CN101101428A - 基于周期性极化晶体的光学参量放大波长调谐装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于周期性极化晶体的光学参量放大波长调谐装置，它包括：Nd:YAG泵浦光激光器、BBO倍频晶体、宽带信号光激光器、微位移器、全反射镜、透镜、PPLN晶体和温度控制系统，通过附在全反射镜上的微位移器来改变入射到周期性极化晶体中的角度，从而改变非共线夹角，使得宽带的信号光在不同的角度产生不同波长下的光学参量放大输出来实现在红外区域比较大波长范围内的快速、连续波长调谐。本发明具有方法简便，波长适用范围广，调谐速度快的特点。
Description
技术领域
本发明涉及光学参量放大激光系统，特别是一种基于周期性极化晶体的光学参量放大波长调谐装置，该装置在具有高利用价值的通信波段1300nm和1500nm处都具备超宽波长调谐范围。
背景技术
基于光学参量产生(以下简称为OPG)、光学参量放大(以下简称为OPA)和光学参量振荡(以下简称为OPO)的波长调谐，国际上探索了多种结构，以获得调谐范围较大的、光谱线宽窄的及均匀调谐，泵浦源为各种固体激光及其谐波，调谐方式有温度、角度及电光调谐等。其中温度调谐的速度比较慢，电光调谐的装置复杂，成本高昂。角度调谐的实际操作难度大，需要进一步提高精度。所用的非线性晶体有KDP(KH2PO4，磷酸二氢钾)、ADP(NH4H2PO4，磷酸二氢铵)、LiNbO3(铌酸锂)及BNN(Ba2NaNb5O15，铌酸钡钠)等，这一阶段在理论上建立了完善的参量互作用理论，但由于所用的这些晶体或是非线性系数小，或者是物化性能不稳定，损伤阈值低等原因沉寂了很长一段时期。80年代以后，以KTP(KTiOPO4，磷酸氧钛钾)、BBO(β-BaB2O4，偏硼酸钡)、LBO(LiB3O5，三硼酸锂)等为代表的一些性能优良的非线性晶体的出现，使该方面研究取得了重大突破，出现了可见和近、中红外波段的调谐技术。80年中后期，人们开始研究了透明范围更宽、可匹配波长更长的参量振荡晶体，这些晶体包括KTP的同晶型晶体RTA(RbTiOAsO4，)、KTA(KTiOAsO4)和CTA(CsTiOAsO4)等，另外透光至远红外的晶体AgGaSe2、AgGaS2、CdGeAs2、ZnGeP2等发展也较快，这些晶体的研制成功进一步开拓了中、远红外调谐范围。当今的光学参量放大不断向高重复频率乃至连续的皮秒、飞秒输出方向发展，近几年迅速发展起来的光学超晶格材料，如PPLN(periodically poled LiNbO3，周期性极化铌酸锂晶体)，为人们呈现了一种全新的准相位匹配光参量振荡理论。
周期性极化晶体的极化周期可以被加工为所需要的任何长度，从而满足在所需要波段的准相位匹配条件，从而使红外波段OPA调谐成为可行。
发明内容
本发明的目的旨在在通信波段提供一种基于周期性极化晶体的光学参量放大波长调谐装置，该装置应具有结构简单，波长适用范围广，调谐速度快等特点。
本发明是利用不断改变信号光和泵浦光的非线性夹角的角度调谐方式来实现在1300nm或1500nm波段快速连续的OPA波长调谐。
本发明的技术解决方案如下：
一种基于周期性极化晶体的光学参量放大波长调谐装置，它包括：Nd:YAG泵浦光激光器、BBO倍频晶体、宽带信号光激光器、微位移器、全反射镜、透镜、PPLN晶体和温度控制系统，其位置关系如下：
Nd:YAG泵浦光激光器所产生的泵浦光经过BBO倍频晶体倍频的泵浦光射入所述的PPLN晶体，宽带信号光激光器产生的信号光经过全反射镜反射后，通过所述的透镜折射入PPLN晶体，该信号光与所述的泵浦光以一非共线夹角入射到所述的PPLN晶体中发生三波混频，所述的微位移器与全反射镜紧联，微位移器的振动带动全反射镜在信号光光路方向位移，所述的PPLN晶体的入射端面位于所述的透镜的后焦面，所述的温度控制系统紧包所述的PPLN晶体并控制其温度。
所述的全反射镜和透镜具有对所述的信号光高反射膜，所述的BBO倍频晶体的入射面具有对泵浦光增透膜。
所述的微位移器位移量为10mm时的频率为400Hz。
所述的PPLN晶体为纯的PPLN晶体或掺MgO的PPLN晶体。采用掺杂MgO的PPLN晶体后，损伤阈值可提升至30MW/cm2。
所述的Nd:YAG泵浦光激光器的平均功率2W，脉冲宽度6ps，重度频率76MHz。
所述的宽带信号光激光器的平均功率1mW，光谱宽度大于200nm。
所述的温度控制系统是包括紧包PPLN晶体的水冷装置和传感器以及温控电路，该系统可在0-50℃范围内保持±0.1℃的精度。
所述的PPLN晶体的周期性极化长度是由选定的信号光波段，通过相位匹配曲线选择的在较小角度变化下达到快速OPA调谐的最佳值。
本发明具有以下优点：
1.由于采用准相位匹配技术，本装置可适用于在红外区很宽的波长范围：1-3μm内实现调谐。
2.可通过选择PPLN晶体的不同极化周期长度，优化不同波段的调谐。如通信窗口处的1300nm和1500nm波段
3.整个装置全部固化，结构简单，操作简易。
4.由于采用PPLN晶体的高非线性系数，使得光学参量放大增益高，损耗低。
附图说明
图1为本发明基于周期性极化晶体的光学参量放大波长调谐装置的结构示意图。
具体实施方式
先请参阅图1，图1为本发明基于周期性极化晶体的光学参量放大波长调谐装置的结构示意图。由图可见，本发明基于周期性极化晶体的光学参量放大波长调谐装置，包括：Nd:YAG泵浦光激光器1、BBO倍频晶体2、宽带信号光激光器3、微位移器4、全反射镜5、透镜6、PPLN晶体7和温度控制系统8，上述元部件的位置关系如下：
Nd:YAG泵浦光激光器1所产生的1064nm泵浦光经过BBO倍频晶体2倍频为532nm的泵浦光射入所述的PPLN晶体7，所述的宽带信号光激光器3产生的信号光经过全反射镜5反射后，通过所述的透镜6折射入PPLN晶体7，该信号光与所述的泵浦光以一非共线夹角入射到所述的PPLN晶体7中发生三波混频，所述的微位移器4与全反射镜5紧联，微位移器4的振动带动全反射镜5在信号光光路方向位移，所述的PPLN晶体7的入射端面位于所述的透镜6的后焦面，所述的温度控制系统8紧包所述的PPLN晶体7并控制其温度。
所述的全反射镜5和透镜6具有对所述的信号光高反射膜，所述的BBO倍频晶体2的入射面具有对泵浦光增透膜。
所述的微位移器4位移量为10mm时的频率为400Hz。
所述的Nd:YAG泵浦光激光器1的平均功率2W，脉冲宽度6ps，重度频率76MHz。
所述的宽带信号光激光器输出的信号光光谱在1300nm或者1500nm处，光谱宽度大于200nm。
所述的微位移器位移量为10mm时的频率为400Hz。
所述的PPLN晶体的周期性极化长度是由选定的信号光波段，通过相位匹配曲线选择的可在较小角度变化下达到快速OPA调谐的最佳值。由于采用参杂了MgO的PPLN晶体，损伤阈值提升至30MW/cm2。
所述的温度控制系统是包括紧包PPLN晶体的水冷装置，和传感器以及温控电路，该系统可在0-50℃范围内保持±0.1℃的精度。
本发明快速光学参量放大波长调谐装置的工作过程是，根据信号光激光器的波长和信号光、泵浦光的非共线匹配方式在准相位匹配条件下得出PPLN晶体不同周期长度下的相位匹配条件，找出最优的值。并由此定下该PPLN晶体条件下满足OPA波长调谐范围的非共线夹角范围，使入射到PPLN晶体表面的由所述的Nd:YAG泵浦光激光器产生并经由所述的BBO晶体倍频后的532nm泵浦光和所述的宽带信号光激光器产生的信号光之间的夹角为该非共线夹角范围的中心，然后设定微位移器的振动量大小和透镜的位置以确定转动角度范围。实验中需设定温度控制器来控制水冷系统的运转，使得调谐不受温度的影响而产生误差。
下面举一具体实施例的参数介绍如下：
泵浦光的波长为532nm，重复频率为76MHz，平均功率2W，脉冲宽度为6ps，入射到PPLN晶体表面的光斑半径为160μm，功率密度为10.9MW/cm2；信号光的光谱范围为1200nm-1400nm，非线性夹角为3.7°；透镜的焦距为10mm，非共线夹角的变化范围为±1.1°；PPLN晶体7的周期极化长度为6.7μm；温度控制系统8设定为24℃。获得了在1200nm-1400nm波段的0PA，信号光的放大倍数大于600。
Claims (5)
1、一种基于周期性极化晶体的光学参量放大波长调谐装置，其特征在于它包括：Nd:YAG泵浦光激光器(1)、BBO倍频晶体(2)、宽带信号光激光器(3)、微位移器(4)、全反射镜(5)、透镜(6)、PPLN晶体(7)和温度控制系统(8)，其位置关系如下：所述的Nd:YAG泵浦光激光器(1)所产生的泵浦光经过BBO倍频晶体(2)倍频泵浦光射入所述的PPLN晶体(7)，宽带信号光激光器(3)产生的信号光经过全反射镜(5)反射后，通过所述的透镜(6)折射入PPLN晶体(7)，该信号光与所述的泵浦光以一非共线夹角入射到所述的PPLN晶体(7)中发生三波混频，所述的微位移器(4)与全反射镜(5)紧联，微位移器(4)的振动带动全反射镜(5)在信号光光路方向位移，所述的PPLN晶体(7)的入射端面位于所述的透镜(6)的后焦面，所述的温度控制系统(8)紧包所述的PPLN晶体(7)并控制其温度。
2、根据权利要求1所述的光学参量放大波长调谐装置，其特征在于所述的全反射镜(5)和透镜(6)具有对所述的信号光高反射膜，所述的BBO倍频晶体(2)的入射面具有对泵浦光增透膜。
3、根据权利要求1所述的光学参量放大波长调谐装置，其特征在于所述的微位移器(4)位移量为10mm时的频率为400Hz。
4、根据权利要求1所述的光学参量放大波长调谐装置，其特征在于所述的PPLN晶体(7)为纯的PPLN晶体或掺MgO的PPLN晶体。
5、根据权利要求1所述的光学参量放大波长调谐装置，其特征在于所述的温度控制系统(8)包括紧包所述的PPLN晶体(7)的水冷装置、传感器以及温控电路，该系统温控精度为在0-50℃范围内保持±0.1℃的精度。
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