CN105281191B - 一种产生高效率窄线宽中红外激光的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种产生高效率窄线宽中红外激光的装置及方法，包括泵浦源和OPO以及两级OPA，所述的装置还包括：用于将闲频光和泵浦光重合并会聚到非线性晶体中的耦合透镜；用于将信号光和闲频光分开的双色镜；用于将闲频光和泵浦光分开的双色镜；发明还公开了一种不用在OPO腔内插入线宽控制器件得到窄线宽中红外激光输出的方法：通过调整晶体中泵浦光斑大小控制其发散角，通入合适的泵浦功率获得窄线宽种子光输出，在放大过程中同样选择合适的泵浦功率和泵浦光斑大小，并合理分配两级间的泵浦功率获得高功率窄线宽的中红外输出。
Description
技术领域
本发明涉及固体激光技术领域，尤其涉及一种产生高效率窄线宽中红外激光的装置及方法。
背景技术
光学参量振荡(OPO)及光学参量振荡放大技术(OPA)是目前产生高功率中红外激光的常用方法，通常称OPO中输出波长较短的光为信号光，波长较长的光为闲频光。
准相位匹配技术(QPM)相比于双折射相位匹配技术没有波矢方向和偏振方向的限制可以通过适当的选择偏振光束，利用晶体最大非线性系数，采用非临界相位匹配方式，消除光束之间的走离效应，而PPMg:OLN晶体具有较高的有效非线性系数，较高的抗损伤阈值和可调谐范围广等特点被广泛应用于中红外激光的产生。但是其输出光线宽较宽，并且随输入光波长的变化而变化,输出的高功率参量光线宽一般为几纳米到几十纳米。
当前的研究热点是在OPO腔中加入光谱压缩器件如体布拉格光栅，F-P标准具等来控制参量光的线宽，然后通入一级OPA中进行放大，但这些器件的加入增加了光路装调的难度，提高了参量振荡阈值，减小了参量转换效率，并且造价昂贵。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种产生高效率窄线宽中红外激光的装置及方法，不需要在OPO腔中加入光谱压缩器件，通过选择泵浦光在晶体中的发散角大小和合理分配两级OPA中泵浦功率来控制线宽，包括OPO中的泵浦光发散角大小和两级OPA中的泵浦光和闲频光发散角大小。发明所采用的具体技术方案如下：
一种产生高效率窄线宽中红外激光的装置，包括：泵浦源、第一半波片、第二半波片、第三半波片、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第一偏振片、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第二偏振片、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第三偏振片、镜面法线与光路呈27°角放置的第一反射镜、镜面法线与光路呈27°角放置的第二反射角镜、镜面法线与光路呈27°角放置的第三反射角镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜、第九反射镜、第十反射镜、第十一反射镜、第一双色镜、第二双色镜、第三双色镜、第四双色镜、第五双色镜、第六双色镜、第七双色镜、第一耦合透镜、第二耦合透镜、第三耦合透镜、第四耦合透镜、第五耦合透镜、第一非线性晶体、第二非线性晶体、第三非线性晶体、光隔离器；
泵浦源发出的光经过第一半波片后由第一偏振片分光，第一偏振片分光形成的反射光依次经第一反射镜、第四反射镜、第一耦合透镜、第五反射镜、光隔离器、第六反射镜、第六双色镜、第一非线性晶体、第七双色镜后由第一双色镜分光，第一双色镜分光后的透射光经第九反射镜、第四耦合透镜后由第二双色镜反射；
第一偏振片分光形成的透射光经过第二半波片后由第二偏振片分光，第二偏振片分光后形成的反射光依次通过第二反射角镜、第二耦合透镜、第七反射镜后由第二双色镜透射；
第二双色镜反射或透射形成的光经过第二非线性晶体后由第三双色镜分光，第三双色镜分光形成的反射光依次通过第十反射镜、第十一反射镜、第五耦合透镜后由第四双色镜反射；
第二偏振片分光后形成的透射光依次通过第三半波片、第三偏振片、第三反射角镜、第三耦合透镜、第八反射镜后由第四双色镜透射；
第四双色镜反射或透射形成的光通过第三非线性晶体后由第五双色镜进行分光。
作为优选，所述的泵浦源输出的光为线偏光，中心波长为1064nm，线宽为0.05nm，光束质量小于1.5；
作为优选，所述的第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜与光路呈45°放置，均镀有1064nm高反膜；
作为优选，所述的第九反射镜、第十反射镜与光路呈45°放置，均镀有2.9μm高反膜；
作为优选，所述的第一双色镜与光路呈45°放置，对1.67μm的信号光高反，对2.9μm的光高透；所述的第二双色镜、第三双色镜、第四双色镜、第五双色镜与光路呈45°放置，对1064nm高透，对2.9μm高反；
作为优选，所述的第六双色镜与光路垂直放置，其对信号光1.67μm和闲频光2.9μm的光高反，且镀有1064nm的减反膜；
作为优选，所述的第七双色镜与光路垂直放置，其对1064nm的光高反，对1.67μm的光部分反射，对2.9μm的光高透；
作为优选，所述的第一耦合透镜、第二耦合透镜、第三耦合透镜为单透镜或透镜组，材料为K9玻璃，镀有1064nm光的高透膜；所述的第四耦合透镜、第五耦合透镜为单透镜或透镜组，材料为CaF2，镀有2.9μm光的高透膜；
作为优选，所述的第一非线性晶体、第二非线性晶体、第一非线性晶体材料为0.5at.％掺MgO的PPLN晶体，其表面镀有1064nm的减反膜和1.67μm以及2.9μm的高透膜；
本发明同时提供了一种采用所述装置的控制窄线宽中红外激光输出的方法，它的步骤如下：
1)泵浦源发出的光经过第一偏振片分光，反射光经过第一反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜入射到由第六双色镜、第七双色镜以及第一非线性晶体组成的OPO系统中，再利用第一耦合透镜将泵浦光聚焦在OPO系统的PPLN晶体中心，控制光斑直径为0.7mm以减小发散角，为提高转换效率降低阈值泵浦光经过第七双色镜反射后再次通过第一非线性晶体，转动第一半波片调节泵浦光功率，当泵浦功率大于OPO阈值时信号光在OPO腔中振荡，闲频光随信号光在腔中传输，但只在腔中往返一次就由第七双色镜输出，调节泵浦功率是OPO阈值功率的2为3倍时，输出信号光线宽为0.25nm，闲频光线宽为0.75nm；
2)泵浦源发出的光经过第一偏振片分光，透射光经过第二偏振片分光，反射光经过第二反射角镜、第七反射镜、第二双色镜进入由第二非线性晶体组成的预放级OPA中，同时OPO输出的参量光经第一双色镜分光，信号光进入吸收池，闲频光经第九反射镜、第二双色镜反射进入由第二非线性晶体组成的OPA中，分别调节第二耦合透镜、第二双色镜、第七反射镜、第四耦合透镜使泵浦光和闲频光聚焦在预放级OPA的PPLN晶体中心，并且使两个光光轴重合，此级OPA泵浦光斑直径为0.6mm，闲频光光斑小于泵浦光，转动第二半波片调节泵浦峰值功率密度为3MW/cm2,以保证放大闲频光的同时确保信号光线宽仍然为0.25nm，闲频光线宽为0.75nm；
3)步骤2)中经过第二偏振片的透射光经第三偏振片、第三反射角镜、第八反射镜反射进入由第三非线性晶体组成的功放级OPA中，同时预放级OPA输出的闲频光和残留的泵浦光经第三双色镜分光，泵浦光进入吸收池，闲频光经第十反射镜、第十一反射镜、第四双色镜反射进入由第三非线性晶体组成的功放级OPA中，分别调节第三耦合透镜、第八反射镜、第四双色镜、第五耦合透镜使泵浦光和闲频光聚焦在功放级OPA的PPLN晶体中心，并且使两个光光轴重合，此级OPA泵浦光斑直径为0.84mm，根据预放级OPA输出的闲频光大小分配泵浦功率约为预放级泵浦的2倍时得到效率最高的闲频光输出，同时信号光线宽小于0.5nm，闲频光线宽小于1.5nm。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1)本发明在不需要光谱压缩器件的条件下通过选择合适的泵浦光斑大小控制其发散角实现了窄线宽中红外闲频光输出，降低了光路调节难度和成本，减小了腔内损耗。
2)本发明通过合理控制两级OPA中泵浦光斑大小，实现了输出闲频光线宽小于1.5nm
3)本发明通过合理分配两级OPA间的泵浦功率，和普通单级OPA相比在输出光-泵浦光转换效率相近的条件下保证闲频光线宽小于1.5nm。
附图说明
图1为本发明获得到窄线宽中红外激光的装置示意图；
图2为本发明OPO结构装置示意图；
图3为本发明OPO输出的信号光光谱图；
图4为本发明功放级OPA输出信号光光谱图；
图中，泵浦源1、第一半波片2、第二半波片3、第三半波片4、第一偏振片5、第二偏振片6、第三偏振片7、第一反射镜8、第二反射角镜9、第三反射角镜10、第四反射镜11、第五反射镜12、第六反射镜13、第七反射镜14、第八反射镜15、第九反射镜16、第十反射镜17、第十一反射镜18、第一双色镜19、第二双色镜20、第三双色镜21、第四双色镜22、第五双色镜23、第六双色镜24、第七双色镜25、第一耦合透镜26、第二耦合透镜27、第三耦合透镜28、第四耦合透镜29、第五耦合透镜30、第一非线性晶体31、第二非线性晶体32、第三非线性晶体33、光隔离器34；a表示小光斑传输轮廓的泵浦光和参量光实线组,b表示中型光斑传输轮廓的泵浦光和参量光虚线组，c表示大光斑传输轮廓的泵浦光和参量光实线组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种产生高效率窄线宽中红外激光的装置，包括：泵浦源1、第一半波片2、第二半波片3、第三半波片4、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第一偏振片5、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第二偏振片6、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第三偏振片7、镜面法线与光路呈27°角放置的第一反射镜8、镜面法线与光路呈27°角放置的第二反射角镜9、镜面法线与光路呈27°角放置的第三反射角镜10、第四反射镜11、第五反射镜12、第六反射镜13、第七反射镜14、第八反射镜15、第九反射镜16、第十反射镜17、第十一反射镜18、第一双色镜19、第二双色镜20、第三双色镜21、第四双色镜22、第五双色镜23、第六双色镜24、第七双色镜25、第一耦合透镜26、第二耦合透镜27、第三耦合透镜28、第四耦合透镜29、第五耦合透镜30、第一非线性晶体31、第二非线性晶体32、第三非线性晶体33、光隔离器34；
泵浦源1发出的光经过第一半波片2后由第一偏振片5分光，第一偏振片5分光形成的反射光依次经第一反射镜8、第四反射镜11、第一耦合透镜26、第五反射镜12、光隔离器34、第六反射镜13、第六双色镜24、第一非线性晶体31、第七双色镜25后由第一双色镜19分光，第一双色镜19分光后的透射光经第九反射镜16、第四耦合透镜29后由第二双色镜20反射；
第一偏振片5分光形成的透射光经过第二半波片3后由第二偏振片6分光，第二偏振片6分光后形成的反射光依次通过第二反射角镜9、第二耦合透镜27、第七反射镜14后由第二双色镜20透射；
第二双色镜20反射或透射形成的光经过第二非线性晶体32后由第三双色镜21分光，第三双色镜21分光形成的反射光依次通过第十反射镜17、第十一反射镜18、第五耦合透镜30后由第四双色镜22反射；
第二偏振片6分光后形成的透射光依次通过第三半波片4、第三偏振片7、第三反射角镜10、第三耦合透镜28、第八反射镜15后由第四双色镜22透射；
第四双色镜22反射或透射形成的光通过第三非线性晶体33后由第五双色镜23进行分光。
所述的泵浦源1输出的光为线偏光，中心波长为1064nm，线宽为0.05nm，光束质量小于1.5。
所述的第四反射镜11、第五反射镜12、第六反射镜13、第七反射镜14、第八反射镜15与光路呈45°放置，均镀有1064nm高反膜。
所述的第九反射镜16、第十反射镜17与光路呈45°放置，均镀有2.9μm高反膜。
所述的第一双色镜19与光路呈45°放置，对1.67μm的信号光高反，对2.9μm的光高透；所述的第二双色镜20、第三双色镜21、第四双色镜22、第五双色镜23与光路呈45°放置，对1064nm高透，对2.9μm高反。
所述的第六双色镜24与光路垂直放置，其对信号光1.67μm和闲频光2.9μm的光高反，且镀有1064nm的减反膜。
所述的第七双色镜25与光路垂直放置，其对1064nm的光高反，对1.67μm的光部分反射，对2.9μm的光高透。
所述的第一耦合透镜26、第二耦合透镜27、第三耦合透镜28为单透镜或透镜组，材料为K9玻璃，镀有1064nm光的高透膜；所述的第四耦合透镜29、第五耦合透镜30为单透镜或透镜组，材料为CaF2，镀有2.9μm光的高透膜。
所述的第一非线性晶体31、第二非线性晶体32、第一非线性晶体33材料为0.5at.％掺MgO的PPLN晶体，其表面镀有1064nm的减反膜和1.67μm以及2.9μm的高透膜。
基于上述装置，本发明提供了一种采用该装置的控制窄线宽中红外激光输出的方法，它的步骤如下：
1)泵浦源1发出的光经过第一偏振片5分光，反射光经过第一反射镜8、第四反射镜11、第五反射镜12、第六反射镜13入射到由第六双色镜24、第七双色镜25以及第一非线性晶体31组成的OPO系统中，再利用第一耦合透镜26将泵浦光聚焦在OPO系统的PPLN晶体中心，控制光斑直径为0.7mm以减小发散角，为提高转换效率降低阈值泵浦光经过第七双色镜25反射后再次通过第一非线性晶体31，转动第一半波片2调节泵浦光功率，当泵浦功率大于OPO阈值时信号光在OPO腔中振荡，闲频光随信号光在腔中传输，但只在腔中往返一次就由第七双色镜25输出，调节泵浦功率是OPO阈值功率的2～3倍时，如图3所示输出信号光线宽(FWHM)约为0.25nm，计算可得闲频光线宽为0.75nm；
2)泵浦源1发出的光经过第一偏振片5分光，透射光经过第二偏振片6分光，反射光经过第二反射角镜9、第七反射镜14、第二双色镜20进入由第二非线性晶体32组成的预放级OPA中，同时OPO输出的参量光经第一双色镜19分光，信号光进入吸收池，闲频光经第九反射镜16、第二双色镜20反射进入由第二非线性晶体32组成的OPA中，分别调节第二耦合透镜27、第二双色镜20、第七反射镜14、第四耦合透镜29使泵浦光和闲频光聚焦在预放级OPA的PPLN晶体中心，并且使两个光光轴重合，此级OPA泵浦光斑直径为0.6mm，闲频光光斑小于泵浦光，转动第二半波片2调节泵浦峰值功率密度为3MW/cm2,以保证放大闲频光的同时确保信号光线宽仍然为0.25nm，闲频光线宽为0.75nm；
3)步骤2)中经过第二偏振片6的透射光经第三偏振片7、第三反射角镜10、第八反射镜15反射进入由第三非线性晶体33组成的功放级OPA中，同时预放级OPA输出的闲频光和残留的泵浦光经第三双色镜21分光，泵浦光进入吸收池，闲频光经第十反射镜17、第十一反射镜18、第四双色镜22反射进入由第三非线性晶体33组成的功放级OPA中，分别调节第三耦合透镜28、第八反射镜15、第四双色镜22、第五耦合透镜30使泵浦光和闲频光聚焦在功放级OPA的PPLN晶体中心，并且使两个光光轴重合，此级OPA泵浦光斑直径为0.84mm，根据预放级OPA输出的闲频光大小分配泵浦功率约为预放级泵浦的2倍时得到效率最高的闲频光输出，如图4所示信号光线宽小于0.5nm，计算可得闲频光线宽小于1.5nm。
图2中实线组a为泵浦光斑为0.5mm是泵浦光和参量光的光束传输示意图，虚线组b为0.7mm泵浦光和参量光的光束传播示意图，实线组c为0.8mm泵浦光和参量光的光束传播示意图。光斑大小为0.5mm时，OPO阈值最低，输出1.67μm光有多纵模，导致线宽很宽，缩短腔长由于增益很高并不能很好抑制线宽，调整光斑大小为0.7mm时使用9cm的短腔很好的抑制了多纵模产生，参量光发散角较0.5mm时的参量光小，在平平腔内振荡传输过程中横模恶化不严重使得输出的1.67μm光线宽小于0.25nm，而光斑大小0.8mm时OPO阈值提高，输出线宽较0.7mm时相差仿佛，所以采用0.7mm的泵浦光斑能在保证转化效率的情况小控制输出线宽。
实施例
本实施例所采用的结构采用上述的多种优选方式的组合，即如图1所示的装置进行试验。泵浦源1发出的光经过第一偏振片5分光，反射光经过第三反射角镜10、第四反射镜11、第五反射镜12、第六反射镜13入射到由第六双色镜24、第七双色镜25以及第一非线性晶体31组成的OPO系统中，选择合适焦距的第一耦合透镜26将泵浦光聚焦在PPLN晶体中心，控制光斑直径0.7mm以减小发散角，为提高转换效率降低阈值，泵浦光经过第七双色镜25反射后再次通过第一非线性晶体31，转动第一半波片2调节泵浦光功率，当泵浦功率大于OPO阈值时信号光在OPO腔中振荡，闲频光随信号光在腔中传输，但只在腔中往返一次就由第七双色镜25输出，调节泵浦功率是OPO阈值功率的2～3倍时，输出信号光线宽0.25nm，闲频光线宽0.75nm。
泵浦源1发出的光经过第一偏振片5分光，透射光经过第二偏振片6分光，反射光经过第二反射角镜9、第七反射镜14、第二双色镜20进入由第二非线性晶体32组成的预放级OPA中，同时OPO输出的参量光经第一双色镜19分光，信号光进入吸收池，闲频光经第九反射镜16、第二双色镜20反射进入由第二非线性晶体32组成的预放级OPA中，分别调节第二耦合透镜27、第二双色镜20、第七反射镜14、第四耦合透镜29使泵浦光和闲频光聚焦在预放级OPA的PPLN晶体中心，并且使两个光光轴重合，此级OPA泵浦光斑直径0.6mm，闲频光光斑略小于泵浦光，转动第二半波片3调节泵浦峰值功率密度3MW/cm2,以保证放大闲频光的同时确保信号光线宽仍然0.25nm，闲频光线宽0.75nm。
如前所述的经过第二偏振片6的透射光经第三偏振片7、第三反射角镜10、第八反射镜15反射进入由第三非线性晶体33组成的功放级OPA中，同时预放级OPA输出的闲频光和残留的泵浦光经第三双色镜21分光，泵浦光进入吸收池，闲频光经第十反射镜17、第十一反射镜18、第四双色镜22反射进入由第三非线性晶体33组成的功放级OPA中，分别调节第三耦合透镜28、第八反射镜15、第四双色镜22、第五耦合透镜30使泵浦光和闲频光聚焦在功放级OPA的PPLN晶体中心，并且使两个光光轴重合，此级OPA泵浦光斑直径～0.84mm，OPO和OPA中晶体均为0.5at.％MgO掺杂的PPLN晶体，晶体规格为1*1*50mm3，表面镀有1064nm减反膜和1.67μm和2.9μm高透膜。当两级OPA功率分配比大约为1：2时，得到总体闲频光转换效率大于15％，2.9μm闲频光线宽小于1.5nm，输出闲频光功率大于5.3W。应当注意的是受限于中红外膜层和PPLN晶体的损伤阈值，泵浦光功率密度不宜超过12MW/cm2。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特征在于包括：泵浦源（1）、第一半波片（2）、第二半波片（3）、第三半波片（4）、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第一偏振片（5）、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第二偏振片（6）、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第三偏振片（7）、镜面法线与光路呈27°角放置的第一反射镜（8）、镜面法线与光路呈27°角放置的第二反射角镜（9）、镜面法线与光路呈27°角放置的第三反射角镜（10）、第四反射镜（11）、第五反射镜（12）、第六反射镜（13）、第七反射镜（14）、第八反射镜（15）、第九反射镜（16）、第十反射镜（17）、第十一反射镜（18）、第一双色镜（19）、第二双色镜（20）、第三双色镜（21）、第四双色镜（22）、第五双色镜（23）、第六双色镜（24）、第七双色镜（25）、第一耦合透镜（26）、第二耦合透镜（27）、第三耦合透镜（28）、第四耦合透镜（29）、第五耦合透镜（30）、第一非线性晶体（31）、第二非线性晶体（32）、第三非线性晶体（33）、光隔离器（34）；
泵浦源（1）发出的光经过第一半波片（2）后由第一偏振片（5）分光，第一偏振片（5）分光形成的反射光依次经第一反射镜（8）、第四反射镜（11）、第一耦合透镜（26）、第五反射镜（12）、光隔离器（34）、第六反射镜（13）、第六双色镜（24）、第一非线性晶体（31）、第七双色镜（25）后由第一双色镜（19）分光，第一双色镜（19）分光后的透射光经第九反射镜（16）、第四耦合透镜（29）后由第二双色镜（20）反射；
第一偏振片（5）分光形成的透射光经过第二半波片（3）后由第二偏振片（6）分光，第二偏振片（6）分光后形成的反射光依次通过第二反射角镜（9）、第二耦合透镜（27）、第七反射镜（14）后由第二双色镜（20）透射；
第二双色镜（20）反射或透射形成的光经过第二非线性晶体（32）后由第三双色镜（21）分光，第三双色镜（21）分光形成的反射光依次通过第十反射镜（17）、第十一反射镜（18）、第五耦合透镜（30）后由第四双色镜（22）反射；
第二偏振片（6）分光后形成的透射光依次通过第三半波片（4）、第三偏振片（7）、第三反射角镜（10）、第三耦合透镜（28）、第八反射镜（15）后由第四双色镜（22）透射；
第四双色镜（22）反射或透射形成的光通过第三非线性晶体（33）后由第五双色镜（23）进行分光。
2.如权利要求1所述的产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特征在于，所述的泵浦源（1）输出的光为线偏光，中心波长为1064nm，线宽为0.05nm，光束质量小于1.5。
3.如权利要求1所述的产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特征在于，所述的第四反射镜（11）、第五反射镜（12）、第六反射镜（13）、第七反射镜（14）、第八反射镜（15）与光路呈45°放置，均镀有1064nm高反膜。
4.如权利要求1所述的产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特征在于，所述的第九反射镜（16）、第十反射镜（17）与光路呈45°放置，均镀有2.9μm高反膜。
5.如权利要求1所述的产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特征在于，所述的第一双色镜（19）与光路呈45°放置，对1.67μm的信号光高反，对2.9μm的光高透；所述的第二双色镜（20）、第三双色镜（21）、第四双色镜（22）、第五双色镜（23）与光路呈45°放置，对1064nm高透，对2.9μm高反。
6.如权利要求1所述的产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特征在于，所述的第六双色镜（24）与光路垂直放置，其对信号光1.67μm和闲频光2.9μm的光高反，且镀有1064nm的减反膜。
7.如权利要求1所述的产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特征在于，所述的第七双色镜（25）与光路垂直放置，其对1064nm的光高反，对1.67μm的光部分反射，对2.9μm的光高透。
8.如权利要求1所述的产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特征在于，所述的第一耦合透镜（26）、第二耦合透镜（27）、第三耦合透镜（28）为单透镜或透镜组，材料为K9玻璃，镀有1064nm光的高透膜；所述的第四耦合透镜（29）、第五耦合透镜（30）为单透镜或透镜组，材料为CaF2，镀有2.9μm光的高透膜。
9.如权利要求1所述的产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特征在于，所述的第一非线性晶体（31）、第二非线性晶体（32）、第一非线性晶体（33）材料为0.5at.%掺MgO的PPLN晶体，其表面镀有1064nm的减反膜和1.67μm以及2.9μm的高透膜。
10.一种采用如权利要求1所述装置的控制窄线宽中红外激光输出的方法，其特征在于它的步骤如下：
1）泵浦源（1）发出的光经过第一偏振片（5）分光，反射光经过第一反射镜（8）、第四反射镜（11）、第五反射镜（12）、第六反射镜（13）入射到由第六双色镜（24）、第七双色镜（25）以及第一非线性晶体（31）组成的OPO系统中，再利用第一耦合透镜（26）将泵浦光聚焦在OPO系统的PPLN晶体中心，控制光斑直径为0.7mm以减小发散角，为提高转换效率降低阈值泵浦光经过第七双色镜（25）反射后再次通过第一非线性晶体（31），转动第一半波片（2）调节泵浦光功率，当泵浦功率大于OPO阈值时信号光在OPO腔中振荡，闲频光随信号光在腔中传输，但只在腔中往返一次就由第七双色镜（25）输出，调节泵浦功率是OPO阈值功率的2~3倍时，输出信号光线宽为0.25nm，闲频光线宽为0.75nm；
2）泵浦源（1）发出的光经过第一偏振片（5）分光，透射光经过第二偏振片（6）分光，反射光经过第二反射角镜（9）、第七反射镜（14）、第二双色镜（20）进入由第二非线性晶体（32）组成的预放级OPA中，同时OPO输出的参量光经第一双色镜（19）分光，信号光进入吸收池，闲频光经第九反射镜（16）、第二双色镜（20）反射进入由第二非线性晶体（32）组成的OPA中，分别调节第二耦合透镜（27）、第二双色镜（20）、第七反射镜（14）、第四耦合透镜（29）使泵浦光和闲频光聚焦在预放级OPA的PPLN晶体中心，并且使两个光光轴重合，此级OPA泵浦光斑直径为0.6mm，闲频光光斑小于泵浦光，转动第二半波片（2）调节泵浦峰值功率密度为3MW/cm2,以保证放大闲频光的同时确保信号光线宽仍然为0.25nm，闲频光线宽为0.75nm；
3）步骤2）中经过第二偏振片（6）的透射光经第三偏振片（7）、第三反射角镜（10）、第八反射镜（15）反射进入由第三非线性晶体（33）组成的功放级OPA中，同时预放级OPA输出的闲频光和残留的泵浦光经第三双色镜（21）分光，泵浦光进入吸收池，闲频光经第十反射镜（17）、第十一反射镜（18）、第四双色镜（22）反射进入由第三非线性晶体（33）组成的功放级OPA中，分别调节第三耦合透镜（28）、第八反射镜（15）、第四双色镜（22）、第五耦合透镜（30）使泵浦光和闲频光聚焦在功放级OPA的PPLN晶体中心，并且使两个光光轴重合，此级OPA泵浦光斑直径为0.84 mm，根据预放级OPA输出的闲频光大小分配泵浦功率约为预放级泵浦的2倍时得到效率最高的闲频光输出，同时信号光线宽小于0.5nm，闲频光线宽小于1.5nm。
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