CN112271544A - 一种随机偏振泵浦的光参量振荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种随机偏振泵浦的光参量振荡器，包括随机偏振泵浦光源、输入镜、光参量模块、偏振转换器和输出镜；所述随机偏振泵浦光通过输入镜进入光参量模块，将光参量模块在满足相位匹配条件下可以利用的偏振分量光定义为e光，将与e光偏振方向成90°的光定义为o光，随机偏振泵浦光的偏振分量e光进入光参量模块中进行非线性变换产生目标波长激光输出，所述剩余的随机偏振光经过输出镜反射再第二次进入偏振转换器，在偏振转换器的作用下改变o光和剩余的e光的偏振方向，使得光参量模块利用之前未被利用的o光再进行非线性变换产生目标波长激光，达到高效利用随机偏振泵浦光的目的，从而提高光参量振荡器对目标波长激光输出效率。

Description

一种随机偏振泵浦的光参量振荡器
技术领域
本发明涉及非线性光学领域应用的光参量振荡器，具体涉及一种随机偏振泵浦的光参量振荡器。其特点是适应多种偏振态的泵浦光，能够高效利用随机偏振泵浦光，提高光参量振荡器对目标波长激光输出效率。
背景技术
随着科技发展和经济增长，激光技术广泛应用于工业、科研、生物和医疗等领域，基于非线性频率变换技术实现激光波段扩展，波长可调谐以及高光束质量输出成为了研究热点。在非线性频率变换中，要求泵浦光满足特定方向的线偏振光才能够在非线性晶体中高效产生目标波长激光。产生特定线偏振方向的一般的方法是采用起偏器将随机偏振的泵浦光起偏来满足非线性频率变换对偏振的要求。这种做法严重浪费泵浦光，大大降低了泵浦光利用率。
发明内容
为了解决以上问题，降低光参量振荡器对泵浦光偏振态的要求，提高泵浦光利用率，高效率地实现激光波段扩展、波长可调谐以及高光束质量输出，本发明提供了一种随机偏振泵浦的光参量振荡器，包括随机偏振泵浦光源、输入镜、光参量模块、偏振转换器和输出镜；
所述随机偏振泵浦光源输出随机偏振泵浦光(包括线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光)，随机偏振泵浦光通过输入镜进入光参量模块，将光参量模块在满足相位匹配条件下可以利用的偏振分量光定义为e光，将与e光偏振方向成90°的光定义为o光，随机偏振泵浦光的偏振分量e光进入光参量模块中进行非线性变换产生目标波长激光输出，经过光参量模块后剩余的随机偏振泵浦光进入偏振转换器，输出镜对剩余的随机偏振泵浦光高反，所述剩余的随机偏振光经过输出镜反射再第二次进入偏振转换器，在偏振转换器的作用下改变o光和剩余的e光的偏振方向，使得光参量模块利用之前未被利用的o光再进行非线性变换产生目标波长激光，达到高效利用随机偏振泵浦光的目的，从而提高光参量振荡器对目标波长激光输出效率。
进一步地，所述输入镜和输出镜在光路上以小角度倾斜摆放，所述小角度的大小满足剩余的泵浦光不会沿入射光路返回泵浦激光器中避免回光损伤，所述小角度的确定方法是在低功率下调试，满足剩余的泵浦光不会沿入射光路返回泵浦激光器中的效果即可(所述小角度的范围在0.1°-5°)。
可选地，所述的随机偏振泵浦光源采用Nd:YAG，Yb:YAG，Er:YAG，Tm:YAG，Ho:YAG各向同性激光晶体中的一种实现随机偏振泵浦光的输出。
具体地，所述的输入镜为镀膜镜片或光栅，所述的输出镜为镀膜镜片或光栅。
具体地，所述的偏振转换器为半波片、四分之一波片、布儒斯特窗口片、薄膜偏振片、线偏振片、格兰棱镜以及旋光晶体中的一种。
具体地，所述光参量模块为单块或多块走离补偿结构的非线性光学晶体，所述的走离补偿结构用偶数块相同尺寸相同切割的非线性光学晶体，光轴对称分布，实现走离补偿，所述非线性光学晶体包括传统非线性光学晶体、周期性极化晶体中的一种或者两种的组合。
具体地，所述传统非线性光学晶体为BBO晶体，所述周期性极化晶体为MgO:PPLN晶体。
具体地，所述的输入镜对泵浦光透过率高于99.9％，对目标波长激光反射率高于99.99％，对附带产生的激光反射率从0.01％到99.99％根据设计可选；所述的输出镜对泵浦光的反射率高于99.99％，对目标波长激光以及附带产生的激光透过率从0.1％到99.9％根据设计可选。
具体地，所述的光参量模块放在热沉水冷散热结构中，通过传导散热的方式将模块中的热量传递给热沉，热沉在水冷循环的作用下将热量带走，达到消除光参量模块的热效应，维持光参量振荡器稳定运行的目的。
具体地，所述的偏振转换器对泵浦光、目标波长激光以及附带产生的激光透过率高于99.9％。
本发明提供的一种随机偏振泵浦的光参量振荡器，包含一个光参量模块，一块输入镜，一块输出镜和一个偏振转换器。光参量模块是用来实现非线性频率变换，达到目标波长激光输出的目的；输入镜对随机偏振泵浦光高度透过，使其无损进入光参量振荡器中；输出镜对随机偏振泵浦光高反，使其在光参量振荡器中能够往返一次，同时输出目标波长激光。随机偏振泵浦光通过小角度倾斜摆放的输入镜进入到光参量振荡器中，光参量模块对随机偏振泵浦光中的e光进行非线性频率变换，实现目标波长激光的输出，同样以小角度倾斜摆放的输出镜对剩余的泵浦光高反，使其能够两次经过偏振转换器，并在偏振转换器的作用下改变o光和剩余的e光的偏振，这样光参量模块就可利用之前未被利用的o光，达到高效利用随机偏振泵浦光的目的，从而提高光参量振荡器对目标波长激光输出。同时由于输入镜和输出镜以小角度倾斜摆放，输入镜和输出镜以小角度倾斜摆放，小角度的确定以泵浦光在振荡腔内往返不偏出非线性晶体端面且不降低目标波长输出功率/能量为标准，避免了泵浦光返回泵浦激光器中回光造成的损伤。
本发明改变了光参量振荡器需要特定偏振方向的线偏振光注入进行非线性频率变换的方案，降低了对起偏所造成的功率/能量的损失，充分利用了包括多种偏振态的泵浦光，结合非线性频率变换技术具有的较宽波长调谐范围，实现了宽调谐高功率/大能量光参量振荡器的新方案，满足现代军事、工业、科研以及医疗等行业对激光器输出波长拓展以及功率/能量提升的需求。
附图说明
图1为发明随机偏振泵浦的光参量振荡器示意图。
图中：1-输入镜，2-光参量模块，3-偏振转换器，4-输出镜。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式作进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于帮助理解本发明，并不构成对本发明的限定。
图1为发明随机偏振泵浦的光参量振荡器示意图。
本发明提供了一种随机偏振泵浦的光参量振荡器，包括随机偏振泵浦光源、输入镜、光参量模块、偏振转换器和输出镜；
所述随机偏振泵浦光源输出随机偏振泵浦光(包括线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光)，随机偏振泵浦光通过输入镜进入光参量模块，将光参量模块可利用的偏振分量光定义为e光，将与e光偏振方向成90°的光定义为o光，随机偏振泵浦光的偏振分量e光进入光参量模块中进行非线性变换产生目标波长激光输出，经过光参量模块后剩余的随机偏振泵浦光进入偏振转换器中，输出镜对剩余的随机偏振泵浦光高反，所述剩余的随机偏振泵浦光经过输出镜反射再第二次进入偏振转换器，在偏振转换器的作用下改变o光和剩余的e光的偏振方向，使得光参量模块利用之前未被利用的o光再进行非线性变换产生目标波长激光，达到高效利用随机偏振泵浦光的目的，从而提高光参量振荡器对目标波长激光输出效率。
所述输入镜和输出镜在光路上以小角度倾斜摆放，所述小角度的大小满足剩余的泵浦光不会沿入射光路返回泵浦激光器中避免回光损伤，所述小角度的确定方法是在低功率下调试，满足剩余的泵浦光不会沿入射光路返回泵浦激光器中的效果即可，通常所述小角度的范围在0.1°-5°。
所述的随机偏振泵浦光源采用Nd:YAG，Yb:YAG，Er:YAG，Tm:YAG，Ho:YAG各向同性激光晶体中的一种实现随机偏振泵浦光的输出。
所述的输入镜为镀膜镜片或光栅，所述的输出镜为镀膜镜片或光栅。
所述的偏振转换器为半波片、四分之一波片、布儒斯特窗口片、薄膜偏振片、线偏振片、格兰棱镜以及旋光晶体中的一种。
所述光参量模块为单块或多块走离补偿结构的非线性光学晶体，所述的走离补偿结构用偶数块相同尺寸相同切割的非线性光学晶体，光轴对称分布，实现走离补偿，所述非线性光学晶体包括传统非线性光学晶体、周期性极化晶体中的一种或者两种的组合。
所述传统非线性光学晶体为BBO晶体，所述周期性极化晶体为MgO:PPLN晶体。
所述的输入镜对泵浦光透过率高于99.9％，对目标波长激光反射率高于99.99％，对附带产生的激光反射率从0.01％到99.99％根据设计可选；所述的输出镜对泵浦光的反射率高于99.99％，对目标波长激光以及附带产生的激光透过率从0.1％到99.9％根据设计可选。所述的泵浦光波长，目标激光波长以及附带产生的激光波长满足相位匹配条件；所述附带产生的激光包括o光和e光。
所述的光参量模块放在热沉水冷散热结构中，通过传导散热的方式将模块中的热量传递给热沉，热沉在水冷循环的作用下将热量带走，达到消除光参量模块的热效应，维持光参量振荡器稳定运行的目的。
所述的偏振转换器对泵浦光、目标波长激光以及附带产生的激光透过率高于99.9％。
本实施例中采用2.1μm随机偏振光泵浦的单共振ZGP晶体光参量振荡器，单共振波长为附带产生的2.85μm激光(信号光)，目标波长为8μm激光(闲频光)。光参量模块为ZGP晶体，该ZGP晶体可对垂直偏振方向的2.1μm泵浦光(e光)进行非线性频率变换。偏振转换器为适用于2.1μm泵浦光的四分之一波片，偏振转换器的光轴与垂直方向(以地面为参照)呈45°。输入镜倾斜摆放，倾斜角度以泵浦光在振荡腔中往返一次不偏出ZGP晶体为标准且8μm激光功率/能量降低较小为标准，本实施例中为1°；输入镜对2.1μm随机偏振泵浦光高透，对8μm闲频光高反，对2.85μm信号光高反。输出镜同样倾斜摆放，倾斜角度标准与输入镜相同，表面镀膜对泵浦光高反，对2.85μm信号光部分透过以及对8μm闲频光高透。
在2.1μm随机偏振泵浦光通过输入镜进入到ZGP晶体时，垂直偏振分量的2.1μm泵浦光(e光)进行非线性频率变换产生8μm闲频光和2.85μm的信号光。由于输出镜对剩余的泵浦光高反，所以泵浦光要两次经过四分之一波片，这就使得e光和o光的偏振方向旋转90°，导致e光和o光的偏振互换，之前未被利用的o光可在ZGP晶体中进行非线性频率变换，提高了泵浦光的利用率，增加了目标波长激光的功率/能量输出。最终，剩余的泵浦光从输入镜离开光参量振荡器，由于输入镜和输出镜以小角度倾斜摆放，所以剩余的泵浦光不会沿入射光路返回泵浦激光器中，避免了回光损伤。
该实施例表明，本发明具有体积小巧，效率高，避免回光损伤的优点。

Claims (10)

1.一种随机偏振泵浦的光参量振荡器，其特征在于，包括随机偏振泵浦光源、输入镜、光参量模块、偏振转换器和输出镜；
所述随机偏振泵浦光源输出随机偏振泵浦光，随机偏振泵浦光通过输入镜进入光参量模块，将光参量模块在满足相位匹配条件下可以利用的偏振分量光定义为e光，将与e光偏振方向成90°的光定义为o光，随机偏振泵浦光的偏振分量e光进入光参量模块中进行非线性变换产生目标波长激光输出，经过光参量模块后剩余的随机偏振泵浦光进入偏振转换器，输出镜对剩余的随机偏振泵浦光高反，所述剩余的随机偏振光经过输出镜反射再第二次进入偏振转换器，在偏振转换器的作用下改变o光和剩余的e光的偏振方向，使得光参量模块利用之前未被利用的o光再进行非线性变换产生目标波长激光。
2.根据权利要求1所述的随机偏振泵浦的光参量振荡器，其特征在于所述输入镜和输出镜在光路上以相同小角度倾斜摆放，所述小角度的大小满足剩余的泵浦光不会沿入射光路返回泵浦激光器中避免回光损伤，所述小角度的确定方法是在低功率下调试，满足剩余的泵浦光不会沿入射光路返回泵浦激光器中的效果即可。
3.根据权利要求1或2所述的随机偏振泵浦的光参量振荡器，其特征在于所述的随机偏振泵浦光源采用Nd:YAG，Yb:YAG，Er:YAG，Tm:YAG，Ho:YAG各向同性激光晶体中的一种实现随机偏振泵浦光的输出。
4.根据权利要求3所述的随机偏振泵浦的光参量振荡器，其特征在于所述的输入镜为镀膜镜片或光栅，所述的输出镜为镀膜镜片或光栅。
5.根据权利要求4所述的随机偏振泵浦的光参量振荡器，其特征在于所述的偏振转换器为半波片、四分之一波片、布儒斯特窗口片、薄膜偏振片、线偏振片、格兰棱镜以及旋光晶体中的一种。
6.根据权利要求5所述的随机偏振泵浦的光参量振荡器，其特征在于所述光参量模块为单块或多块走离补偿结构的非线性光学晶体，所述非线性光学晶体包括传统非线性光学晶体、周期性极化晶体中的一种或者两种的组合。
7.根据权利要求6所述的随机偏振泵浦的光参量振荡器，其特征在于所述传统非线性光学晶体为BBO晶体，所述周期性极化晶体为MgO:PPLN晶体。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的随机偏振泵浦的光参量振荡器，其特征在于具体地，所述的输入镜对泵浦光透过率高于99.9％，对目标波长激光反射率高于99.99％，对附带产生的激光反射率从0.01％到99.99％根据设计可选；所述的输出镜对泵浦光的反射率高于99.99％，对目标波长激光以及附带产生的激光透过率从0.1％到99.9％根据设计可选。
9.根据权利要求8所述的随机偏振泵浦的光参量振荡器，其特征在于所述的光参量模块放在热沉水冷散热结构中，通过传导散热的方式将模块中的热量传递给热沉，热沉在水冷循环的作用下将热量带走，达到消除光参量模块的热效应，维持光参量振荡器稳定运行的目的。
10.根据权利要求9所述的随机偏振泵浦的光参量振荡器，其特征在于所述的偏振转换器对泵浦光、目标波长激光以及附带产生的激光透过率高于99.9％。
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