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波长光参量激光器

阅读:1017发布:2020-06-12

专利汇可以提供波长光参量激光器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种光学器件,特别是涉及一种多 波长 输出的光参量 激光器 。本发明的目的在于利用非线性光学晶体在光参量过程中的 角 度调谐 相位 匹配折返现象,从而获得多波长光参量激光,本发明多波长光渗量激光器包括 泵 光和非线性光学晶体,泵光行波泵浦晶体产生参量激光,微机控制步进 马 达来调节晶体角度,输出不同 频率 的参量激光组成的。本发明实现了高效率、高功率、多波长、宽调谐激光输出和人机对话调谐操作,为实用化奠定了 基础 。,下面是波长光参量激光器专利的具体信息内容。

1.一种包括光、非线性光学晶体组成的多波长光参量 激光器。其特征在于:泵光经过分光镜分为两束,一束泵光用 来产生参量光,另一束泵光用来放大参量激光。具体的光 路走向是:泵光(9)由分光器(10)分为两束,由分光器(10)反 射的一部分泵光通过望远镜(15)和45°泵光全反镜(19),入 射到非线性光学晶体(20)、(21)内,产生参量光,产生的参 量光和通过晶体(20)、(21)后的剩余泵光由分光镜(25)分开, 泵光经布氏色散三棱镜(24)后由反射镜(22)反射回来,而 参量光则经布氏色散三棱镜(26)后,由参量光反射棱镜(27) 反射回来,反馈回来的参量光和泵光重新重合并同时(由(23) 调节延时)注入到晶体(21)、(20)内,由此产生再一次参量放 大,放大后的参量光经泵光全反镜(19)透射输出。透过分光 镜(10)的另一部分泵光通过180°反射棱镜(11)、45°泵 光反射镜(13)、望远镜(14)后由泵光反射镜(18)反射,与泵 光全反镜(19)输出的参量光在空间和时间(由(11)调节延时) 上重合,然后共同注入到第三晶体(17)内,进行再次放大,输 出参量激光。
2.按权利要求1.2所述的多波长光参量激光器,其特征在 于:所述的非线性晶体还包括BBO、LBO、LiIO3、KTP、KDP。
3.按权利要求1.2所述的多波长光参量激光器,其特征在 于:所述的泵光还包括532nm以外的激光。
4.按权利要求1.2所述的多波长参量激光器,其特征在于: 用计算机控制步进达,步进马达带动非线性晶体转动。

说明书全文

发明涉及一种光学器件,特别是涉及一种多波长输出的光参 量激光器

利用非线性光学晶体的参量效应开发高效宽调谐激光器件一直 是可调谐激光领域中最为活跃且最为有效的方法之一。

G.J.Hall等人发表在J.Opt.Soc.Am.B(Vol10(1993)2168-217 9)上的文章中指出:他们利用的是非线性光学晶体的温度调谐相位 匹配折返现象。采用模调Q激光或连续锁模激光浦LBO(LiB3O5三酸锂)晶体,获得了宽调谐的参量激光(从可见到红外),观察到 了4个参量激光的同时出现。他们激光器的光路图见附图1:全固化 激光器输出的激光(波长532.5nm)作为泵光(1),泵浦方式为同步泵 浦,泵光通过凸透镜(2)(焦距是10cm)后,进入由两个凹面反射镜(3) (曲率半径为10cm)组成的共焦谐振腔,参量激光通过一个平面耦合输 出镜(6)输出。非线性光学晶体(4)(是LBO,是大小为3×3×12mm3)安放 在炉子内,可以进行温度控制和调节,从而实现温度调谐。温度调节 范围在125~190℃,得到了652~2650nm的参量激光(用532.5nm泵光, LBO晶体的折返区在664~2470nm)输出,在折返区664~2470nm范围 内,得到了4色激光同时输出,为了覆盖整个调谐范围,他们利用了 三对不同的腔镜,三对腔镜的高反区分别为650~800nm、750~900nm、 987~1110nm。G.J.Hall等人采用的是温度调谐,而温度的调节和稳定 987~1110nm。G.J.Hall等人采用的是温度调谐,而温度的调节和 稳定是需要一定的时间的,因而调谐速度慢,采用的泵光是锁模 调Q激光或连续锁模激光,这决定了得到的参量激光功率低,而且 是脉冲串,不是单个脉冲激光,他们采用了三对腔镜来覆盖整个调 谐范围,这也就是说:为了得到整个调谐范围的参量激光,必须 在调节晶体温度(从而得到不同波长的参量激光)的同时,在不同 参量激光波段采用不同的腔镜,这也给使用带来了不便。

本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点和不足,利用非 线性光学晶体在光参量过程中的度调谐相位匹配折返(以下简 称角折返)现象,来提供一种包括激光作为泵光,行波泵浦非线 性晶体,调节非线性晶体的匹配角度,产生不同频率的参量激光, 在折反区内可以同时得到四个不同频率的相干光构成多波长光参 量激光器。

本发明的目的是这样实现的:

本发明的核心内容就是利用非线性光学晶体的角折返现象, 从而获得多波长参量激光。角折返现象就是在一定的角度调谐范 围内(具体范围由晶体种类和所用泵光波长决定),有两对光子(4 色)同时满足相位匹配条件,从而得到四色参量激光的同时输出。 附图2是角度调谐相位匹配折返曲线。图2给出了一个具体的例子 以说明相位匹配角折返现象:所用的晶体是LBO,泵光波长为 532nm,晶体的切割角为θ=90°,在角度调谐φ=8.5~11.5 ° 范围内,有两对激光同时满足相位匹配条件,这种现象即为角度 调谐相位匹配折返现象(角折返现象),为了具体实现上述想法, 本发明采用行波泵浦非线性光学晶体,调节晶体的匹配角度,得 到了不同频率的参量激光,由于角折返现象的存在,在折返区内 可以同时得到四个不同频率的相干光。

下面结合附图及实施例对本发明进行详细地说明:

图3是多波长光参量激光器光路结构图。图面说明如下: (9)泵光;(10),(25)分光镜;(11)180°反射棱镜; (12)此双箭头表示(11)可按箭头方向前后移动; (13),(18),(19),(22)泵光全反镜; (14),(15)望远镜;(16)参量激光输出; (17),(20),(21)非线性光学晶体; (23)此双箭头表示(22)可按箭头方向前后移动; (24),(26)布氏色散三棱镜;(27)参量光反射棱镜;

本发明的激光器的光路图如附图3所示,该光路图的是: 泵光经过分光镜分为两束,大体为一束泵光用来产生参量光, 另一束泵光用来放大参量激光,当然这两束泵光的功能不是完 全独立的,任何一束泵光都有产生和放大参量光的功能。具体 的光路走向是:泵光(9)由分光器(10)分为两束。由分光器(10) 反射的一部分泵光通过望远镜(15)和45°泵光全反镜(19),入射 到非线性光学晶体(20)、(21)内,产生参量光,产生的参量光 和通过晶体(20)、(21)后的剩余泵光由分光镜(25)分开,泵光 经布氏色散三棱镜(24)后由反射镜(22)反射回来,而参量光则 经布氏色散三棱镜(26)后,由参量光反射棱镜(27)反射回来,反 馈回来的参量光和泵光重新重合并同时(由(22)调节延时)注入 到晶体(21)、(20)内,由此产生再一次参量放大,放大后的参 量光经(19)透射输出。透过(10)的另一部分泵光通过180°反 射棱镜(11)、45°泵光反射镜(13)、望远镜(14)后由泵光反 射镜(18)反射,与泵光全反镜(19)输出的参量光在空间和时 间(由180°反射棱镜(11)调节延时)上重合,然后共同注入到 第三晶体(17)内,进行再次放大,输出参量激光。

用计算机控制步进达转动,步进马达带动晶体转动,从 而实现晶体的角度调谐,在折返区内得到4~6个参量激光。

本发明的较佳实施例:

本发明的光路按附图3,为了获得较佳的总体转换效率,我 们做了如下的具体结构:

1.泵光(9)采用Nd:YAG激光的二倍频光(波长532nm,脉宽 25ps,运转频率1~10Hz),之所以采用Nd:YAG二倍频光,是因为该 激光使用最为普遍,且激光质量好、强度高,也可以用其它波 长的激光作为泵光,此时相应的非线性光学晶体要改变一下,以 保证在所用的泵光和晶体条件下,存在角度调谐相位匹配折返 现象。

2.根据泵光光斑大小与总体转换效率的实验数据,选取泵 光光斑大小为5mm。

3.根据泵光的透射和反射分配比例与转换效率的关系,分 光镜(10)对532nm泵光的反射率和透过率各为50%。

4.180°反射棱镜(11)可以按(12)所示双箭头前后来回移 动,以调节通过分光镜(10)的泵光的延时,使通过晶体(17)后 得到的参量激光最强。

5.望远镜系统(15)的压缩比为1∶3,这样将泵光光斑 压缩到1.67mm,从而使功率密度得以大大提高,考虑到由 (19)输出的参量光由于发散,进入晶体(17)时的光斑尺寸较 原来的大,为了充分利用前级参量光,望远镜系统(14)的压缩 比为1∶2.5。

6.采用180°反射棱镜(27)作为参量光反射镜,它能宽波 段均衡地反馈参量光而不受波长的影响,这样保证了两对参量 光的同时产生与放大,解决了一般介质膜片都不能达到对680 ~1064nm的信号光高反且反射率一致的难题。

7.为了得到较窄线宽的参量激光,由分光镜(25)、布氏色 散三棱镜(26)、参量光反射棱镜(27)和泵光全反镜(22)、布氏 色散三棱镜(24)组成了参量光线宽压窄系统,分光镜(25)把泵 光和参量光分开,参量光经过布氏色棱镜(26)后由参量光反射 棱镜(27)返回,由于棱镜(26)的色散效应,参量光返回后的线 宽变窄了,泵光经布氏色散棱镜(24)后由泵光全反镜(22)反射 回来,泵光全反镜(22)可以按双箭头(23)所示前后移动,以调 节泵光的延时,使返回的参量光与泵光同时进入晶体,调节 (23),直到从泵光全反镜(19)输出的参量激光最强,这时认为 泵光全反镜(22)的延时调节处于最佳位置

8.为了减少系统的泵光损耗,对望远镜系统和棱镜(11)了 532nm的增透膜。

9.晶体部分是本激光器系统的核心部分,利用一块晶体即 可得到多波长参量激光,但为了得到高的转换效率和高强度的 参量激光(这也是实用化的需要),在本激光系统中用了三块LBO 晶体,LBO晶体的大小是3×3×15mm3切割角为θ=90°、 φ=11.5°,晶体(20)和(21)相距20cm,晶体(17)放置的位置 距(18)的距离是5cm,晶体(20)和(21)调谐时的转动方向正好同 步相反,构成了双晶结构,这样的结构补偿了离散效应,同时 也使经过晶体后的泵光与参量光保持同一方向而不随参量波长 的改变而移动,而且利用了两块晶体,参量过程的有效增益长度 较单晶长了一倍,大大提高了参量转换效率,(17)的转动与(21) 一致。

10.晶体(17)、(20)和(21)的转动由微机控制的步进马达控 制,代替了手动控制晶体的转动,这样实现了人机对话。

本发明的优越性:

本发明由于采用高功率单脉冲激光行波泵浦、从而省去了腔 镜,免除更换腔镜的麻烦。其二共线匹配和双折射相消配置的 OPG+OPA光路结构,步进电机驱动的同步角调谐机构和计算机程 序控制技术,实现了高效率、高功率、多波长宽调谐激光输出和 人机对话调谐操作,为实用化奠定了基础,其技术指标为:

1)可调谐范围:0.664~2.666um,在折返区(0.68~2.4um) 内同时调谐输出4~6个波长的激光。

2)最高输出功率:~50MW。

3)最高效率:23%。

4)输出激光脉冲:~37ps。

5)运转频率:1~10Hz.

11.按上述的实验光路和方法,把LBO晶体换成了BBO晶体,泵 光波长换成了610nm,得到了0.80~2.6μm的参量光。

12.按上述的光路和实验方法,把LBO晶体换成了LiIO3晶 体,泵光波长换成了800nm,得到了0.96~5.0μm的参量光。

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