一種準(zhǔn)確測量最佳泵浦功率密度的光參量振蕩系統(tǒng)及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是激光器應(yīng)用技術(shù)，尤其是一種準(zhǔn)確測量最佳栗浦功率密度的光參量振蕩系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3_5μπι的中紅外激光廣泛應(yīng)用于光電對抗、大氣監(jiān)測、分子光譜學(xué)、激光醫(yī)療等國防、科研及民用領(lǐng)域。近年來隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和深入，高效率、高功率的中紅外固體激光器發(fā)展前景越來越廣闊。得益于二極管栗浦的固體激光器技術(shù)進(jìn)步和成熟，以及非線性晶體質(zhì)量提升，基于頻率變換的光參量振蕩器(OPO)是產(chǎn)生高效率、高功率中紅外激光的有效途徑之一。
[0003]由于受到本征量子效率的限制，通過OPO產(chǎn)生的中紅外激光的量子效率由栗浦激光波長和中紅外激光波長共同決定，等于波長的反比。而提高栗浦激光轉(zhuǎn)換為近紅外信號光和中紅外閑頻光的總體效率，有利于提升中紅外激光最終的效率，減小非線性晶體的熱積累和損傷幾率，進(jìn)而提升中紅外激光輸出功率，因此轉(zhuǎn)換效率是OPO最核心的參數(shù)指標(biāo)之
O
[0004]理論計(jì)算表明，在平面波模型下，栗浦功率密度約2.5倍閾值時(shí)，轉(zhuǎn)換效率最高可以達(dá)到100%，而在高斯波模型下，栗浦功率密度約6.5倍閾值時(shí)，轉(zhuǎn)換效率最高可以達(dá)到70%。當(dāng)栗浦功率密度超過最佳閾值倍數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)換效率下降，參量過程由近紅外信號光與中紅外閑頻光和頻為栗浦光。如果能夠準(zhǔn)確測量OPO最佳栗浦功率密度，將有利于栗浦激光與OPO匹配參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)整栗浦激光功率、光斑大小和形態(tài)、重復(fù)頻率和脈沖寬度等參數(shù)，從而達(dá)到最佳栗浦功率密度，實(shí)現(xiàn)OPO的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，基于固體激光器栗浦的OPO功率加載方式通常是，逐步加載激光二極管(LD)功率，從而提升固體激光器的栗浦功率，進(jìn)而達(dá)到提升OPO輸出功率的目的，物理機(jī)理是功率的逐級加載和轉(zhuǎn)換。但是隨著LD功率的增加，栗浦激光器輸出功率提升的同時(shí)，其光束質(zhì)量、光斑分布、脈沖寬度、發(fā)散角等特征參數(shù)均發(fā)生改變，這是現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處。其栗浦功率密度的變化不再由栗浦功率唯一確定，而受到多種因素的影響，這將影響OPO最佳栗浦功率的判斷。

【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，而提供一種準(zhǔn)確測量最佳栗浦功率密度的光參量振蕩系統(tǒng)的使用方法的技術(shù)方案，該方案對現(xiàn)有固體激光器栗浦的OPO功率加載方式進(jìn)行改進(jìn)，在光束質(zhì)量、光斑分布、脈沖寬度、發(fā)散角等特征參數(shù)不發(fā)生改變的基礎(chǔ)上，通過對栗浦光偏振的控制，從而對其栗浦功率進(jìn)行調(diào)制，進(jìn)而準(zhǔn)確測量OPO系統(tǒng)最佳的栗浦功率密度。
[0007]本方案是通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的: 一種準(zhǔn)確測量最佳栗浦功率密度的光參量振蕩系統(tǒng)，包括有栗浦激光器、第一偏振片、1/4波片、功率計(jì)、第二偏振片和光參量振蕩器;栗浦激光器發(fā)射的栗浦激光依次經(jīng)過第一偏振片、1/4波片、第二偏振片后射入光參量振蕩器;所述1/4波片能夠旋轉(zhuǎn)。
[0008]作為本方案的優(yōu)選:栗浦激光經(jīng)過第二偏振片后，被反射的激光射入功率計(jì)。
[0009]作為本方案的優(yōu)選:栗浦激光器為LD栗浦的固體激光器，能夠選用棒狀的固體激光器、塊狀的固體激光器、光纖激光器、以及固體放大器，輸出波長選用常規(guī)的Ιμπι或1.3μπι或1.9μηι或2.0μηι。
[0010]作為本方案的優(yōu)選:栗浦激光器的出光功率為理論估算的出光閾值的10倍。
[0011 ] 一種準(zhǔn)確測量最佳栗浦功率密度的光參量振蕩系統(tǒng)的使用方法，維持栗浦激光的光束質(zhì)量、光斑分布、脈沖寬度、發(fā)散角參數(shù)不變，旋轉(zhuǎn)1/4波片，讀取功率計(jì)上的栗浦功率，從而測算出栗浦功率密度。
[0012]作為本方案的優(yōu)選:旋轉(zhuǎn)1/4波片使入射到光參量振蕩器的功率實(shí)現(xiàn)從零到最大栗浦功率的調(diào)節(jié)，栗浦功率密度具有較大的動態(tài)調(diào)整范圍。
[0013]本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知:
(I)在OPO最佳栗浦功率密度的研究過程中，固定栗浦激光器的輸出功率，通過旋轉(zhuǎn)1/4波片，調(diào)整入射OPO的栗浦功率，以達(dá)到栗浦功率是OPO系統(tǒng)中栗浦功率密度的唯一變量，從而避免了 LD電流逐步加載過程中光束質(zhì)量、光斑分布、脈沖寬度、發(fā)散角等特征參數(shù)對栗浦功率密度的影響。
[0014](2)在本發(fā)明中，僅通過旋轉(zhuǎn)1/4波片，達(dá)到準(zhǔn)確調(diào)控OPO中栗浦功率密度的目的，其光路不發(fā)生任何變化，不需要額外調(diào)節(jié)光路，為實(shí)驗(yàn)研究過程中提供了方便。
[0015](3)在本發(fā)明中，栗浦功率密度的調(diào)制方法具有較大的動態(tài)范圍。與通常LD電流逐步加載的方式相比，低電流的LD可能由于脈沖寬度等因素，影響了OPO系統(tǒng)的正常出光，高電流的LD可能由于光斑分布和發(fā)散角等因素，影響了 OPO系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率，甚至引起非線性晶體的損傷，不具有較大的動態(tài)調(diào)整范圍。
[0016](4)在本發(fā)明中，所提供的準(zhǔn)確測量最佳栗浦功率密度的光參量振蕩器在非線性頻率變換領(lǐng)域(不局限于光參量振蕩器，還包括和頻、差頻、倍頻等非線性頻率變換技術(shù))具有一定的普適性，適用于各種非線性晶體和諧振腔結(jié)構(gòu)，以及各種類型的栗浦激光器。
[0017]由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見的。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中，I為栗浦激光器，2為第一偏振片，3為1/4波片，4為功率計(jì)，5為第二偏振片，6為光參量振蕩器。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0021]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0022]本方案中，固體栗浦激光器I由LD、增益介質(zhì)、調(diào)Q器件、偏振控制、諧振腔等常規(guī)光學(xué)元件組成；而光參量振蕩器系統(tǒng)6由栗浦光斑耦合系統(tǒng)、非線性晶體、諧振腔等常規(guī)光學(xué)元件組成;第一偏振片2和第二偏振片5為同一器件，對于特定入射角的偏振光進(jìn)行選擇。
[0023]【具體實(shí)施方式】一:
固體栗浦激光器I采用光纖耦合輸出的SOSnmLD端面栗浦Nd摻雜的增益晶體，在折疊型的諧振腔中獲得調(diào)Q和線偏振的1.064μπι輸出。在腔內(nèi)通過聲光Q開關(guān)實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)制，