CN108183387A - 一种用于激光器的光学参量振荡器系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于激光器的光学参量振荡器系统(100)。该光学参量振荡器系统(100)包括泵浦源、光学参量振荡器(102)和混频器(103)。泵浦源包括第一泵浦源(1)和第二泵浦源(13)，第一泵浦源(1)用于提供第一泵浦光和第二泵浦光，第一泵浦光提供给光学参量振荡器(102)。第二泵浦源(13)用于提供入射到光学参量振荡器(102)的种子激光。光学参量振荡器(102)配置成对第一泵浦光和种子激光进行处理而产生第一信号光。混频器配置成对第二泵浦光和第一信号光进行混频处理以输出第二信号光。本申请的光学参量振荡器系统结构紧凑、稳定性高，且适用于超高重复频率、高能量激光器。

Description

一种用于激光器的光学参量振荡器系统

技术领域

本发明涉及光电子和激光技术领域，尤其涉及一种可调谐超高重复频率光学参量振荡器，可按需调谐固体、二极管激光器输出波长的光学参量振荡器。它适用于精密光学测量、光谱学、激光雷达、环境污染气体检测、医用光学等领域。

背景技术

激光介质的能级结构和荧光发射谱线对能够产生何种波长的激光起着决定性的作用。不同激光介质可以产生不同波长的激光，但是，大多数情况下，使用单一激光介质的激光器，通常也只能输出一种特定波长的激光。然而，从物理、化学学科的基础研究到医学，甚至工业应用，越来越多的研究或者应用领域需要同时用到两束不同波长的激光。此外，通过非线性差频产生中红外，甚至太赫兹(THz)波段的辐射源；基于被测气体对不同波长的激光存在吸收差异的差分吸收式激光雷达；CARS(相干反斯托克斯拉曼散射)显微成像技术等都需要同时使用不同波长的激光。另外，在很多研究领域需要具有时间分辨的光谱或是成像测量，超高重复频率激光的使用也越来越普遍。

基于非线性频率转换的光学参量振荡器(optical parametric oscillator，简称OPO)用于拓展激光辐射的输出波段，通过二阶非线性光学相互作用，将入射激光，或称为泵浦光ωp转换为两个频率不同的出射激光ωs和ωi，其中一个频率较高者称为信号光ωs，另一个频率较低的称为闲频光ωi，泵浦光的频率等于信号光和闲频光的频率之和，即ωp＝ωs+ωi。随着近年来非线性光学元件和参量变化技术的快速发展，使得光学参量振荡器具有大范围连续可调波长的能力。

除了光学参量振荡器外，工作物质采用染料的染料激光器也可以实现波长调谐。相比于染料激光器，传统光学参量振荡器成本高、光斑质量低、稳定性差、波长调谐更加复杂等问题均导致染料激光器是目前商用可调谐激光的首选。然而染料激光器具有以下问题：

1.由于采用染料作为激发介质，所以当激光频率较高或能量过强时，染料吸收能量达到饱和容易沸腾，从而导致输出光斑均匀性、能量及稳定性大幅降低，且染料寿命也急剧缩短，需要频繁更换染料，所以染料激光器适用的激光频率及能量相对较低。

2.染料激光器整体波长调谐范围根据不同染料有所区别，每种染料输出波长的调谐范围十分有限，而且更换染料时需要先清洗染料池，在初期研究需要大范围调谐波长时操作非常繁琐。

3.染料均具有一定毒性，在操作时需要注意安全。

专利申请号为CN201420603305.7的专利介绍了一款YAG脉冲激光器泵浦光学参量振荡器的实验系统。该光学参量振荡器包括定位于同一光轴中的聚光腔组件、调Q组件、全反镜组件、OPO转换组件、第二输出镜、二倍频镜组件和靶板组件。该振荡器结构简单，主要是用于实验教学，主要缺点包括没有种子激光使得输出的信号光在频域上单色性不好，对于光谱测量的实用性不大。申请号为CN200910079549.3的专利介绍了一款光学参量振荡器，该光学参量振荡器包括双零色散波长的非线性光学材料、高反射镜、输出镜、参量振荡光束准直器、参量光线宽压缩器、激光功率控制器和光学隔离器。主要缺点包括此光学参量振荡系统使用光纤来补偿色散，不适于应用到超高重复频率和高能量泵浦激光系统。

基于以上问题可以看出，开发一套可适用于超高重复频率、高能量激光器的光学参量振荡器系统非常有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种可适用于超高重复频率、高能量激光器的光学参量振荡器系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于激光器的光学参量振荡器系统，所述光学参量振荡器系统包括泵浦源、光学参量振荡器和混频器，其中所述泵浦源包括第一泵浦源和第二泵浦源，所述第一泵浦源用于提供第一泵浦光和第二泵浦光，所述第一泵浦光提供给所述光学参量振荡器，所述第二泵浦光提供给所述混频器；所述第二泵浦源用于提供入射到所述光学参量振荡器的种子激光；所述光学参量振荡器配置成对所述第一泵浦光和所述种子激光进行处理而产生第一信号光；以及所述混频器配置成对所述第二泵浦光和所述第一信号光进行混频处理以输出第二信号光。

较佳地，所述光学参量振荡器系统进一步设有第一整形装置、第一折返镜、准直透镜和光隔离器，以及所述光学参量振荡器包括依次排布的第一输入耦合镜、第一非线性光学元件、第二非线性光学元件、第二输入耦合镜和高反镜并包括输出耦合镜和第一双色镜，其中所述高反镜和输出耦合镜构成谐振腔；所述第一整形装置和所述第一折返镜布置成使得所述第一泵浦光经所述第一整形装置、所述第一折返镜和所述第一输入耦合镜进入所述第一非线性光学元件和所述第二非线性光学元件，并在所述谐振腔中与来自所述第二泵浦源的种子激光进行光参量转换，以产生第一信号光和第一闲频光，其中来自所述第二泵浦源的种子激光依次经过所述准直透镜、所述光隔离器和所述第一双色镜后进入所述谐振腔，以及所述第一双色镜将所述第一信号光和所述第一闲频光分光。

较佳地，所述光隔离器位于所述准直透镜之后，并配置成用于使水平方向偏振的激光透射，垂直方向偏振的激光反射，且只允许单向光通过。

较佳地，所述混频器具有依次排布的第三输入耦合镜、第三非线性光学元件以及第二双色镜，所述光学参量振荡器系统进一步包括依次排布的半波片、第二整形装置和延时装置；其中所述第二泵浦光依次经过所述半波片、所述第二整形装置和所述延时装置，然后与所述第一信号光同时通过所述第三输入耦合镜进入到所述第三非线性光学元件，进行混频形成第二信号光和第二闲频光，以及所述第二双色镜将所述第二信号光和所述第二闲频光进行分光。

较佳地，所述第二闲频光透过所述第二双色镜输出入射到第一光挡上，以及所述第二信号光被所述第二双色镜反射出光参量振荡系统，用于光谱和成像研究。

较佳地，所述第一泵浦光和所述第二泵浦光为重复频率大于10K赫兹且波长不同的光。

较佳地，所述第一泵浦源为单模或多模的超高重复频率的固体激光器、半导体激光器或光纤激光器；以及所述第二泵浦源为连续可调单模窄线宽二极管激光器。

较佳地，所述第一输入耦合镜和第二输入耦合镜用于对所述第一泵浦光进行高反并对所述第一信号光和所述种子激光进行增透，其中所述输出耦合镜用于对所述种子激光和所述第一闲频光增透并使得所述第一信号光部分透射，所述第一双色镜用于对所述第一信号光进行高反和对所述第一闲频光进行增透，所述高反镜用于对所述第一信号光和所述第一闲频光进行高反。

较佳地，所述第一整形装置和所述准直透镜用于实现对所述第一泵浦光和所述种子激光的准直，并通过改变光斑的半径来实现与所述谐振腔空间模式的匹配。

较佳地，所述第一非线性光学元件和第二非线性光学元件设置成根据所述第一泵浦光偏振方向的要求，利用光的偏振方向的I类双折射相位匹配实现产生水平偏振的超高重复频率纳秒激光。

较佳地，所述第一非线性光学元件、所述第二非线性光学元件和所述第三非线性光学元件均是KTP、KTA、RTP、LBO、BBO、ZnGeP和AsGaS中的一种，或是周期极化的光学超晶格晶体PPKTP、PPLN和PPLT中的一种。由上述材料制成的非线性光学元件特别有利于产生超高重复频率纳秒激光。

较佳地，所述谐振腔是三谐振腔镜折叠腔，或是四谐振腔镜环形腔，或是四谐振腔镜折叠腔；以及所述谐振腔的谐振方式是单谐振或是双谐振。

较佳地，所述半波片布置于所述第一泵浦源之后，并用于对第二泵浦激光的偏振方向进行改变；所述延时装置配置成用于实现第二泵浦光和第一信号光在所述第三非线性光学元件中的相位匹配。

本申请的光学参量振荡器系统利用种子激光调谐且谐振腔镜(即高反镜和输出耦合镜)镀参量光窄带光学膜，不需要插入选模器件，即可实现参量光的窄线宽。该类光学参量振荡器能够产生可见光至中远红外纳秒和皮秒激光，波长范围宽。参量光能够调谐输出。利用双谐振实现了群速度色散补偿，有效地实现了参量光的振荡，极大地减小了谐振腔内的插入损耗，降低了泵浦阈值，提高了参量光功率和效率。参量光的脉冲不被色散和各种非线性光学效应展宽。光学参量振荡器的结构简单紧凑，便于生产安装和非专业人士操作使用。该类光学参量振荡器产生的信号光在与532nm或是1064nm激光泵浦下进行混频能够产生紫外光信号，在激光诱导荧光和激光成像等领域具有重要用途。

本发明的优点还在于：

1.本发明体积小巧，结构简单，搭建方便，易于维护。

2.振荡器结构紧凑，极大地降低了制造成本。

3.本发明避免了染料激光器在超高频率激光泵浦时的各种缺点，大大提高系统稳定性及使用寿命。

4.本发明采用连续激光种子源作为泵浦源，能够获得单一线偏振的输出激光，提高泵浦信号转化效率。

附图说明

图1是根据本发明的一实施例的光学参量振荡器系统的系统示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“所述”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

如图1所示，光学参量振荡器系统100包括泵浦源、光学参量振荡器102和混频器103。本实施例中，参考图1，泵浦源包括第一泵浦源1和第二泵浦源13。第一泵浦源1可提供第一泵浦光和第二泵浦光。第一泵浦光提供给光学参量振荡器。第二泵浦光提供给混频器。第二泵浦源13作为种子激光入射光学参量振荡器102。光学参量振荡器102为基于非线性频率转换的光学参量振荡器，其用于拓展激光辐射的输出波段，通过二阶非线性光学相互作用，将入射激光，或称为泵浦光转换为两个频率不同的出射激光信号光和闲频光，入射泵浦光的频率等于信号光和闲频光的频率之和。混频器103利用晶体的二阶非线性，将两束不同频率的入射光转换成信号光输出，信号光的频率为两束入射光频率之和。两束入射光中的一束入射光来自光学参量振荡器102。光学参量振荡器产生的信号光输出到光学混频器103，与第一泵浦源1输出的第二泵浦光进行混频并经过输出耦合系统输出，用于执行光谱学/荧光成像。将在下面更详细地解释各个部件。

泵浦源

在该示例中，如图1所示，第一泵浦源1向光学参量振荡器提供泵浦光(在本文中被称为第一泵浦光)和给光学混频器提供泵浦光(在本文中被称为第二泵浦光)。在该示例中，第一泵浦源1为脉冲群式超高重复频率激光器，也可以包括不同类型的超高重复频率激光器，例如另一种类型的锁模光纤激光器，锁模结晶固体激光器或锁模半导体激光器等。第一泵浦源1的重复频率可以达到10k-500k赫兹。本文中，超高重复频率指的是重复频率超过10k赫兹。在其他示例中，第二泵浦光可以由分光器提供的部分第一泵浦光，或是使用另外泵浦激光源，但是这样的方法可能会降低成本效益和/或效率不高。在该示例中，由第一泵浦源1提供的第一泵浦光包括波长为355纳米的光，具有10纳秒的脉冲宽度，10k-500k赫兹的重复频率和最大输出能量200毫焦/脉冲。在其他示例中，第一泵浦光可以具有一个或多个不同的参数，可以改变初始泵浦脉冲光的波长，以改变泵浦源2中的种子连续光的波长，并且因此可以控制信号光和闲频光的范围，重复频率可以对应于1k和10M赫兹之间的任何值。第一泵浦光经过第一整形装置2被反射镜3反射，然后通过输入耦合镜4进入第一和第二非线性光学元件5、6。通过移动第一输入耦合镜4保持第一泵浦光在第一和第二非线性光学元件5、6上的入射位置和角度，可以实现从零到约1微秒的时间偏移和相位匹配。

第二泵浦光脉冲包括波长为1064或532纳米的光，具有10纳秒的脉冲宽度，10k-500k赫兹的重复频率。第二泵浦光经过半波片14、第二整形装置20、延时装置21，与第一信号光同时通过第三输入耦合镜22进入到第三非线性光学元件23。

第二泵浦源13为连续可调单模窄线宽二极管激光器13(在下文中也称为种子激光源)。在该示例中，准直透镜12和法拉第光隔离器11位于第二泵浦源13(其发出种子激光)的输出端。法拉第光隔离器11用于保护种子激光免受任何后向反射。较佳地，光隔离器11的数量为2个。

整形装置2和准直透镜12用于实现对超高重复频率泵浦激光和种子激光的准直，并通过改变光斑的半径来实现与OPO谐振腔空间模式的匹配。

光学参量振荡器

参考图1，现在将更详细地描述光学参量振荡器(以下简称为振荡器)。光学参量振荡器包含两个非线性光学元件(即第一和第二非线性光学元件5、6)和输入耦合镜4和7，以及高反镜8、输出耦合镜9和第一双色镜10。第一输入耦合镜4和第二输入耦合镜7用于对第一泵浦光进行高反、对第一泵浦源发出的第一信号光和第二泵浦源发出的种子激光进行增透。第一输出耦合镜4对种子激光和第一闲频光增透，对第一信号光进行部分反射。第一双色镜10对第一信号光进行高反和对第一闲频光进行增透。高反镜8对第一信号光和第一闲频光进行高反。本文中，高反是指反射率大于99％，增透是指透射率大于97％，部分反射是指反射率小于20％。

在本示例中，采用涂覆的光学元件或者部分透射/反射镜分束器将第一泵浦光耦合进非线性光学元件中，在其他示例中，可能存在不同手段，例如凹面镜等。

第一和二非线性光学元件5、6被配置为响应于第一泵浦光提供第一信号光和第一闲频光。在本示例中，第一和第二非线性光学元件5、6中的每一个对应于偏硼酸钡(简称BBO)晶体。BBO是具有较高的倍频转换效率的非线性晶体，抗光伤能力较强。在其它实例中，非线性光学元件5、6中的一者或两者可对应于不同类型的晶体。例如，本征晶体KTP、KTA、RTP、LBO、BBO、ZnGeP和AsGaS中的一种。或者，非线性光学元件5、6中的一者或两者例如可对应于不同类型的周期性极化晶体或双折射晶体，例如周期极化的钽酸锂(MgO：sPLPLT)，周期极化的磷酸氧钛钾(PPKTP)，周期极化的氧钛酸钾(PPKTA)，周期极化铷磷酸铷(PPRTP)，三硼酸锂，磷化镉硅(CdSiP2，CSP)，磷化锌锗锌(ZnGeP2，ZGP)或定向图形化砷化镓(OP-GaAs)等等。在本示例中，第一和二非线性光学元件5、6都是12毫米长，在其他示例中，非线性光学元件5、6中的一个或两个可以具有与这些长度不同的长度。这里，第一非线性光学元件5和第二非线性光学元件6设置成根据泵浦光偏振方向的要求，利用光的偏振方向的I类双折射相位匹配产生水平偏振的超高重复频率纳秒激光。

在本示例中，BBO晶体固定于三维可调的光具座上，用于保持泵浦激光器与OPO泵浦光谐振腔的共振状态。出射的OPO信号光被波长计接收，调节BBO晶体的位置与角度，精准控制OPO输出的信号光波长。在其它示例中，可以改变第一和第二非线性光学元件5、6的特性，以改变第一信号光和闲频光的波长，因此可以控制第一信号光和闲频光波长的范围。在另一些示例中，波长控制系统被配置为控制非线性光学元件5、6中的一个或两个的温度。在这种情况下，非线性光学元件5、6中的一个或两个被容纳在烘箱中，温度可以控制。在另一些示例中，非线性光学元件5、6中的一者或两者具有周期在垂直于泵浦路径的方向上变化的光栅。波长控制系统被配置为控制非线性光学元件5、6中的一个或两个相对于泵浦脉冲的路径的位置，由此控制泵浦脉冲通过其传播的光栅周期，这可以使第一和第二波长能够快速改变(例如以～1纳米每秒或更多的速率)，因此这对于例如CARS光谱学/显微镜的应用可能是特别有用的。在另一些示例中，可以使用多于一个上述用于控制第一和第二波长的装置。用于控制第一和第二波长的其他合适的装置也可以使用。

在本示例中，OPO泵浦光谐振腔由两高反镜8和输出耦合镜9组成，可以谐振第一信号脉冲。第二泵浦光经过混频晶体后产生的信号被称为第二信号光。谐振腔具有总光学长度，泵浦脉冲应在谐振腔内形成驻波，即等于或者是往复频率的倍数，使得非线性光学元件同步地被泵浦。在本示例中，OPO泵浦光谐振腔的总光学长度是10厘米。对于10纳秒的脉冲来说，更短的谐振腔长可以实现更多的往返次数从而实现更高的增益。在其他示例中，谐振腔也可对应于不同类型的空腔，例如三谐振腔镜折叠腔或是四谐振腔镜环形腔或是四谐振腔镜折叠腔。谐振方式可以是单谐振的或是双谐振的。

在本示例中，第一输出耦合镜9被配置为将第一信号光部分透射耦合出谐振腔。双色镜10对第一信号光进行高反，并对第二泵浦源13发出的种子激光增透。

在本示例中，输入耦合镜7将一部分光经由折返镜15输出入射到第二光挡16上。另一实施例中，也可以不设置折返镜15和第二光挡16。

混频器

光学混频器包括混频光学元件23、第三输入耦合镜22和第二双色镜(输出耦合镜)24。下面将更详细地逐个描述这些组成部分。

第三非线性光学元件23被配置为响应于第一泵浦源发出的第二泵浦脉冲而提供第二信号光和第二闲频光。在本示例中，第三非线性光学元件23是12毫米长，在其他示例中，非线性光学元件可以具有与这些长度不同的长度。通过控制第一信号光入射到第三非线性光学元件23的角度以控制第二信号光和第二闲频光的波长。光学振荡器谐振腔外部的折返镜17、18，和第三输入耦合镜22，将第一信号光沿第二泵浦光提供给第三非线性光学元件23的路径对齐。在该示例中，振荡器被配置成使得第一信号光和第二信号光在相同的方向上传播。其它示例可以具有不同的配置。例如，第一谐振脉冲和第二信号光或闲频光围绕光学谐振腔在相反的方向上传播。第二泵浦光通过半波片14、第二整形装置20和第二延时装置21传播。半波片14为λ/2相位延迟器。半波片14布置于所述第一泵浦源之后，用于调节第二泵浦光的偏振方向，从而为混频光学元件的相位匹配提供具有适当偏振的光束。在本示例中，光学参量振荡器输出的第一信号光和第二泵浦光在到达第三非线性光学元件23之间的时间延迟是由延迟装置21控制，例如，ΔL≈42厘米的附加路径长度对应于约1.4纳秒的延迟。延时装置是为了实现第二泵浦光和第一信号光在第三非线性光学元件中相位匹配。在其他示例中，可以调整第二泵浦光和光学参量振荡器的输出信号时间之差的任何元件或元件组合将起到相同的作用。第三双色镜24的作用是将由第三非线性光学元件23产生的第二信号脉冲与其它波长的光分离，其他不需要的波长的光进入光挡25。应理解的是，光挡25也可以取消。还应理解，可以取消折返镜17和18，而第一信号光直接发射至第三输入耦合镜22。

以下描述本申请的光学参量振荡器系统的工作过程。

上述的第一泵浦源1发射超高重复频率激光作为光学参量振荡器系统的第一泵浦光，经第一整形装置2、第一折返镜3和输入耦合镜4进入第一非线性光学元件5和第二非线性光学元件6产生光学参量振荡器的第一信号光和第一闲频光。第一泵浦光被第二输入耦合镜7反射出谐振腔。高反镜8和输出耦合镜9构成光学参量振荡器的谐振腔。第一信号光被高反镜8原路反射回非线性光学元件。第一光学非线性光学元件5和第二光学非线性光学元件6对第一信号光进行相位补偿、相干叠加之后，部分第一信号光经输出耦合镜9输出，其余第一信号光在谐振腔内形成激光振荡。第一闲频光在经由第二输入耦合镜7后被高反镜8原路反射回非线性光学元件，经由输出耦合镜9出射，离开谐振腔。双色镜10将第一信号光和第一闲频光分光，第一信号光被第三折返镜17和第四折返镜18反射进入混频器。第二泵浦源13发出的窄线宽单色种子激光经过准直透镜12、光隔离器11和双色镜10进入谐振腔参与光参量转换。

第一泵浦源1发射另一种波长的超高重复频率激光，例如重复频率为10k以上，作为光学参量振荡器系统的第二泵浦光，经过半波片14、第二整形装置20、延时装置21，与第一信号光同时通过第三输入耦合镜22进入到第三非线性光学元件23，进行混频形成第二信号光和第二闲频光。第二双色镜24将第二信号光和第二闲频光进行分光。第二闲频光透过第二双色镜24输出入射到第一光挡25上。第二信号光被第二双色镜24反射出光参量振荡系统，用于光谱和成像研究。

本申请中，光学参量振荡器基本原理是，通过将连续种子光与泵浦光一同注入到周期极化的非线性光学元件中，通过非线性频率转换过程，最终获得可见光波段的超高重复频率的纳秒激光输出。由于光学参量振荡器采用的腔相位匹配的方法以及双共振的镀膜设计，注入的种子光具有窄线宽连续的输出特性，在频率转换过程中，产生的信号光会模仿注入的种子光的特性，从而表现出对种子光的放大。相对的也会产生对应的可见闲频光输出，其也会具有窄线宽的输出特性。通过改变种子光的波长以及非线性光学元件的周期和温度可以实现宽范围的波长调谐。这也是国内现有产品难以实现的一个方面。产生的信号光注入混频光学元件中与超高重复频率的泵浦激光相互作用，产生偏紫外波段的激光，可应用于激光诱导荧光等光学成像测量等。此光学参量振荡器也可以应用于例如CARS系统，并且可以使用信号光作为CARS的泵浦脉冲，并且闲频光可以作为斯托克斯脉冲。本申请的光学参量振荡器系统适用于超高重复频率激光器，尤其适用于能量大于100毫焦/脉冲的高能量激光器，尤其是最大输出能量达到1焦耳/脉冲的高能量激光器。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，若需要，能修改实施例的方面来采用各种专利、申请和出版物的方面、特征和构思来提供另外的实施例。

考虑到上文的详细描述，能对实施例做出这些和其它变化。一般而言，在权利要求中，所用的术语不应被认为限制在说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应被理解为包括所有可能的实施例连同这些权利要求所享有的全部等同范围。

Claims (10)

1.一种用于激光器的光学参量振荡器系统(100)，其特征在于：所述光学参量振荡器系统(100)包括泵浦源、光学参量振荡器(102)和混频器(103)，其中所述泵浦源包括第一泵浦源(1)和第二泵浦源(13)，所述第一泵浦源(1)用于提供第一泵浦光和第二泵浦光，所述第一泵浦光提供给所述光学参量振荡器(102)，所述第二泵浦光提供给所述混频器(103)；所述第二泵浦源(13)用于提供入射到所述光学参量振荡器(102)的种子激光；所述光学参量振荡器(102)配置成对所述第一泵浦光和所述种子激光进行处理而产生第一信号光；以及所述混频器配置成对所述第二泵浦光和所述第一信号光进行混频处理以输出第二信号光。

2.如权利要求1所述的光学参量振荡器系统(100)，其特征在于，所述光学参量振荡器系统(100)进一步设有第一整形装置(2)、第一折返镜(3)、准直透镜(12)和光隔离器(11)，以及所述光学参量振荡器包括依次排布的第一输入耦合镜(4)、第一非线性光学元件(5)、第二非线性光学元件(6)、第二输入耦合镜(7)和高反镜(8)并包括输出耦合镜(9)和第一双色镜(10)，其中所述高反镜(8)和输出耦合镜(9)构成谐振腔；所述第一整形装置(2)和所述第一折返镜(3)布置成使得所述第一泵浦光经所述第一整形装置(2)、所述第一折返镜(3)和所述第一输入耦合镜(4)进入所述第一非线性光学元件(5)和所述第二非线性光学元件(6)，并在所述谐振腔中与来自所述第二泵浦源的种子激光进行光参量转换，以产生第一信号光和第一闲频光，其中来自所述第二泵浦源的种子激光依次经过所述准直透镜(12)、所述光隔离器(11)和所述第一双色镜(10)后进入所述谐振腔，以及所述第一双色镜(10)将所述第一信号光和所述第一闲频光分光。

3.如权利要求2所述的光学参量振荡器系统(100)，其特征在于，所述混频器(103)具有依次排布的第三输入耦合镜(22)、第三非线性光学元件(23)以及第二双色镜(24)，所述光学参量振荡器系统进一步包括依次排布的半波片(14)、第二整形装置(20)和延时装置(21)；其中所述第二泵浦光依次经过所述半波片(14)、所述第二整形装置(20)和所述延时装置(21)，然后与所述第一信号光同时通过所述第三输入耦合镜(22)进入到所述第三非线性光学元件(23)，进行混频形成第二信号光和第二闲频光，以及所述第二双色镜(24)将所述第二信号光和所述第二闲频光进行分光。

4.如权利要求1所述的光学参量振荡器系统(100)，其特征在于，所述第一泵浦光和所述第二泵浦光为重复频率大于10K赫兹且波长不同的光。

5.如权利要求1所述的光学参量振荡器系统(100)，其特征在于，所述第一泵浦源(1)为单模或多模的超高重复频率的固体激光器、半导体激光器或光纤激光器；以及所述第二泵浦源(13)为连续可调单模窄线宽二极管激光器。

6.如权利要求3所述的光学参量振荡器系统(100)，其特征在于，所述第一输入耦合镜(4)和第二输入耦合镜(7)用于对所述第一泵浦光进行高反并对所述第一信号光和所述种子激光进行增透，其中所述输出耦合镜(9)用于对所述种子激光和所述第一闲频光增透并使得所述第一信号光部分透射，所述第一双色镜(10)用于对所述第一信号光进行高反和对所述第一闲频光进行增透，所述高反镜(8)用于对所述第一信号光和所述第一闲频光进行高反。

7.如权利要求2所述的光学参量振荡器系统(100)，其特征在于，所述第一整形装置(2)和所述准直透镜(12)用于实现对所述第一泵浦光和所述种子激光的准直，并通过改变光斑的半径来实现与所述谐振腔空间模式的匹配。

8.如权利要求2所述的光学参量振荡器系统(100)，其特征在于，所述第一非线性光学元件(5)和所述第二非线性光学元件(6)设置成根据所述第一泵浦光偏振方向的要求，利用光的偏振方向的I类双折射相位匹配实现产生水平偏振的超高重复频率纳秒激光。

9.如权利要求3所述的光学参量振荡器系统(100)，其特征在于，所述第一非线性光学元件(5)、所述第二非线性光学元件(6)和所述第三非线性光学元件(23)均是KTP、KTA、RTP、LBO、BBO、ZnGeP和AsGaS中的一种，或是周期极化的光学超晶格晶体PPKTP、PPLN和PPLT中的一种。

10.如权利要求3所述的光学参量振荡器系统(100)，其特征在于，所述半波片(14)布置于所述第一泵浦源之后，并用于对第二泵浦激光的偏振方向进行改变；所述延时装置(21)配置成用于实现第二泵浦光和第一信号光在所述第三非线性光学元件(23)中的相位匹配。