CN111025816A - 一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器，本申请包括用以提供泵浦光的光源、用以改变泵浦光偏振形式并同时获得水平偏振和垂直偏振泵浦光的半波片、用以产生目标光的振荡部、用以将水平偏振的泵浦光转化成垂直偏振的泵浦光的转化部和用以将目标光放大的放大部，以及一用以将来至所述光源的水平偏振和垂直偏振的泵浦光分别分离至所述转化部和振荡部进行处理的格兰棱镜，所述格兰棱镜还可同时接收来至所述转化部和振荡部处理后的泵浦光和目标光并一并提供至所述放大部，还包括一用以选择输出目标光或者泵浦光的分束镜。本发明通过合理的布局设计，巧妙的实现泵浦光的分离、转化，并有效的对目标光实现了增益。

Description

一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器
技术领域
本发明涉及光学仪器技术领域，具体涉及一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器。
背景技术
光参量振荡器是一个振荡在光学频率的参量振荡器。它将输入的激光（所谓的泵浦光），通过二阶非线性光学相互作用，转换成两个的频率较低的输出光（信号光和闲频光），两个输出光的频率之和等于输入光频。光参量放大是指一束高频率的光和一束低频率的光同时进入非线性介质中，出来的光当中低频率的光由于差频效应而得到放大，这种现象称为光参量放大，在光学领域，常常通过这些技术将泵浦光转化或增益实际需求的目标光。
但是，由于目前振荡器（OPO）和放大器（OPA）的组合设计形式大多比较单一，其结构较为冗杂，使用元件较多，造成并且泵浦光和目标光（信号光和先散光）的产生、分离和利用路线不够合理。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提出一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器，通过合理的布局设计，巧妙的实现泵浦光的分离、转化，并有效的对目标光实现了增益。
本发明提出的一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器，包括用以提供泵浦光的光源、用以改变泵浦光偏振形式并同时获得水平偏振和垂直偏振泵浦光的半波片、用以产生目标光的振荡部、用以将水平偏振的泵浦光转化成垂直偏振的泵浦光的转化部和用以将目标光放大的放大部，以及一用以将来至所述光源的水平偏振和垂直偏振的泵浦光分别分离至所述转化部和振荡部进行处理的格兰棱镜，所述格兰棱镜还可同时接收来至所述转化部和振荡部处理后的泵浦光和目标光并一并提供至所述放大部，还包括一用以选择输出目标光或者泵浦光的分束镜。
进一步地，所述半波片与格兰棱镜之间加设有用以提高泵浦光的功率密度的加强单元。
进一步地，所述加强单元包括凸透镜和凹透镜，所述凸透镜和凹透镜的焦距比为2-4:1。
进一步地，所述加强单元与格兰棱镜之间加设有用以改变泵浦光传播路线的第一反射镜。
进一步地，所述振荡部包括光栅、第一晶体、第二反射镜和银镜，所述光栅先接收来至所述格兰棱镜反射的垂直偏振的泵浦光，并反射给所述第一晶体，使其产生目标光，再通过所述第二反射镜将泵浦光和目标光一并反射，使其通过所述第一晶体再次到达所述光栅，0级衍射光直接反射至所述格兰棱镜；1级衍射光直接反射至所述银镜进行输出波长的精细调节。
进一步地，所述转化部包括一用以将泵浦光由水平偏振转化成垂直偏振的1/4波片，和一用以将泵浦光反射至所述1/4波片实现二次通过的第三反射镜。
进一步地，所述1/4波片与格兰棱镜间加设有用以改变泵浦光传播路线的第四反射镜。
进一步地，所述放大部包括用以对通过泵浦光增益放大目标光的第二晶体和第三晶体。
进一步地，还包括一用以吸收所述分束镜分离出的废光的光束吸收器。
本发明的一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器，本发明通过用1/4波片原路变偏振与格兰棱镜的偏振分离的巧妙结合；格兰棱镜在该设计中起到了将泵浦光分成p光和s光，s光被反射给OPO提供能量，p光透射后经过后面1/4波片及反射镜的设计，s光转变为p光，然后p光又被格兰棱镜反射，为OPA提供泵浦。
本发明的振荡部可以更好地对波长进行选择，通过第一晶体进行粗调，通过银镜进行微调，进而选择出单色性好的激光进行输出；
通过转化部可以将一部分泵浦光转化利用，提供至放大部，作为放大部的能量源，进而对目标光实现了有效增益。
附图说明
图1为本发明实施例的一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器的结构示意图。
图中：1-光源、2-半波片、3-凸透镜、4-凹透镜、5-第一反射镜、6-第二反射镜、7-第一晶体、8-光栅、9-格兰棱镜、10-第二晶体、11-第三晶体、12-分束镜、13-银镜、14-第三反射镜、15-1/4波片、16-第四反射镜、17-光束吸收器、100-振荡部、200-转化部、300-放大部。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例和现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。另，涉及方位的属于仅表示各部件间的相对位置关系，而不是绝对位置关系。
请参阅图1。本发明实施例的一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器，包括用以提供泵浦光的光源1、用以改变泵浦光偏振形式并同时获得水平偏振和垂直偏振泵浦光的半波片2、用以产生目标光的振荡部100、用以将水平偏振的泵浦光转化成垂直偏振的泵浦光的转化部200和用以将目标光放大的放大部300，以及一用以将来至光源1的水平偏振和垂直偏振的泵浦光分别分离至转化部200和振荡部100进行处理的格兰棱镜9，格兰棱镜9还可同时接收来至转化部200和振荡部100处理后的泵浦光和目标光并一并提供至放大部300，还包括一用以选择输出目标光或者泵浦光的分束镜12。
半波片2与格兰棱镜9之间加设有用以提高泵浦光的功率密度的加强单元。用来改变入射光的偏振，从而决定后面分给OPA光参量放大器和OPO光参量振荡器的光的能量比例。
加强单元包括凸透镜3和凹透镜4，凸透镜3和凹透镜4的焦距比为2-4:1。其目的是尽量缩小光斑大小，进而提高功率密度。
加强单元与格兰棱镜9之间加设有用以改变泵浦光传播路线的第一反射镜5。其目的是可以更紧凑的设计整个装置的尺寸大小，第一反射镜5对泵浦光呈45°反射。
振荡部100包括光栅8、第一晶体7、第二反射镜6和银镜13，光栅8先接收来至格兰棱镜9反射的垂直偏振的泵浦光，并反射给第一晶体7，使其产生目标光，再通过第二反射镜6将泵浦光和目标光一并反射，使其通过第一晶体7再次到达光栅8，0级衍射光直接反射至格兰棱镜9。1级衍射光直接反射至银镜13进行输出波长的精细调节。
光栅8用来旋转波长，当泵浦光通过第一晶体7时会出信号光和闲散光；第二反射镜6是对泵浦光、闲散光和信号光全部都是0°高反；高反后，经过光栅8时，0级衍射直接相当于反射出去了，而1级衍射会射向银镜13，通过旋转银镜13可以精细选择输出波长，这样即得到了目标激光。
第二反射镜6、光栅8和银镜13一起组成一个振荡腔，第一晶体7是增益介质，类似于染料，但是窄得多，染料一般多的可以30nm范围，而第一晶体7一般不到0.1nm，第一晶体7可以旋转，可以覆盖几百nm；可以认为第一晶体7是粗调，银镜13是细调，光栅8是一个输出耦合镜的作用；通过旋转第一晶体7，可以改变输出激光波长，但是输出激光单色性较差，加上光栅8的调整后，可以选择出单色性较好的激光输出。
转化部200包括一用以将泵浦光由水平偏振转化成垂直偏振的1/4波片15，和一用以将泵浦光反射至1/4波片15实现二次通过的第三反射镜14。
1/4波片15与格兰棱镜9间加设有用以改变泵浦光传播路线的第四反射镜16。
入射至放大部300的水平偏振的泵浦光透过格兰棱镜9间之后，被第四反射镜16反射之后经过1/4波片15，变成圆偏振光，被0°第三反射镜14反射之后再次经过1/4波片15，又从圆偏振光变成线偏振光，但此时光的偏振已经从之前的水平偏振变成了竖直偏振，等再次经过格兰棱镜9时，会被45°反射。该处利用格兰棱镜9p光透过，s光反射，对波长不敏感的特性，以及水平偏振经过1/4波片15，变成圆偏振光，圆偏振光再次经过1/4波片15，变成了竖直偏振光的特性。
放大部300包括用以对通过泵浦光增益放大目标光的第二晶体10和第三晶体11。
还包括一用以吸收分束镜12分离出的废光的光束吸收器17。
工作原理:通过半波片2的泵浦光（包括s光和p光），在经过格兰棱镜9时，垂直偏振的s光被反射至振荡部100中，水平偏振的p光被投射至转化部200中；垂直偏振的s光在振荡部100中通过第一晶体7、光栅8和银镜13的振荡选择，返回得到水平偏振的目标激光，水平偏振的目标激光直接通过格兰棱镜9透射至放大部300，水平偏振的p光在转化部200中二次经过1/4波片后，转化为垂直偏振的s´光，返回至格兰棱镜9，并反射至放大部300，这样，在放大部300内，s´光可为目标光（目标激光）提供能量源，实现目标光的增益放大。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器，其特征在于：包括用以提供泵浦光的光源（1）、用以改变泵浦光偏振形式并同时获得水平偏振和垂直偏振泵浦光的半波片（2）、用以产生目标光的振荡部（100）、用以将水平偏振的泵浦光转化成垂直偏振的泵浦光的转化部（200）和用以将目标光放大的放大部（300），以及一用以将来至所述光源（1）的水平偏振和垂直偏振的泵浦光分别分离至所述转化部（200）和振荡部（100）进行处理的格兰棱镜（9），所述格兰棱镜（9）还可同时接收来至所述转化部（200）和振荡部（100）处理后的泵浦光和目标光并一并提供至所述放大部（300），还包括一用以选择输出目标光或者泵浦光的分束镜（12）。
2.如权利要求1所述的一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器，其特征在于：所述半波片（2）与格兰棱镜（9）之间加设有用以提高泵浦光的功率密度的加强单元。
3.如权利要求2所述的一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器，其特征在于：所述加强单元包括凸透镜（3）和凹透镜（4），所述凸透镜（3）和凹透镜（4）的焦距比为2-4:1。
4.如权利要求2所述的一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器，其特征在于：所述加强单元与格兰棱镜（9）之间加设有用以改变泵浦光传播路线的第一反射镜（5）。
5.如权利要求1所述的一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器，其特征在于：所述振荡部（100）包括光栅（8）、第一晶体（7）、第二反射镜（6）和银镜（13），所述光栅（8）先接收来至所述格兰棱镜（9）反射的垂直偏振的泵浦光，并反射给所述第一晶体（7），使其产生目标光，再通过所述第二反射镜（6）将泵浦光和目标光一并反射，使其通过所述第一晶体（7）再次到达所述光栅（8），0级衍射光直接反射至所述格兰棱镜（9），1级衍射光直接反射至所述银镜（13）进行输出波长的精细调节。
6.如权利要求1所述的一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器，其特征在于：所述转化部（200）包括一用以将泵浦光由水平偏振转化成垂直偏振的1/4波片（15），和一用以将泵浦光反射至所述1/4波片（15）实现二次通过的第三反射镜（14）。
7.如权利要求6所述的一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器，其特征在于：所述1/4波片（15）与格兰棱镜（9）间加设有用以改变泵浦光传播路线的第四反射镜（16）。
8.如权利要求1所述的一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器，其特征在于：所述放大部（300）包括用以对通过泵浦光增益放大目标光的第二晶体（10）和第三晶体（11）。
9.如权利要求8所述的一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器，其特征在于：还包括一用以吸收所述分束镜（12）分离出的废光的光束吸收器（17）。
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