CN100555053C

CN100555053C - 全固态连续波可调谐黄橙色相干光源

Info

Publication number: CN100555053C
Application number: CNB2008100528163A
Authority: CN
Inventors: 丁欣; 王睿; 张衡; 姚建铨; 温午麒; 王鹏
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2008-04-18
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2028-04-18
Also published as: CN101261419A

Abstract

本发明属于非线性频率变换技术领域，涉及激光光源，尤其涉及一种全固态可调谐连续波可调谐黄橙光波段相干光源。为提供一种全固态连续波可调谐黄橙色相干光源，本发明采用的技术方案是，包括：利用LD半导体激光器端面连续泵浦产生连续激光的掺钕钒酸钇Nd:YVO₄晶体，利用Nd:YVO₄晶体产生的激光对其进行泵浦的参量振荡晶体周期极化铌酸锂PPLN和OPO全反分束镜BS，对泵浦光和信号光进行和频获得黄橙色相干光的偏硼酸钡BBO晶体，前述器件全部是全固态器件。本发明主要用于可调谐黄橙色相干光源的制造。

Description

全固态连续波可调谐黄橙色相干光源

技术领域

本发明属于非线性频率变换技术领域，涉及激光光源，尤其涉及一种全固态可调谐连续波可调谐黄橙光波段相干光源。

背景技术

黄橙色光源的光谱范围为580nm～620nm波段，该波段在光谱研究、生命科学、医药科学、材料科学、分子动力学、天文学等方面具有重要应用。黄橙色波段是血色素吸收电磁波最大的波段，可用于止血及治疗血管病变，在皮肤疾病和眼科疾病治疗方面有很大的应用。该波段激光对大雾、烟尘等具有较强的穿透力，适合于各种野外作业，特别是在有大雾的情况下的大地测量和各种准直场合有特殊的用途。很多应用广泛的荧光染料的吸收峰以及钠离子的发光“D”线-594nm都处于该波段内，使得该波段激光在生物化学及显示等多方面也有很广泛的应用。另外，地球的高空电离层对黄橙光具有很强的反射作用，可利用黄橙光作为信标光，测量激光大气传输中的畸变影响，对激光进行修正，使得黄橙光激光雷达成为研究中高层大气的一种极具潜力的重要手段。因此，580nm～620nm波段黄橙光研究成为当前激光领域的研究热点，具有重要的实用价值。

激光二极管LD泵浦的全固态激光器具有体积小、寿命长、结构紧凑、效率高、光束质量好和性能稳定等优点，有着广泛的应用前景。目前，LD泵浦的腔内混频激光器主要应用是腔内倍频激光器，已经有很多学者对LD泵浦腔内倍频红、绿和蓝激光器进行研究，并且它在很多领域也得到了广泛的应用。然而，由于在580nm～620nm的激光束没有相应基频光，无法通过上述倍频技术获得。近年来，和频技术被认为是获得580nm～620nm光谱范围内相干光的理想光源，而光学参量振荡器OPO是提供该波段和频所需光源的理想装置，同时OPO还具有全固态、高效率和可调谐等优点，而且从时间域上OPO可以连续、准连续、脉冲输出。

OPO的性能参数几乎完全依赖于泵浦激光器的光谱特性和光束质量，以及非线性晶体的特性。近些年来，随着准相位匹配技术QPM的成熟，利用周期极化晶体的非线性光学频率变换技术引起了人们的广泛关注。准相位匹配技术最大优点是非线性转换效率高，并且可以使那些在通常条件下无法实现相位匹配的晶体和通光波段得以实现频率变换，拓宽了应用范围，增加了调谐方式，使困扰人们已久的高效、宽波段激光的输出成为可能。目前，常见的用于准相位匹配的周期极化晶体有周期极化铌酸锂PPLN、周期极化磷酸钛氧钾PPKTP和周期极化钽酸锂PPLT，其中PPLN的有效非线性系数较大，达16pm/V，且极化技术成熟，成为应用最为广泛的周期极化晶体，PPLN-OPO是实现非线性光学频率变换的重要手段和有效途径，也是可调谐光源方面的另一个研究热点。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种全固态连续波可调谐黄橙色相干光源，满足在医疗、野外测量、激光雷达等诸多领域的需要。

本发明采用的技术方案是，包括：利用LD半导体激光器端面连续泵浦产生连续激光的掺钕钒酸钇Nd:YVO₄晶体，利用Nd:YVO₄晶体产生的激光对其进行泵浦的参量振荡晶体周期极化铌酸锂PPLN和OPO全反分束镜BS，对泵浦光和信号光进行和频获得黄橙色相干光的偏硼酸钡BBO晶体，前述器件全部是全固态器件。

所述半导体激光器为激光二极管，其端面发出的激光通过两个汇聚透镜采用紧贴、自聚焦和光纤耦合方式投射到Nd:YVO₄激光晶体，Nd:YVO₄晶体产生的激光依次经聚焦透镜、OPO全反分束镜BS、参量振荡晶体PPLN、和频晶体BBO投射到泵浦光与信号光的共振端镜进行振荡，共振端镜为平凹镜，共振端镜凹面朝向和频晶体BBO，OPO全反分束镜BS还投射到信号光的支路端镜，支路端镜为平凹镜，支路端镜凹面朝向OPO全反分束镜BS，Nd:YVO₄晶体左端面镀的1064纳米高反膜和共振端镜组成平-凹型泵浦光谐振腔，OPO全反分束镜BS和共振端镜、支路端镜组成信号光双凹型折叠谐振腔，其中OPO全反分束镜BS与主光路成37°放置，PPLN晶体放置于泵浦光的焦点位置，BBO和频晶体紧贴PPLN放置。

激光晶体Nd:YVO₄掺杂浓度0.4at％，at表示原子份数，朝向半导体激光器一端镀808纳米高透膜，1064nm高反膜，另一端镀808&1064纳米高透膜。

OPO全反镜BS材料为含硼量在10％左右的硼硅酸盐玻璃K9或折射率在不考虑吸收时能反射83％左右入射光的BK7玻璃平镜，直径20毫米，朝向Nd:YVO₄激光晶体一面镀1064纳米高透膜，另一面镀1064纳米高透膜和1300～1500纳米高反膜。

参量振荡晶体PPLN极化周期22.5～29微米，朝向OPO全反镜BS一端镀1064纳米高透膜，另一端镀1300～1500nm高透膜，PPLN-OPO采用单谐振光学参量振荡器SRO模型。

参量振荡晶体PPLN固定在温控炉中，通过周期和温度调谐获得可调谐信号光。

泵浦光与信号光的共振端镜直径为20毫米，曲率半径100毫米的平凹镜，采用K9或BK7玻璃材料，凹面镀1064纳米高反膜、1300～1500纳米高反膜，平面镀550～650纳米高透膜；信号光的支路端镜直径为20毫米，曲率半径200毫米的平凹镜，凹面镀1300～1500纳米高反膜。

和频晶体BBO朝向参量振荡晶体PPLN一端镀1064纳米和1300～1500纳米高透膜、550～650纳米高反膜，另一端镀1064纳米和1300～1500纳米及550～650纳米高反膜，BBO晶体以大地坐标YZ面为主平面切割，相位匹配角θ＝20.8°、入射面与X轴的夹角

，实现零走离、大有效非线性系数相位匹配，PPLN晶体和BBO晶体放置于泵浦光谐振腔内，采用内腔OPO和内腔和频技术。

聚焦透镜置于腔内，聚焦泵浦光同时作为镇定器缓解Nd:YVO₄晶体热透镜效应。

本发明可带来下列技术效果：

1.全固态激光器的结构紧凑、牢固耐用、转换效率高，在激光应用中占有非常重要的地位。由于连续波运转相对脉冲和准连续运转方式来说不具有高峰值功率，非线性转换效率较低，因此，获得高效连续波运转可调谐光源更具有重要意义。

2.端泵激光的光束质量好，在空间上与固体激光器的腔模能得到更好的匹配。而且端泵浦方式耦合效率高，在中低功率激光器的应用中，尤其是连续激光应用上显示出明显的优势。

3.采用周期极化晶体实现准相位匹配光学参量振荡器，是为和频提供可调谐信号光振荡的一种重要手段和有效途径，利用高功率全固态激光器输出的特定波长，泵浦周期极化晶体，通过调整温度、周期等相关参数，可以得到高输出功率、高效率、可调谐波长范围大、寿命长、结构紧凑而体积小的信号光振荡，与泵浦光相结合后为和频提供了理想光源。

4.采用内腔插入聚焦透镜，作为光学镇定器，大幅降低Nd:YVO₄晶体热透镜效应对OPO稳定性的影响。

5.采用BBO晶体I类相位匹配和频技术，满足零走离的同时具有较大的有效非线性系数deff(2.00pm/V)。

6.采用在内腔光参量振荡器中泵浦光与信号光振荡重合部分插入非线性晶体进行和频获得黄橙色光源，不仅具有全固态激光器功率水平高、结构紧凑、价格便宜等优势，而且通过选用不通波长的信号光和和频晶体的切割角，可以获得不同波长的黄橙色光源。在皮肤疾病和眼科疾病治疗、野外测量、生物化学、激光雷达等领域具有广大的科学研究价值和广阔的应用前景并且填补了该领域的技术空白。

附图说明

附图是本发明结构示意图。

具体实施方式

本发明利用全固态激光器泵浦准相位匹配光学参量振荡器，通过调整相关参数，如泵浦波长、极化晶体的温度和周期等，得到高功率、高效率、调谐范围大、寿命长、结构紧凑的连续运转的信号光振荡。

另外，采用内腔单谐振光学参量振荡器(ICSRO)是提高连续波泵浦光和信号光腔内功率密度和放宽对泵浦光线宽要求的有效办法，同时也是提供作为和频光源的泵浦光和信号光双波长同时振荡的可行方案。同样，采用内腔和频技术也是提高和频光功率的有效方法。本发明通过对谐振腔的设计和非线性晶体位置的调整，可以实现泵浦光和信号光在腔内的模体积匹配，进而提高信号光的功率。然后通过调节泵浦波长、极化晶体的温度和周期等参数产生波长可调谐的信号光，再调整一定角度切割的非线性和频晶体的放置角度，便可获得与激光发射谱线不同的可调谐连续波激光输出，而一定波段的泵浦光和信号光腔内和频恰能够产生580nm～620nm波段的激光，因此具有较高的实用价值。

下面参照附图和实施例，进一步说明本发明。

参见附图，本发明的激光光源具有如下的结构：①系统全部采用全固态器件；②利用半导体激光二极管端面连续泵浦Nd:YVO₄晶体，采用紧贴或自聚焦耦合方式，产生连续1064nm激光；③激光晶体Nd:YVO₄掺杂浓度0.4at％，一端镀808nm高透膜(HT)，1064nm高反膜(HR)，另一端镀808&1064nmHT；④聚焦透镜L₃焦距为100mm；⑤OPO全反镜BS材料为K9或BK7玻璃，平镜，φ＝20mm，一面镀1064nmHT，另一面镀1064nmHT，1300～1500nmHR；⑥参量振荡晶体PPLN极化周期Λ＝22.5μm～29μm，双端镀1064nm&1300～1500nmHT；⑦泵浦光与信号光的共振端镜M₁为φ＝20mm，曲率半径R＝100mm的平凹镜，采用K9或BK7玻璃材料。其中凹面镀1064nmHR、1300～1500nmHR，平面镀550nm～650nmHT；⑧信号光的支路端镜M₂为φ＝20mm，曲率半径R＝200mm的平凹镜，凹面镀1300～1500nmHR；⑨和频晶体BBO一端镀1064nm&1300～1500nmHT、550～650nmHR，另一端镀1064nm&1300～1500nm&550～650nmHT；⑩激光二极管、激光晶体的工作温度为18℃，半导体制冷；PPLN晶体固定在温控炉中，通过周期和温度调谐获得可调谐信号光；1064nm与信号光和频输出585nm～622nm连续运转的黄橙光。

Claims

1.一种全固态连续波可调谐黄橙色相干光源，包括：利用LD半导体激光器端面连续泵浦产生连续激光的掺钕钒酸钇Nd:YVO₄晶体，利用Nd:YVO₄晶体产生的激光对其进行泵浦的参量振荡晶体周期极化铌酸锂PPLN和OPO全反分束镜BS，对泵浦光和信号光进行和频获得黄橙色相干光的偏硼酸钡BBO晶体，前述器件全部是全固态器件，其特征是，所述半导体激光器为激光二极管，其端面发出的激光通过两个汇聚透镜或采用紧贴或自聚焦或光纤耦合方式投射到Nd:YVO₄激光晶体，Nd:YVO₄晶体产生的激光依次经聚焦透镜、OPO全反分束镜BS、参量振荡晶体PPLN、和频晶体BBO投射到泵浦光与信号光的共振端镜进行振荡，共振端镜为平凹镜，共振端镜凹面朝向和频晶体BBO，OPO全反分束镜BS还投射到信号光的支路端镜，支路端镜为平凹镜，支路端镜凹面朝向OPO全反分束镜BS，Nd:YVO₄晶体左端面镀的1064nmHR膜和共振端镜组成平-凹型泵浦光谐振腔，OPO全反分束镜BS和共振端镜、支路端镜组成信号光双凹型折叠谐振腔，其中OPO全反分束镜BS与主光路成37°放置，PPLN晶体放置于泵浦光的焦点位置，BBO和频晶体紧贴PPLN放置，激光晶体Nd:YVO₄掺杂浓度0.4at％，at表示原子份数，朝向半导体激光器一端镀808纳米高透膜，1064nm高反膜，另一端镀808&1064纳米高透膜，参量振荡晶体PPLN极化周期22.5～29微米，朝向OPO全反镜BS一端镀1064纳米高透膜，另一端镀1300～1500nm高透膜，PPLN-OPO采用单谐振光学参量振荡器SRO模型，和频晶体BBO朝向参量振荡晶体PPLN一端镀1064纳米和1300～1500纳米高透膜、550～650纳米高反膜，另一端镀1064纳米和1300～1500纳米及550～650纳米高反膜，BBO晶体以大地坐标YZ面为主平面切割，相位匹配角θ＝20.8°、入射面与X轴的夹角

，实现零走离、大有效非线性系数相位匹配，PPLN晶体和BBO晶体放置于泵浦光谐振腔内，采用内腔OPO和内腔和频技术，OPO全反镜朝向Nd:YVO₄激光晶体一面镀1064纳米高透膜，另一面镀1064纳米高透膜和1300～1500纳米高反膜；泵浦光与信号光的共振端镜，凹面镀1064纳米高反膜、1300～1500纳米高反膜，平面镀550～650纳米高透膜；信号光的支路端镜直径为20毫米，曲率半径200毫米的平凹镜，凹面镀1300～1500纳米高反膜。

2.根据权利要求1所述的一种全固态连续波可调谐黄橙色相干光源，其特征是，OPO全反镜BS材料为含硼量在10％左右的硼硅酸盐玻璃K9或折射率在不考虑吸收时能反射83％左右的入射光BK7玻璃平镜，直径20毫米。

3.根据权利要求1所述的一种全固态连续波可调谐黄橙色相干光源，其特征是，参量振荡晶体PPLN固定在温控炉中，通过周期和温度调谐获得可调谐信号光。

4.根据权利要求1所述的一种全固态连续波可调谐黄橙色相干光源，其特征是，泵浦光与信号光的共振端镜直径为20毫米，曲率半径100毫米的平凹镜，采用K9或BK7玻璃材料。

5.根据权利要求1所述的一种全固态连续波可调谐黄橙色相干光源，其特征是，聚焦透镜置于腔内，聚焦泵浦光同时作为镇定器缓解Nd:YVO₄晶体热透镜效应。