CN1140024C - 变反射率腔光参量振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变反射率腔光参量振荡器，包括输入反射镜、非线性晶体和输出反射镜，其中非线性晶体置于两个反射镜中间，输出反射镜或输入反射镜中的任意一个，其内侧朝向非线性晶体的表面镀有由三个以上膜层构成的变反射率膜系，其中至少有一个膜层厚度为曲线形，膜系中的各膜层为无机光学镀膜材料。本发明设计的变反射率腔光参量振荡器，其输出镜或输入镜对输出光的反射率值沿径向呈曲线变化，从而可以有效地减小光束发散角，提高光参量振荡器输出激光的光束质量。

Description

变反射率腔光参量振荡器

技术领域    本发明涉及一种变反射率腔光参量振荡器，更具体地说，是采用变反射率镜片作为谐振腔镜的外腔式光参量振荡器，此种变反射率镜的反射率值沿径向呈曲线变化。使用该种腔镜的光参量振荡器在泵浦激光源作用下可以输出具有很高光束质量的激光。属激光技术领域。

背景技术    光参量振荡器是一种非线性光学器件，它采用非线性晶体作为非线性晶体。非线性晶体置于谐振腔中，在泵浦光的作用下产生参量转换过程，并通过谐振腔的振荡作用形成波长不同于泵浦光的激光输出。已有技术中光参量振荡器的谐振腔有多种形式，图1(a)给出了最简单的一种形式，由非线性晶体2和放置在其两端的两个平面反射镜1和3构成，其中输入镜1表面镀的膜层对泵浦光具有很高的透过率，对输出光(即信号光)具有高反射率；输出镜3内侧表面镀的膜层对信号光有一定的透过率，而对泵浦光的透过率可以选择高透过率或高反射率两种方式。

光参量振荡器谐振腔还有其他多种结构方案，例如由反射镜1、3和环腔反射镜4构成的环形腔结构，如图1(b)；由表面具有一定曲率的反射镜1、3构成的非稳腔结构，如图1(c)。其中腔镜1和3的镀膜方式与图1(a)中的1和3相同，环形腔反射镜4上的膜层要求对信号光同时具有高反射率。图1(b)、1(c)所示的结构仅为最简单的非稳腔和环形腔示意图，光参量振荡器可以采用的环形腔和非稳腔还有其他多种形式，并且还可以在腔内设计其他多种光学元件以实现具有特定性质的输出。此外，通过在特定构型的晶体表面镀膜可以直接实现具有一定几何腔型的谐振腔。

然而，普通的光参量振荡器存在一个问题，这就是，光参量振荡器输出的光束质量很差，光束发散角很大。该问题一直未能得到很好解决，极大限制了光参量振荡器的实际应用。

发明内容    本发明的目的是设计一种变反射率腔光参量振荡器，通过在外腔式光参量振荡器输出镜或输入镜内侧镀变反射率膜系，改善光参量振荡器的参量振荡过程，实现较好的腔内横膜选择，使输出的激光束具有更高的光束质量，大大减小光束的发散角，能够进行更长距离的有效传播。

本发明提出的变反射率腔光参量振荡器，包括输入反射镜、非线性晶体和输出反射镜，其中非线性晶体置于两个反射镜中间，其中所述的输出反射镜或输入反射镜中的任意一个，其内侧朝向非线性晶体的表面镀有由三个以上膜层构成的变反射率膜系，其中至少有一个膜层厚度为曲线形，线形为高斯曲线，曲线最高点处，即膜层的最厚处的厚度为 $d=\frac{\mathrm{\λ}}{4n},$ 其中d为膜厚，λ为光参量振荡器输出波长，n为膜层材料的折射率。

上述变反射率腔光参量振荡器中的膜层材料可为二氧化硅、二氧化锆、氟化镁或硫化锌中的任何一种。

附图说明：

图1为光参量振荡器已有技术的腔结构示意图，其中：(a)为普通直腔结构，(b)为典型环形腔结构，(c)为典型非稳腔结构；

图2为几种可在光参量振荡器变反射率镜中采用的典型反射率曲线。

图3(a)为实施例一的结构图，其中的输出镜3的膜层结构用图3(b)表示。

图4(a)为实施例二的结构图，其中的输出镜3的膜层结构用图4(b)表示。

图1-图4中，1是输入镜，2是非线性晶体，3是输出镜，4是环腔反射镜，5是2阶高斯曲线，6是4阶高斯曲线，7是6阶高斯曲线，8是马鞍形曲线，9是K9玻璃，10是二氧化锆1/4波长膜，11是二氧化硅1/4波长膜，12是二氧化锆渐变膜，13是硫化锌1/4波长膜，14是氟化镁1/4波长膜，15是硫化锌渐变膜，16为变反射率膜系。

具体实施方式：

实施例一：

如图3(a)，光参量振荡器几何构型采用非稳腔结构，非线性晶体2为KTP(KTiOPO₄)，以非临界相位匹配方式工作。泵浦光是波长1.064μm的脉冲激光。输出镜3的左侧镀以与波长1.57μm相应的变反射率膜系，右侧镀的双层膜对1.57μm波长的光具有高透过率。变反射率曲线采用图2中的2阶高斯曲线5。实施例一的输出波长在1.57μm附近。

输出镜3内侧的变反射率膜系结构如图3(b)，其中9为基片，材料为K9玻璃；10为二氧化锆1/4波长膜，厚度约为0.20μm，11为二氧化硅1/4波长膜，厚度约为0.27μm。1/4波长膜是指膜层的光程为1/4相应波长。膜层10和11可以采用普通的蒸镀法加工。

最外层的膜层12为中心轴对称渐变分布二氧化锆膜，材料采用二氧化锆，膜层中心处的厚度约为0.20μm，且厚度从中心向边缘递减，在边缘处的厚度接近0，该膜层采用电子枪蒸发的方法进行加工。膜层10、11、12构成的膜系对波长1.57μm光的反射率为所要求的曲线，膜系中心处的反射率值在50％左右。

实施例一的具体腔型参数经过了一定的优化，可以输出具有很高光束质量的激光束。这样，经过一定距离的传播后，实施例一产生的光斑与普通光参量振荡器相比面积大大缩小，并可以满足激光测距、光谱、光通讯等领域的实际要求。

实施例二：

实施例二几何构型采用简单直腔，如图4(a)，非线性晶体2为周期极化铌酸锂，泵浦光是波长0.53μm的连续激光。输出镜3左侧镀有与波长0.78μm光相应的变反射率膜系，右侧的双层膜对0.78μm波长的光具有高透过率。变反射率曲线采用图2中的4阶高斯曲线6。实施例二的输出波长在0.78μm附近。

输出镜3内侧的变反射率膜系结构如图4(b)，其中9为基片，材料为K9玻璃；13为硫化锌1/4波长膜，厚度约为0.08μm，14为氟化镁1/4波长膜，厚度约为0.14μm。膜层13和14采用普通的蒸镀法加工。

夹在中间的膜层15为中心轴对称渐变分布硫化锌膜，材料采用硫化锌，膜层中心处的厚度约为0.08μm，且厚度从中心向边缘递减，在边缘处的厚度接近0。该膜层采用电子枪蒸发的方法进行加工。膜层13、14、15构成的膜系对波长0.78μm光的反射率为所要求的曲线，膜系中心处的反射率值在90％左右。

实施例二：

输出高光束质量的红色光束，由于光束发散角比普通光参量振荡器的输出光束小，这种光束具有更大的有效传播距离，可在照明、彩色显示等领域内使用。

Claims (2)

1、一种变反射率腔光参量振荡器，包括输入反射镜、非线性晶体和输出反射镜，其中非线性晶体置于两个反射镜中间，其特征在于，其中所述的输出反射镜或输入反射镜中的任意一个，其内侧朝向非线性晶体的表面镀有由三个以上膜层构成的变反射率膜系，其中至少有一个膜层厚度为曲线形，线形为高斯曲线，曲线最高点处，即膜层的最厚处的厚度为 $d=\frac{\mathrm{\λ}}{4n},$ 其中d为膜厚，λ为光参量振荡器输出波长，n为膜层材料的折射率。

2、如权利要求1所说的变反射率腔光参量振荡器，其特征在于，膜层材料为二氧化硅、二氧化锆、氟化镁或硫化锌中的任何一种。

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