專利名稱：全固態(tài)準連續(xù)波長調(diào)諧鈦寶石－ppln光學參量振蕩器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光學參量振蕩器激光器，尤其涉及一種全固態(tài)準連續(xù)波長調(diào)諧鈦寶石-PPLN光學參量振蕩器。
背景技術：
目前，采用周期極化晶體實現(xiàn)準相位匹配光學參量振蕩器，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、結構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問題是，提出一種功率水平高、結構簡單緊湊而體積小，還具有準相位匹配光學參量振蕩器的寬帶可調(diào)諧光源。
本實用新型采用的技術方案是一種準連續(xù)運轉波長調(diào)諧PPLN光學參量振蕩器，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構成的平-平腔結構，在第一平面鏡M1和第二平面鏡M2之間自第一平面鏡M1開始依次設有對基頻光進行調(diào)制的開關器件Q、最初光學泵浦源、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構成，在第一耦合透鏡L1的焦點處設置鈦寶石晶體，在第三平面鏡M3和鈦寶石晶體之間設有棱鏡。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參量振蕩腔。光學參量振蕩腔由后鏡M5和輸出鏡M6構成，在位于兩者之間的第二耦合透鏡L2焦點附近設置PPLN晶體。
其中，最初光學泵浦源為按照等邊三角形排列、采用側向泵浦方式泵浦激光介質的激光二極管陣列，激光介質為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；開關器件(Q)鍍1064nm增透膜；諧波反射鏡鍍1064nm增透膜和532nm高反膜；構成諧振腔的第三平面鏡(M3)鍍750～850nm高反膜；構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，其結構緊湊、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開關進行頻率調(diào)制以實現(xiàn)高峰值功率的準連續(xù)運轉。
(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)準相位匹配光學參量振蕩器，通過調(diào)整相關參數(shù)，得到高輸出功率、高效率、可調(diào)諧波長范圍大、壽命長、結構緊湊而體積小的可調(diào)諧光源。


圖1為本實用新型的光學參量振蕩器的整體結構圖具體實施方式
以下結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明，本實用新型的整體結構圖如圖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、激光介質內(nèi)部模體積大的傳統(tǒng)直腔型平-平腔結構，整個諧振腔長定為330mm。采用中科院半導體所生產(chǎn)的高功率半導體陣列激光器作為最初光學泵浦源，為按照等邊三角形排列、采用側向泵浦方式泵浦激光介質的激光二極管陣列，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。激光介質的尺寸為φ3×80mm，兩端磨成平面，鍍1064nm的增透膜。聲光Q開關由英國GOOCH公司生產(chǎn)，其中晶體為φ8×10×50mm的熔石英，驅動功率為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，這些變形和應用都應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)作為最初光學泵浦源，脈沖寬度小于80ns，重復頻率5kHz，泵浦鈦寶石晶體作為激光介質的諧振腔(二級裝置)，采用棱鏡作為調(diào)諧元件，構成全固態(tài)、準連續(xù)可調(diào)諧鈦寶石激光器，重復頻率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、結構緊湊、價格便宜等優(yōu)勢，還具有準相位匹配光學參量振蕩器的寬帶可調(diào)諧，體積小的優(yōu)點，在醫(yī)學成像、環(huán)境監(jiān)測、光纖通信、光譜分析、光電對抗及光傳感等領域具有廣大的科學研究價值和廣闊的應用前景并且填補了該領域的技術空白。
權利要求1.一種準連續(xù)運轉波長調(diào)諧PPLN光學參量振蕩器，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)構成的平一平腔結構，在第一平面鏡(M1)和第二平面鏡(M2)之間自第一平面鏡(M1)開始依次設有對基頻光進行調(diào)制的開關器件(Q)、最初光學泵浦源、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)構成，在上述第一耦合透鏡的焦點處設置鈦寶石晶體，在第三平面鏡(M3)和鈦寶石晶體之間設有棱鏡；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參量振蕩腔；所述光學參量振蕩腔由后鏡(M5)和輸出鏡(M6)構成，在位于兩者之間的第二耦合透鏡焦點附近設置PPLN晶體。
2.根據(jù)權利要求1所述的PPLN光學參量振蕩器，其特征在于，所述最初光學泵浦源為按照等邊三角形排列、采用側向泵浦方式泵浦激光介質的激光二極管陣列，激光介質為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提供冷卻。
3.根據(jù)權利要求1所述的PPLN光學參量振蕩器，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)權利要求1所述的PPLN光學參量振蕩器，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)權利要求1所述的PPLN光學參量振蕩器，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)權利要求1所述的PPLN光學參量振蕩器，其特征在于，構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)權利要求1所述的PPLN光學參量振蕩器，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)權利要求1至7任意一項所述的PPLN光學參量振蕩器，其特征在于，所述第一平面鏡(M1)鍍1064nm高反膜；所述開關器件(Q)的重復頻率為5kHz，鍍1064nm增透膜；所述諧波反射鏡鍍1064nm增透膜和532nm高反膜；構成所述諧振腔的第三平面鏡(M3)鍍750～850nm高反膜；構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)權利要求8所述的PPLN光學參量振蕩器，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)運轉波長調(diào)諧PPLN光學參量振蕩器，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構成的平－平腔結構，在第一平面鏡M1和第二平面鏡M2之間自第一平面鏡M1開始依次設有對基頻光進行調(diào)制的開關器件Q、最初光學泵浦源、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構成，在第一耦合透鏡L1的焦點處設置鈦寶石晶體，在第三平面鏡M3和鈦寶石晶體之間設有棱鏡。光學參量振蕩腔由后鏡M5和輸出鏡M6構成，在位于兩者之間的第二耦合透鏡L2焦點附近設置PPLN晶體。本實用新型的光學參量振蕩器是一種功率水平高、結構簡單緊湊而體積小，還具有準相位匹配光學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