CN104362506A - 一种双波段多波长红外光参量振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双波段多波长红外光参量振荡器的技术方案，该方案包括有泵浦源谐振腔、耦合隔离系统和OPO谐振腔，泵浦源谐振腔发出的激光束依次穿过耦合隔离系统和OPO谐振腔后射出。该方案采用双波长甚至三波长泵浦源泵浦OPO系统，能够使得两对甚至三对参量光能同时满足相位匹配条件，从而实现双波段多波长激光输出，解决单个OPO系统无法同时输出多个波长的问题。
Description
技术领域
本发明涉及的是激光技术应用领域，尤其是一种双波段多波长红外光参量振荡器。
背景技术
在现有技术中，公知的技术是1-3μm及3-5μm波段激光在光电对抗、大气环境监测、医疗以及光谱学研究等诸多领域有重要的应用价值。基于频率变换的光参量振荡技术（OPO）是产生1-5μm波段红外激光的有效途径之一。
基于非线性过程的基本原理，光参量过程需要满足相位匹配条件，目前通用的相位匹配方式有角度匹配、温度匹配以及周期匹配等。不管利用哪种相位匹配方式，当采用单一波长泵浦时，同时只有某一对波长的参量光能满足相位匹配条件，从而实现泵浦光到参量光的能量转移。若泵浦波长稍微变化一点，那么原有能满足相位匹配条件的一对参量光将不再满足相位匹配条件，取而代之的是另一对新的参量光。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种双波段多波长红外光参量振荡器的技术方案，该方案采用双波长甚至三波长泵浦源泵浦OPO系统，能够使得两对甚至三对参量光能同时满足相位匹配条件，从而实现双波段多波长激光输出，解决单个OPO系统无法同时输出多个波长的问题。
本方案是通过如下技术措施来实现的：一种双波段多波长红外光参量振荡器，包括有泵浦源谐振腔、耦合隔离系统和OPO谐振腔，泵浦源谐振腔发出的激光束依次穿过耦合隔离系统和OPO谐振腔后射出。
作为本方案的优选：泵浦源谐振腔内包括有全反镜、泵浦激光增益模块、Q开关和输出镜；泵浦激光增益模块发射出的激光束依次穿过Q开关和输出镜后射入隔离系统；全反镜设置在泵浦激光增益模块远离光束输出端的一侧。
作为本方案的优选：耦合隔离系统包括有耦合透镜组和隔离器；
作为本方案的优选：OPO谐振腔包括有OPO全反镜、OPO输出镜和非线性晶体，射入OPO谐振腔的激光束依次穿过OPO全反镜、非线性晶体和OPO输出镜后射出OPO谐振腔。
作为本方案的优选：泵浦激光增益模块能够输出双波长或多波长脉冲激光。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中泵浦激光增益模块选择为能同时输出两个或多个波长相近的泵浦激光增益模块，通过对泵浦激光增益模块、全反镜以及输出镜膜系设计，可使激光器同时输出多波长激光，同时考虑到多对参量光的相位匹配条件，通过合理设计非线性晶体的参数，可实现双波段多波长参量光输出。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中，1为全反镜，2为泵浦激光增益模块，3为输出镜，4为耦合透镜组，5为隔离器，6为OPO谐振腔，7为非线性晶体，8为OPO输出镜，9为OPO全反镜，10为耦合隔离系统，11为Q开关，12为泵浦源谐振腔。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
通过附图可以看出，本方案包括有泵浦源谐振腔12、耦合隔离系统10和OPO谐振腔6；泵浦源谐振腔12由全反镜1、泵浦激光增益模块2、Q开关11和输出镜3组成；耦合隔离系统10由耦合透镜组4和隔离器5组成；OPO谐振腔6由OPO全反镜9、OPO输出镜8和非线性晶体7组成。
具体实施方式一：
泵浦激光增益模块2采用808nm侧泵浦的Nd掺杂固体激光器，输出波长主要由Nd离子4F3/2-4I11/2和4F3/2-4I13/2两个能级跃迁过程产生，一般为1μm和1.3μm。包括如下激光器及输出波长：Nd:YAG同时输出1319nm及1338nm；Nd:YAG同时输出1064nm及1319nm；Nd:YAG同时输出1064nm、1319nm及1338nm；Nd:YVO4同时输出1064nm及1342nm；Nd:GdVO4同时输出1064nm及1342nm；Nd:YAP同时输出1079nm及1341nm；Nd:YLF同时输出1047nm及1053nm；Nd:KGW同时输出1067nm及1351nm等。Q开关采用1μm和1.3μm的声光Q开关，可以实现1μm和1.3μm的双波长或多波长脉冲激光输出。全反镜1对1μm和1.3μm激光具有高反射率，输出镜3对1μm和1.3μm均部分透射，具体透射率应由激光增益介质对这两种波长的增益大小而定。耦合透镜组4对1μm和1.3μm均具有高透射率。非线性晶体采用大通光口径的PPLN晶体（Periodically Poled Lithium Niobate，周期极化铌酸锂）或PPMgLN晶体（Periodically Poled MgO doped Lithium Niobate，周期极化铌酸锂），晶体表面镀对1μm和1.3μm ，近红外以及中红外三个波段的增透膜。OPO全反镜9对1μm和1.3μm激光具有高透射率，对信号光和闲频光具有高反射率，OPO输出镜8对1μm和1.3μm激光具有部分反射率或高反射率，对信号光和闲频光其中一种激光具有高透射率，另一种激光具有部分反射，或者对两种激光都具有部分反射。
通过设计PPLN晶体的极化周期（单周期、混合周期、扇形周期等复合周期）及工作温度，可以满足两对或多对参量光的相位匹配条件，实现1.4-3μm波段以及3-5μm波段的多波长同时可调谐输出。
具体实施方式二：
结合图1说明本实施方式，本实施方式与实施方式一所述的区别在于，泵浦激光增益模块2不是采用侧泵浦结构，而采用端泵浦结构。将808nm的LD通过光纤耦合输出后，经全反镜1泵浦掺Nd的激光增益介质，全反镜1对1μm和1.3μm激光具有高反射率，对808nm激光具有高透射率。
具体实施方式三：
结合图1说明本实施方式，本实施方式与实施方式一所述的区别在于，非线性晶体7采用PPLT晶体（Periodically Poled Lithium Tantalate，周期极化钽酸锂）或PPSLT晶体（Periodically Poled Stoichiometric Lithium Tantalate，周期极化化学计量比钽酸锂）。通过设计PPLT或PPSLT晶体的极化周期（单周期、混合周期、扇形周期等复合周期）及工作温度，可以满足两对或多对参量光的相位匹配条件，实现1.4-3μm波段以及3-5μm波段的多波长同时可调谐激光输出。耦合透镜组4、全反镜1、OPO输出镜8、OPO全反镜9参数也随着改变，以满足OPO的相位匹配条件。
具体实施方式四：
结合图1说明本实施方式，本实施方式与实施方式一所述的区别在于，非线性晶体7采用两块大通光口径的KTP晶体，已进行双折射相位匹配的走离效应补偿。通过设计KTP晶体的切割角度等参数，可以满足两对或多对参量光的相位匹配条件，实现1.4-3μm波段以及3-5μm波段的多波长同时可调谐激光输出。耦合透镜组4、全反镜1、OPO输出镜8、OPO全反镜9参数也随着改变，以满足OPO的相位匹配条件。
具体实施方式五：
结合图1说明本实施方式，本实施方式与实施方式二所述的区别在于，泵浦激光模块采用793nm端泵浦的 Tm:YAP，同时输出1.94μm 和1.98μm 激光。Q开关采用2μm的声光Q开关，全反镜1对1.94μm 和1.98μm具有高反射率，对793nm具有高透射率，输出镜3对1.94μm 和1.98μm具有部分透射率，对793nm具有高反射率。非线性晶体7的极化周期以及表面镀膜做出相应改变，同时耦合透镜组4、OPO全反镜9和OPO输出镜8也随着改变，以满足相位匹配条件。
具体实施方式六：
结合图1说明本实施方式，本实施方式与实施方式五所述的区别在于，非线性晶体7采用PPLT晶体（Periodically Poled Lithium Tantalate，周期极化钽酸锂）或PPSLT晶体（Periodically Poled Stoichiometric Lithium Tantalate，周期极化化学计量比钽酸锂）。通过设计PPLT或PPSLT晶体的极化周期（单周期、混合周期、扇形周期等复合周期）及工作温度，可以满足两对或多对参量光的相位匹配条件，实现2-3μm波段以及3-5μm波段的多波长同时可调谐激光输出。全反镜1、输出镜3、耦合透镜组4、OPO输出镜8、OPO全反镜9参数也随着改变，以满足OPO的相位匹配条件。
具体实施方式七：
结合图1说明本实施方式，本实施方式与实施方式五所述的区别在于，非线性晶体选择ZGP晶体（ZnGeP2，磷锗锌）。通过设计ZGP晶体的切割角度等参数，可以同时满足两对或多对参量光的相位匹配条件，实现2-3μm波段以及3-5μm波段的多波长同时输出。全反镜1、输出镜3、耦合透镜组4、OPO输出镜8、OPO全反镜9参数也随着改变，以满足OPO的相位匹配条件。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (5)
1.一种双波段多波长红外光参量振荡器，包括有泵浦源谐振腔、耦合隔离系统和OPO谐振腔，其特征是：所述泵浦源谐振腔发出的激光束依次穿过耦合隔离系统和OPO谐振腔后射出。
2. 根据权利要求1所述的一种双波段多波长红外光参量振荡器，其特征是：所述泵浦源谐振腔内包括有全反镜、泵浦激光增益模块、Q开关和输出镜；所述泵浦激光增益模块发射出的激光束依次穿过Q开关和输出镜后射入隔离系统；所述全反镜设置在泵浦激光增益模块远离光束输出端的一侧。
3. 根据权利要求1所述的一种双波段多波长红外光参量振荡器，其特征是：所述耦合隔离系统包括有耦合透镜组和隔离器。
4.根据权利要求1所述的一种双波段多波长红外光参量振荡器，其特征是：所述OPO谐振腔包括有OPO全反镜、OPO输出镜和非线性晶体，射入OPO谐振腔的激光束依次穿过OPO全反镜、非线性晶体和OPO输出镜后射出OPO谐振腔。
5. 根据权利要求1所述的一种双波段多波长红外光参量振荡器，其特征是：所述泵浦激光增益模块能够输出双波长或多波长脉冲激光。
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