的B光的光路呈現(xiàn)“Z”形的光路。
在第一中間鏡216和第二中間鏡218之間的激光諧振腔的光路上安置一個Ti∶Al2O3激光晶體204作為一個波長可調激光介質，該介質的光入射端面切割成布儒斯特(Brewster)角，在這個角的端面上入射光的反射為零。從而，由于激勵激光束C在縱向的同軸激勵而產(chǎn)生激光振蕩。
還有，聲光晶體206是作為一個波長選擇的晶體，它具有雙折射特性，該晶體設置在激光諧振腔光路上的第二中間鏡218和全反射腔鏡202之間。
此外，作為聲波輸入裝置，將由RF電源208驅動的壓電元件210附著在聲光晶體206上，壓電元件210的頻率由PC機220控制。于是，在壓電元件210由RF電源208驅動時，其中，驅動頻率將由PC機220控制預設在一個任意值上，從而在壓電元件210內(nèi)產(chǎn)生應變，依據(jù)壓電元件210的應變，使具有響應上述應變頻率的聲波輸入至聲光晶體206。結果，聲光晶體206只衍射響應輸入聲波的光。
由此，聲波向聲光晶體206的輸入是受到PC機220控制的，其控制方式是，利用壓電元件210，只使俗從出射端腔鏡200輸出的具有出射激光束的波長的光可作為激勵光A輸出，同時衍射光B由聲光晶體206在一定方向內(nèi)受到衍射，從而能夠形成激光振蕩。
還有，用于校正衍射光B色散的色散校正棱鏡212設置在聲光晶體206和全反射腔鏡202之間。利用色散校正棱鏡212，可以使作為激勵光A的出射激光束的方向性保持恒定。
在第四種激光振蕩器16的結構中，使用脈沖激勵的激光器222作為將激勵光C輸入至激光諧振腔的激光器。一種脈沖激勵激光器的例子是，它包括一個小型的高重復率激光二極管(LD)激勵的固體激光器等。尤其，可以采用CW-Q開關脈沖YAG激光器，CW-Q-開關脈沖Nd∶YLF激光器等。
由脈沖激勵激光器222產(chǎn)生的激勵光C由全反射鏡224反射至全反射光束會聚鏡226，由全反射光束會聚鏡226，將激勵光C會聚，會聚光通過第一中間鏡216，從而引起激光晶體204(Ti∶Al2O3Z縱向進行同軸激勵。
在上述的布置中，為獲取作為激勵光A的出射激光束，需要使用由脈沖激勵激光器222輸入的激勵激光束C來激勵Ti∶Al2O3激光晶體。根據(jù)上述原理，用PC機220來控制RF電源208的頻率，以響應欲從出射腔鏡200輸出作為激勵光A的出射激光束的波長來振蕩壓電元件210。
在上述情形中，在從Ti∶Al2O3激光晶體204出射的出射光線中具有波長響應RF電源頻率的出射光，它在一定方向上受到衍射，并從聲光晶體206輸出，作為衍射光，上述的出射光是從輸入至聲光晶體206的，并具有寬范圍波長區(qū)的光中得到。進而，沿著一定的方向以衍射狀態(tài)從聲光晶體206出射的衍射光B通過色散校正棱鏡212輸入至全反射腔鏡202，使輸入的光受到全反射腔鏡202的反射。于是，最終的光在激光諧振腔內(nèi)沿著“Z”字形光路往復行進。
結果，只有波長響應RF電源208的頻率的光受到放大，產(chǎn)生激光振蕩。由此，只有具有上述波長的出射激光束從激光諧振腔內(nèi)作有激勵光A被輸出。
如上所述，利用PC機220的控制，通過選擇RF電源208的某個頻率，并用RF電源208去振動壓電元件210，就可以實現(xiàn)對作為激勵光A的出射光束波長的選擇。于是，有可能取得一種快速的，任意選擇作為激勵光A的出射光束的波長，同時提高作為激勵激光A的出射激光束的波長調諧速度。
另，由于設置色散校正棱鏡212，可校正衍射光B的衍射角色散。如果衍射光B的衍射角存在色散，則光的光路在激光諧振腔內(nèi)發(fā)生改變，于是波長可變區(qū)受到限制。在這種情況下，如果提供色散校正棱鏡212，上述問題就可得到消除。
此外，將激光諧振腔的結構設置成“Z”字形，這種結構被安排成，由全反射聚光鏡226會集激勵激光束C，并輸入至激光晶體(Ti∶Al2O3)204。因此，即使從脈沖激勵激光器222提供低的激勵輸入功率給激勵光束C，也可能足以產(chǎn)生激光振蕩。(第五種激光振蕩器16的結構)圖11是說明第五種激光振蕩器16的構成的示意結構圖。其中，為易于理解，相同的引用符號表示與圖3，8，9和10中的相同的部件，對其詳細的說明從略。
第五種激光振蕩器6的結構不同于圖10所示的第四種激光振蕩器6的結構，不同點只是，第五種激光諧振腔的結構是以所謂“X”字形構成。
在“X”字形激光諧振腔用在第五種激光共振腔16的結構中，由于用全反射光束會聚鏡226將激勵激光束C匯集，并輸入會聚的激光束至Ti∶Al2O3激光晶體18，即使從脈沖激勵激光器222得到低激勵輸入功率的激勵光束C，也足以產(chǎn)生激光振蕩。
此外，根據(jù)這種“X”字形的激光諧振腔，其結構可以做得比“Z”字形的激光諧振腔更為緊湊。(第六種激光振蕩器16的結構)圖12是說明第六種激光諧振腔16結構的示意構成圖。其中，為易于理解，相同的引用符號表示與圖3、8、9、10和11中相同的部件，對他們的詳述從略。
第六種激光振蕩器16的結構不同于圖10所示的第四種激光振蕩器16的結構，其不同點在于，用出射端腔鏡200替代圖10所示的全反射腔鏡202，同時去掉圖10中的出射端腔鏡200和第一中間鏡216，這樣一種布置，即，將激勵激光束C輸入至Ti∶Al2O3激光晶體的端面，在該側端面上入射激勵激光束C。此外，在該端面上涂一層特殊的反射涂層228，以反射從Ti∶Al2O3激光晶體204輸出的光，對此本文不作詳述。
由此，在第六種激光振蕩器16的結構中，激光諧振腔是由反射涂層228和出射端腔鏡200組成。
為此，按照第六種激光振蕩器16的結構，相比于圖10所示的第四種激光振蕩器16的結構，以及圖11所示的第五種激光振蕩器16的結構，第六種激光振蕩器16的結構中的部件數(shù)可減少，因此可使整個系統(tǒng)小型化，還可降低其成本。(第七種激光振蕩器16的結構)圖13是說明第七種激光振蕩器16結構的示意構成圖。其中，相同的引用符號表示與圖3，8，9、10、11和12中那些相同的部件，這將易于理解，對其詳述在此從略。
第七種激光振蕩器16的結構不同于圖10所示的第四種激光振蕩器16的結構，其不同點在于，輸入入射光的Ti∶Al2O3激光晶體204的輸入端表面沒有進行布儒斯特角的切割，也不以布儒斯特角放置，但是Ti∶Al2O3激光晶體204只是受到垂直入射的切割，同時，在其端面也沒有反射涂層203，只是使晶體受到垂直地輸入激勵激光束。
如上所述，使Ti∶Al2O3激光晶體204處于受到激勵光束C垂直輸入的位置要比以布儒斯特角放置Ti∶Al2O3激光晶體204來得容易，此外，角色散也小，從而可以取得一個寬的波長區(qū)。(第八種激光振蕩器16的結構)圖14是說明第八種激光振蕩器16的結構的示意構成圖。其中，相同的引用符號表示與圖3、8、9、10、11、12和13中的相同的部件，這將易于理解。
第八種激光振蕩器16的結構包含一種所謂“Z”字形激光諧振腔，其中，在激光諧振腔內(nèi)往復的光的光路呈現(xiàn)“Z”字形光路，這種“Z”字形激光諧振腔設置一個具有一定透過率的出射端腔鏡200(例如，該鏡反射輸入光的98％，而透過為2％)，和全部反射輸入光的全反射腔鏡202(該鏡100％反射輸入的光)。
另，“Z”字形激光諧振腔包含一個使激勵激光束C輸入的第一中間鏡216，而它全部反射往返在出射端腔鏡200和全反射腔鏡202之間的光，以及一個全部反射往返在出射端腔鏡200和全反射腔鏡202之間光的第二中間鏡218。此外，使該激光諧振腔布置成，在激光諧振腔內(nèi)往返的光的光路呈出“Z”字形的。
在第一中間鏡216和第二中間鏡218之間，以及在激光諧振腔的光路上設置一個波長可調的激光介質，Ti∶Al2O3激光晶體204其入射光的入射端面有一個布儒期特角，在該端面角，入射光的反射為零，從而由激勵激光束C在縱向的同軸激勵，并引起激光振蕩。
另，聲光晶體206是一種用于選擇波長的晶體，具有雙折射特性，該晶體設置在第二中間鏡218和激光諧振腔光路上的全反射腔鏡202之間。
另外，聲光晶體206上裝有作為聲波輸入裝置的壓電元件210，壓電元件210由RF電源208驅動，RF電源的頻率由個人計算機220予以控制。這樣，當RF電源驅動壓電元件時，其頻率已經(jīng)根據(jù)個人計算機220的控制調到任意值，從而引起壓電元件210的應變，根據(jù)壓電元件210的這種應變，頻率響應于上述應變的聲波被輸入聲光晶體206。結果，聲光晶體206只衍射響應于輸入的聲波的光。
因此，聲波輸入聲光晶體206是由個人計算機220以這樣的方式控制的，即只有具有利用壓電元件210要從輸出端腔鏡200作為激勵光A輸出的出射激光束的波長的光才能作為衍射光B輸出，衍射光B已由聲光晶體206沿規(guī)定方向衍射，從而產(chǎn)生激光振蕩。
此外，用以校正衍射光B的色散的色散校正棱鏡212配置在聲光晶體206和全反射腔鏡202之間。利用色散校正棱鏡212，可保持作為激勵光A的出射激光束的方向恒定。
在第八種激光振蕩器16的結構中，利用一個連續(xù)振蕩的激光器(CW)作為對激光諧振腔輸入激勵光C的激光器。一種所用的CW激光器232可以是，例如，連續(xù)振蕩的Ar離子激光器(CW-Ar)等，和連續(xù)振蕩的Nd∶YAG激光器(CW-Nd∶YAG)等的二次諧波激光器。
在使用LiSAF激光晶體的情形下，利用LiSAF等晶體來替代Ti∶Al2O3激光晶體204作為波長調諧激光介質，固體激光器，例如，Nd∶YA，Nd∶YLF激光器等的二次諧波也可以用作CW激光器232。
由CW激光器232產(chǎn)生的激勵激光C由全反射鏡224反射至全反射光束會聚鏡226，使它被全反射光束會聚鏡226匯聚，并通過第一中間鏡216輸入，以便在縱向方向上引起Ti∶Al2O3204的共軸振蕩。
在這種情況下，需使用一個具有高衍射效率的聲光晶體206，盡可能地使光受到衍射，至于從聲光晶體206出射的衍射的光B，可以利用從CW激光器232輸入至激光諧振腔內(nèi)作為激勵激光束C提供的具有低功率的連續(xù)振蕩激光束來引起激光振蕩。
在上述的布置中，為取得作為激勵光的出射激光束，利用CW激光器232輸入的激勵激光束C來激勵Ai∶Al2O3激光晶體204。根據(jù)上述原理，利原PC機220控制RF電源的頻率，按照欲從出射端腔鏡200作為激勵光A輸出的出射激光束的波長來振動壓電元件210。
在上述情形中，在從Ti∶Al2O3光晶體204輸出的出射光線中，具有波長響應RF電源208的頻率的出射光，在一定的方向內(nèi)受到衍射，并從聲光晶體206作為衍射光B輸出，上述的出射光線輸入到聲光晶體206，并具有寬范圍的波長區(qū)。還有，從聲光晶體206沿著一定方向以衍射狀態(tài)輸出的衍射光B通過色散校正棱鏡212輸入至全反射鏡202，從而由全反射鏡202反射輸入的光束，于是使最終的光沿著“Z”字形光路在激光諧振腔內(nèi)往返行進。
結果，只有波長響應RF電源208的頻率的光受到放大，同時產(chǎn)生激光振蕩。由此，具有上述波長的出射光可作為激光A輸出。
如上所述，在PC機220控制下，通過選擇RF電源208的頻率，并借助RF電源208來振動壓電元件210，來實現(xiàn)作為激勵光A的出射激光束的波長的選擇。因此，在激光振蕩的情形下，有可能以高速度進行波長的調諧，致使對作為激勵光A的出射激光的波長可進行快速和任意的選擇，以此提高作為激勵激光A的出射激光束的波長調諧速度。
另，由于設置色散校正棱鏡212，從而校正衍射光B的色散。如果衍射光B被色散，光的光路在激光諧振腔內(nèi)改變，于是波長可調區(qū)受到限制。然而，在這種情況下，當提供色散校正棱鏡212時，上述問題可以消除。除上述之外，在波長調諧的情況下所引起的作為激勵光的出射激光束在出射方向上的改變也可予以校正。
此外，可將激光諧振腔做成“Z”字形，其安排成，用全反射光束會聚鏡226會聚激勵激光束C，并輸入至Ti∶Al2O3激光晶體204。于是，即使從CW激光器232給出的激光束C具有低的激勵輸入功率，也足以進行激光振蕩。(第九種激光振蕩器16的結構)圖15是說明第九種激光振蕩器16結構的示意構成圖。其中，相同的引用符號表示與圖3，8，9，10，11，12，13和14中相同的部件，這樣易于理解，對他們的詳細說明在此從略。
第九種激光振蕩器16的結構不同于圖14所示的第八種激光振蕩器的結構，不同點在于，Ti∶Al2O3激光晶體204的輸入端面沒有布儒斯特切割，晶體也沒有以布儒斯特角布置，而是使Ti∶Al2O3激光晶體204受到垂直入射的切割，晶體端面沒有反射涂層203，將晶體設置成讓激勵激光束C垂直地入射其上。
如上所述，含Ti∶Al2O3204晶體設置成，使激勵激光束C垂直地輸入比使Ti∶Al2O3204晶體以布儒斯特角設置更為容易，另外角色散也小，因而可以取得寬的波長區(qū)。(第十種激光振蕩器16的結構)圖16是說明第十種激光振蕩器16的結構的示意圖。其中，相同的引用符號表示與圖3、8、9、10、11、12、13、14和15中相同的部件，這將易于理解，對他們的詳細說明將從略。
第十種激光振蕩器16的結構不同于圖14所示的第八種激光振蕩器16的結構，不同點在于，將圖14中所示的出射端腔鏡200用具有100％反射的全反射腔鏡234替代，輸出沒有衍射的光D作為出射光，即激勵光A。
根據(jù)第十種結構的激光振蕩器16，由于設有使用出射端的透射腔鏡200，所以相比于圖14所示的第八種激光振蕩器16的結構，可使由于激光振蕩器所引起的光的損失得到降低，從而可以對從聲光晶體206輸出的衍射光B與非衍射光D設定一個比率，例如在本例中設定為衍射光B是98％，而非衍射光D是2％。因此，衍射光B的比率可以減小。所以，對于設置聲光晶體206和色散校正棱鏡212，以及用PC機220由RF電源208控制壓電元件210方面的安全容限，相比圖14所示的第八種激光振蕩器16結構可得到提高。
由上述所構成的本發(fā)明，可以提高激勵光的波長調諧速度，從而得到可以高速度改變信號光和閑頻光的極好的優(yōu)點。
本技術領域的工作人員很清楚，本發(fā)明還可在不偏離其精神和基本特征的情況下以其它的形式來實現(xiàn)。
所以，可以認為本文公開的各個實例在各個方面均是說明性的，不局限于此。本發(fā)明的范圍由附屬的權利要求書，而不是上述的描述來指明，所以等效的來自含義上和范圍上的改變均包含在本發(fā)明中。
日本專利申請No.8-132848，1996.04.30提交的整個公開內(nèi)容，包括說明書，權利要求書，附圖和摘要在本文內(nèi)均配合引用。
權利要求
1.一種光學參量振蕩器，其中諧振腔是由具有一定透過率的輸出耦合腔鏡和全反射腔鏡組成，在所述諧振腔內(nèi)設置一個非線性晶體，從激光諧振腔輸出的出射激光束作為激勵光輸入至所述諧振腔內(nèi)，以激勵所述的非線性晶體，于是，具有波長響應所述激勵光波長的信號光和閑頻光分別得到輸出，所述的振蕩器包括一個由各自具有一定反射率的相對置的腔鏡組成的激光諧振腔，一個波長可調的激光介質，設置在所述激光諧振腔內(nèi)，并能在預定范圍的波長區(qū)內(nèi)形成激光振蕩，一個聲光晶體，設置在所述激光諧振腔內(nèi)，從所述波長可調激光介質輸出的出射光輸入于該聲光晶體內(nèi)，一個聲波輸入裝置，安置在所述聲光晶體上，并用于將聲波輸入至所述聲光晶體。
2.一種光學參量振蕩器，其中諧振腔是由具有一定透過率的輸出耦合腔鏡和全反射腔鏡組成，在所述諧振腔內(nèi)設置一個非線性晶體，從激光諧振腔輸出的出射激光束作為激勵光輸入至所述諧振腔，對所述非線性晶體激勵，于是具有波長響應所述激勵光波長的信號光和閑頻光被分別輸出，該振蕩器包括一個激光諧振腔，它由各自具有一定反射率的相對置的腔鏡組成，一個波長調諧激光介質，它放置在所述的激光諧振腔內(nèi)，并能在預定范圍的波長區(qū)內(nèi)產(chǎn)生激光振蕩，一個聲光晶體，它設置在所述諧振腔內(nèi)，由所述波長可調激光介質的出射光輸入至所述激光諧振腔內(nèi)，一個聲波輸入裝置，安置在所述聲光晶體上，并將聲波輸入至所述的聲光晶體，以及一個光學元件，被設置在所述諧振腔內(nèi)，以校正從所述聲光晶體輸出的衍射光的色散。
3.如權利要求1的光學參量振蕩器，其特征在于還包括一個設置在所述激光振蕩器內(nèi)的所述激光諧振腔中的擴束器，以對從所述波長可調激光器介質輸出的光束直徑進行擴展，經(jīng)擴展的光束輸入至所述的聲光晶體。
4.如權利要求2的光學參量振蕩器，其特征在于還包括一個設置在所述激光振蕩器內(nèi)的所述激光諧振腔中的擴束器，以對從所述波長可調激光器介質輸出的光束直徑進行擴展，經(jīng)擴展的光束輸入至所述的聲光晶體。
全文摘要
光學參量振蕩器,諧振腔由有一定透過率的輸出耦合腔鏡和全反射腔鏡組成,諧振腔中放入非線性晶體,從激光振蕩器輸出的激光束輸入諧振腔,激勵非線性晶體,具有波長響應激勵光波長的信號光和閑頻光分別輸出,激光諧振腔由每個有一定反射率的相對設置的腔鏡組成,波長調諧激光介質放在激光諧振腔內(nèi),能在一定范圍波長區(qū)產(chǎn)生激光振蕩,聲光晶體放入激光諧振腔,波長可調激光介質的出射光輸入諧振腔,聲波輸入裝置設置至聲光晶體上。
文檔編號G02F1/01GK1173059SQ9711306
公開日1998年2月11日 申請日期1997年4月30日 優(yōu)先權日1996年4月30日
發(fā)明者赤川和幸, 和田智之, 田代英夫 申請人:理化學研究所