CN210517318U - 一种腔内参量振荡及其混频激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种腔内参量振荡及其混频激光器，包括：第一谐振腔、第二谐振腔、参量放大晶体、基波增益介质和混频晶体，第一镜面与基波增益介质相对设置，基波通过基波增益介质进行增益放大后入射到第一镜面上；第二镜面与参量放大晶体相对设置，在参量放大晶体的至少一个端面上设计成为布鲁斯特入射角切割截面，此参量放大晶体界面将基波和信号波或闲置波在此布鲁斯特截面色散分离开来；混频晶体位于参量放大晶体和第二镜面之间，通过混频晶体得到混频波。本实用新型通过设置参量振荡晶体及混频晶体，实现激光腔内频率转换，通过腔内参量谐振光波和基波的混频产生频率可调谐范围宽广的激光辐射。

Description

一种腔内参量振荡及其混频激光器

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，特别涉及一种腔内参量振荡及其混频激光器。

背景技术

近年来，特定光频激光器件的应用越来越多。各种光的颜色，如，远红外，红外，红色，黄色，橙色，绿色，蓝色，和紫外的激光、可调谐波长的光源是为了显示图像具有更广泛的色彩范围，生物光子应用，化学，三维感知，激光雷达和生物监测仪器及医疗光源等应用。

对于这些应用，现有的已知增益介质可以通过气体、solid-state材料、电泵浦半导体和光泵浦，在各种功率水平和操作模式下提供所需的各种色彩激光辐射。半导体作为增益介质，用于产生紫外线、可见光和红外激光辐射。气体激光器可以产生良好的紫外线(uv)，可见光和红外线(ir)光。电子或光泵浦的半导体激光器可以在可见光频率范围内产生红外和近红外基本激光光源及其谐波。直接半导体激光辐射能产生红光和蓝光，紫辐射具有良好的功率。直接半导体二极管激光器可以产生蓝绿色到绿色的激光辐射与毫瓦功率最近，不太理想的输出光束质量。然而，气体激光器通常体积很大，工作的能源效率非常低。半导体二极管激光器是不可用于产生高功率的直接可见光或基本TEM00光束质量的光束。基于光泵浦或电泵浦的半导体增益激光器能够通过腔内或腔外倍频或三倍转换产生可见光的激光辐射。但是，它们的输出频率受某些半导体量子阱结构设计的辐射增益介质的限制。

今天有许多有用的波长不容易产生，特别是连续的波(cw)，例如，红光以波长在625毫微米和635毫微米、560毫微米和591毫微米laser光为laser图象显示或生物医学和生物仪器.激光图像显示需要低成本和可靠的红光激光。采用脉冲红光的方法，利用腔内1064nm束泵浦的光参量振荡器(参量)的信号束与其基本泵浦光束的重复脉冲和频率混合产生的激光，据报道在专利中产生626-629nm 648nm由Karakawa，Robert j.Martin和Stephen。然而，一个典型的q开关脉冲激光器只能产生脉冲输出，需要额外的q开关设备和相关的电子学。因此，这种系统的成本很高。掺镨YLF激光器可以在607nm和639nm和其他频率产生特定的颜色，但需要蓝光泵浦。因此，所产生的激光器非常昂贵。639nm的激光光源也太深，无法很好地在显示上应用。有需要产生波长或频率可调谐的激光。以前的实用新型没有解决的问题，产生连续波(cw)可见光辐射与简单的激光体系结构。

许多，通过直接增益介质放大受激发射和谐波转换方法被使用在解决这些困难上。一种传统的方法是使用腔内频率加倍或三倍，腔外的一次或多次对输出基本频率的转换而得到所需的激光束频率或波长。这些频率转换方法可以产生有效的谐波转换。然而，这些频率是离散的，而不是可调谐或任意选择的。

在对此问题的响应中，在红外频率上使用了大量的光学参量放大方法来产生波长或频率可调谐的激光输出光束。Yin在美国专利US006，108，356中和Caprara在美国专利US7，447，245中提出了腔内泵浦光学参量振荡器(参量)，用于产生可调谐频率红外输出。大多数参数振荡器需要强泵浦激光束来克服低参量放大增益的困难。腔外光束泵浦的参量振荡和其中腔内差频混合方案的报告，由卡尔科赫，杰拉尔德t摩尔，和乳油Cheungy在"光学参量振荡与腔差频混合"j.Soc.Am.B Vol.12，2268-2273(1995)和主机迪尔伯恩，卡尔科赫，杰拉尔德t摩尔，和j.c翅果在"大于100％的光子转换效率从一个光学参量振荡器与腔内差频混合"，，Vol.23，759-761(1998)和"连续波4.3μm腔内差分频率产生在一个光学参量振荡器，"Vol.26，25-27(2001)，用于产生红外到兆赫兹频率辐射。报道了腔外泵浦和腔内光束泵浦的光学参量振荡器产生的信号波或闲置波，简称为参量波，红外输出光束。在双谐振锂铌酸盐谐振腔中，两个连续波单模群逆变和YAG激光器的和频混合被报道产生了两个TEM00束单589nm的辐射。和Hans Moosmüller在"连续波，全固态，单频率400兆瓦源在589毫微米基于双谐振和频率混合在一个整体锂铌酸盐谐振器，"应用.选择，Vol.37，4891-4896(1998)。腔外光束泵浦参量的腔内频率混合产生的信号或闲置光束与其原共振泵光束可以产生和或差频输出，报告由都林，李文荣林，r.y.Tu，李政道王和肉苁蓉黄"光纤激光器泵浦连续参量用于红、绿、蓝激光器"OSA/CLEO/IQEC，CWJ4(2009)。然而，混合光束转换效率通常较低，特别是，连续波。

在对此的相应中，Caprara在美国专利US7,991,026和美国专利申请出版物指出(Pub。US2010/0321765)，通过使用光泵浦半导体激光器(OPSL)和腔内频率转换，可以产生各种可见的彩色辐射。这个申请的作者在专利申请也独立地指出了(出版物No.:美国2011/0150015)可调谐的激光辐射在可见光和ir频率范围可以由使用一个以上产生共振通过腔内泵浦光参量振荡和腔内频率混合或加倍转换来增强辐射。这上一项实用新型还描述，这种实用新型的配置适用于各种基本频率增益介质，如solid-state增益介质，气体增益介质，或半导体增益介质，或电泵浦或光学泵浦半导体增益介质和所有其它增益介质。

为了通过做有用的设备实现这些实用新型，这些在被实用新型的配置使用的腔光学元件，典型地要求全透射(AR)或高度反射或增加透射和反射的两个涂层(镀膜)在晶体和镜子表面。由于对这些光学的多波长透射和反射的要求，沉积在这些组件表面上的镀膜层，以最好的反射或传输这些特定的波长通常是很厚的，并引起额外的光学散射和对一个或多个在腔内循环的频率的吸收损耗。因此，这些共振增强的光波强度没有达到最大化，最终器件性能受到影响，其制造成本也较高。

安德烈Caprara在美国专利(No.:美国7991026)描述了一种方法分离基波和参量波(信号波或闲置波)的方法，此方法用了一套(二个)放置在腔内的布鲁斯特角棱镜分开.腔内棱镜在使用分色镜的光束分离方案中导致损耗减小，并不需要镀膜。这些腔内棱镜增加了系统的额外光学部件，增加了系统的复杂性和成本。此外，腔内棱镜不减少晶体·表面和镜面的涂层(镀膜)的参量振荡或频率转换晶体的输出表面镀膜的需要。这种使用布鲁斯特切割的棱镜的方法避免了使用分色镜将基本的参量泵光束从生成的参量光束中分离出来的要求。然而，两个晶体仍然需要多波长增透(Anti-Refelction)涂层的所有表面和额外的棱镜必须是很高质量的光学部件和最小的散射损失。由于多波长AR涂层，对一个或多个激光波长的传输不能最小化所有工作波长和参量信号的可调谐性，并且它混合的最终波长带宽范围受限制范围.所有这些都增加了整个激光设备的额外成本。

鉴于上述，在可见光，紫外或远、近红外频率范围内，如何通过激光腔内泵浦参量振荡和腔内频率转换，对产生频率可调谐激光辐射的方法，不断需要进一步实用新型简单的泵浦和参量振荡产生的波的分离技术，和使得连续波辐射信号效率更高和更宽波长调谐范围的设计，并且能够降低成本，是当前需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种腔内参量振荡及其混频激光器。

为了实现上述目的，本实用新型的实施例提供一种腔内参量振荡及其混频激光器，包括：第一谐振腔、第二镜面、参量放大晶体、基波增益介质和混频晶体，混频晶体。

其中，

所述第一谐振腔的第一镜面与所述基波增益介质相对设置，所述基波通过所述基波增益介质进行增益放大后入射到所述第一镜面上；

所述第一谐振腔的第二镜面与所述参量放大晶体或混频晶体相对设置，在所述参量放大晶体或混频晶体的至少一个端面上设计为布鲁斯特角切割界面，，所述参量放大晶体将基波转换为信号波和闲置波；

所述混频晶体位于参量放大晶体和所述第二镜面之间，通过所述混频晶体得到混频波；

其中，所述混频晶体与所述参量振荡晶体独立设置时，所述信号波或闲置波通过所述混频晶体与基波混频，得到混频光波；

所述混频晶体与所述参量放大晶体集成在一起时，所述信号波或闲置波通过集成后的晶体得到混频光波。

进一步，所述参量放大晶体位于布鲁斯特角入射角度区域或邻近处，所述晶体为至少一端面是布鲁斯特角度入射而切割的晶体。

进一步，当所述混频晶体与所述参量放大晶体集成在一起时，集成后的晶体需要具有至少一个布鲁斯特入射界面，使得位于布鲁斯特角入射角度区域或邻近时，信号波或闲置波经过混频晶体二次后，产生频率等于信号波频率或闲置波频率与基波频率之和的新光束，此光束经过布鲁斯特界面折射后，被分离出激光腔体。

进一步，当所述混频晶体与所述参量放大晶体独立设置时，所述参量放大晶体界面将基波转换为信号波和闲置波，信号波或闲置波经过所述混频晶体二次后，产生频率等于信号波频率或闲置波频率与基波频率之和的新光束，此光束经过所述的布鲁斯特界面折射，分离出激光腔体。

进一步，所述参量放大晶体和所述混频晶体采用以下形式之一或它们的组合：

周期极化铌酸锂晶体PPLN、周期极化调制的钽酸锂晶体PPNT、周期极化磷酸氧钛钾晶体PPKTP、三硼酸锂晶体LBO、偏硼酸钡晶体BBO、磷酸钛氧钾晶体KTP,或其他周期极化晶体等。

进一步，所述布鲁斯特入射角度在25-75°之间。

进一步，本实用新型实施例的腔内参量振荡及其混频激光器还包括：曲面镜面，所述曲面镜面的曲率半径可以，但不一定是，为等于或近似等于所述曲面镜面到参量放大晶体连接的界面的光程距离。

进一步，本实用新型实施例的腔内参量振荡及其混频激光器还包括：中间转折镜，所述中间转折镜位于由晶体界面转换的闲置波的光路径上。

进一步，所述基波增益介质采用以下，但不限于，采用以下形式：掺钕(Nd:)YAG、掺钕YVO4，掺钕YLF,掺钕GdYO4,掺镱YAG、玻璃、掺铒YAG、掺钕玻璃，掺钕光纤，钛蓝宝石和其他参杂晶体或参杂陶瓷增益介质。

根据本实用新型实施例的腔内参量振荡及其混频激光器，通过设置参量振荡晶体及混频晶体，实现激光腔内频率转换，通过腔内信号光混频产生频率可调谐辐射。利用参量振荡晶体切割在布鲁斯特角入射或出射角时，晶体对P-偏振光的无损耗折射和无需镀膜的优点，对应的激光器系统，省去了很复杂的双色镜片的需求，激光器稳定性得到提高、生产成本更低，系统准直调整方便。在可见光，紫外或近红外频率范围内，通过腔内泵浦参量振荡和腔内混频转换，使得连续波辐射信号更高效率和更宽波长调谐范围。本实用新型采用参量振荡晶体和和频(频率相加转换)晶体一体化的设计，使得激光系统结构更加简单并且稳定实用。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型实施例的布鲁斯特入射角度的腔内参量振荡及其混频激光器结构图；

图2为根据本实用新型实施例的基于集成参量放大晶体和混频晶体于一体的腔内参量振荡及其混频激光器结构图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型提供一种腔内参量振荡及其腔内混频激光器，通过设置参量振荡晶体和和频(频率相加转换)晶体，实现腔内频率转换，对腔内信号光混频(例如：和频)产生频率可调谐辐射。

如图1所示，本实用新型实施例的腔内参量振荡及其混频激光器，包括：第一谐振腔镜、第二谐振腔镜、参量放大晶体20、基波增益介质10和混频晶体50。

具体的，第一谐振腔镜面1与基波增益介质10相对设置，基波11通过基波增益介质10进行增益放大后入射到第一镜面1上，经过反射回到晶体10再次被放大，经过镜面3反射到参量振荡晶体和混频(和频)晶体50，到镜面2，再返回到晶体50,晶体20,镜面3和增益介质10,形成一个振荡腔体来回振荡。

在本实用新型的一个实施例中，基波增益介质10可以，但不限于，采用以下形式：掺钕(Nd:)YAG、掺钕YVO4，掺钕YLF,掺钕GdYO4,掺镱YAG、玻璃、掺铒YAG、掺钕玻璃，掺钕光纤，钛蓝宝石和其他参杂晶体或参杂陶瓷增益介质。

需要说明的是，基波增益介质10的形式不限于上述举例，还可以采用其他形式的基波增益介质，在此不再赘述。

第二谐振腔镜面2与参量放大晶体20相对设置，参量谐振晶体20将基波11转换为信号波21和闲置波31。

在本实用新型的一个实施例中，参量谐振晶体20界面100设置在布鲁斯特入射角区域或其邻近处，晶体为至少一端面(界面100)是布鲁斯特角度入射切割的晶体。其中，布鲁斯特入射角度在25-75°之间。优选的，布鲁斯特入射角度在50-70°之间。本实用新型的参量放大(或同样称为参量谐振)晶体界面100，由于不需要镀增透膜，所述生产成本很低。

通过将参量谐振产生晶体界面制备成在布鲁斯特入射角附近，选择基波11和信号波21的偏振方向为P-偏振，通过参量过程将基波11转换为参量信号波21或闲置波31，在参量谐振晶体20界面上损失很小或没有损失。由于基波11为腔内谐振辐射，信号增强许多，能形成很强的泵浦光，产生很强的参量振荡和信号波21或闲置波31。

混频晶体50位于参量谐振晶体20和第二镜面2之间，通过混频晶体得到混频光波。

其中，混频晶体采用与参量放大晶体20独立设置时，信号波21或基波11通过混频晶体50时得到率混合的和频新光波。

混频晶体采用晶体50，且晶体50与参量谐振晶体20集成在一起时，信号波21或闲置波31通过集成后的晶体可以得到自身的倍频信号波21。

综上，本实用新型通过采用特殊切割形状的参量谐振晶体，通过其相对奇特的折射特性，利用它的布鲁斯特角界面对光线的折射角度随着波长的改变而发生较大的改变，在产生参量振荡的同时，自然地将所产生的信号光光束和激光谐振腔的基波光束，通过折射角度的区别，自然分开的奇特性能，使得产生的信号光的调谐范围宽，界面光损失小，转换效率高，参量振荡器结构简单，成本低的优点。

【实施例1】

如图1所示，本实用新型实施例的腔内参量振荡及其混频激光器，包括：第一谐振腔镜面1、第一谐振腔镜面3、第二谐振腔镜面2、第二谐振腔镜面4、参量放大晶体20、基波增益介质10和混频晶体50。

具体的，第一谐振腔镜面1与基波增益介质10相对设置，基波11通过基波增益介质10进行增益放大后入射到第一镜面1上，经过反射回到晶体10再次被放大，经过第三镜面3反射到参量振荡晶体和混频(和频)晶体50，到镜面2，再返回到晶体50,晶体20,第三镜面3和增益介质10,形成一个振荡腔体来回振荡。

第二谐振腔镜面2与参量谐振的晶体20相对设置，中间放置混频晶体，在参量放大晶体20的至少一个端面上设计为布鲁斯特角界面，参量放大晶体20界面将基波11转换为信号波21和闲置波31，利用折射角度的区别而安排在避开第三镜面3，和第四镜面4形成参量谐振腔体。由于参量晶体界面，入射角度在布鲁斯特角度附近，选择基波11和信号波21为P-偏振的参量放大晶体20，使得基波11和参量信号波21或闲置波31，在界面上损失最小。由于参量放大晶体20界面100不需要镀增透膜，所以生产成本低。这里，参量谐振晶体20和混频晶体50的相对位置可以调换，至少界面100是布鲁斯特角入射切割的面的晶体被安排在如图1所示的布鲁斯特角斜面位子，以保证所述的相关光波能够被布鲁斯特斜面折射时，利用色散随波长的变化而分离开来。

混频晶体可以位于参量放大晶体20和第二镜面2之间，通过混频晶体得到混频信号波。

另外一种情形，参量放大晶体20也可以放置在混频晶体50和第二镜面2之间，通过混频晶体得到混频的波，可以在混频晶体的布鲁斯特角界面被折射离开谐振腔体。

其中，混频晶体50与参量放大晶体20独立设置时，信号波21或闲置波31通过混频晶体50得到混频产生的新波。具体的，参量放大晶体20将基波11转换为信号波21和闲置波31，产生的参量信号波21或闲置波31，经过混频晶体50时得到和基波11光束的和频混频，和频光的频率(ω_sum)为基波频率(ω_f)和信号波21频率(ω_signal)之和，即(ω_sum＝ω_f+ω_signal)。信号波21在混频晶体50来回二次产生和频后，经过混频晶体50的布鲁斯特角面折射出激光腔，形成输出光被81引导出去。

另外，参量放大晶体20界面将基波11转换为信号波21和闲置波31，产生的参量信号波21或闲置波31，经过混频晶体50时得到和基波11光束的和频混频，和频光的频率(ω_sum)为基波频率(ω_f)和信号波21频率(ω_signal)之和，即(ω_sum＝ω_f+ω_signal)。信号波和闲置波差频出的光频率(ω_signal-ω_idler)延生到中红外或远红外区域。所述的相应波21和闲置波31在混频晶体50来回二次产生混频后，经过混频晶体50的布鲁斯特角面，也可以折射出激光腔，形成输出光被引导出去。

需要说明的是，上述方法也可以用于产生闲置波31的和频光束和差频光束，在此不再赘述。

即，信号波21或闲置波31经过混频晶体50二次后，产生频率等于信号波频率与基波频率之和(或差)的新激光束，激光束折射出激光腔体。

本实用新型采用布鲁斯特角入射的参量放大晶体，使得混频光波的产生设计简单，保证和频或差频光输出的激光束，调谐波长时一直保持准直的优点，使得实现腔内参量振荡信号波21和基波的混频输出光的可调谐范围增宽，并简单实用。

【实施例2】

如图2所示，本实用新型实施例的腔内参量振荡及其混频激光器，包括：第一谐振腔镜面1、第一谐振腔镜面2、第一谐振腔镜面3、第二谐振腔镜面2第二谐振腔镜面4、参量谐振晶体和混频晶体集成晶体2030、基波增益介质10和，如图所示分别形成第一和第二谐振腔。

具体的，第一镜面1与基波增益介质10相对设置，基波11通过基波增益介质10进行增益放大后入射到第一镜面1上。经过反射回到晶体10再次被放大，经过镜面3反射到参量振荡晶体和混频(和频)的集成晶体2030，到镜面2，再返回到晶体2030,镜面3和增益介质10,形成一个振荡腔体来回振荡。

第二镜面2与集成晶体2030相对设置，集成晶体2030的至少一个端面上设计为布鲁斯特角入射界面，集成晶体2030将基波11转换为信号波21和闲置波31。由于集成晶体界面，入射角度在布鲁斯特角度附近，选择基波11和信号波21为P-偏振的参量放大晶体2030，使得基波11和参量信号波21或闲置波31，在界面上损失最小。由于集成晶体2030界面100不需要镀增透膜，所以生产成本低。这里，集成晶体2030,至少界面100是布鲁斯特角入射切割的面的晶体被安排在如图2所示的布鲁斯特角斜面位子，以保证所述的相关光波能够被布鲁斯特斜面折射时，利用色散而将所述感兴趣的光束分离开来。

当混频晶体50与参量放大晶体20集成在一起时，集成后的晶体2030至少有一端面是布鲁斯特角度入射切割的晶体。集成后的晶体2030的一个界面100，另一个界面300。信号波21或闲置波31经过混频后，产生频率等于信号波21频率与基波频率之和的新光束，新光束色散折射后离开激光腔体。具体混频过程参照上述实施例1的方式。

本实施例中的集成晶体2030，使得腔内泵浦的参量振荡信号波21以及腔内基波11的混频产生简单，容易制造，成本低。

在本实用新型的上述各个实施例中，参量放大晶体20和混频晶体50采用以下形式之一：周期极化铌酸锂晶体PPLN、周期极化调制的钽酸锂晶体PPNT、周期极化磷酸氧钛钾晶体PPKTP、三硼酸锂晶体LBO、偏硼酸钡晶体BBO、磷酸钛氧钾晶体KTP,或其他周期极化晶体等。

在上述任一实施例中，本实用新型还包括：曲面镜面4，曲面镜面4的曲率半径等于或近似等于曲面镜面4到晶体布鲁斯特角入射的界面的光程距离。在这种情况下。一旦对准一个信号波21，当调谐到其他信号波21频率时，信号波21的出射折射角度可能有微小的变化，曲面镜面4始终保持着准直。这样，能够避免调谐参量信号波21频率时，参量谐振腔准直在变化而不准直的问题。其中，参量放大晶体20界面位于曲面镜面4的曲面圆心点位置。光线81或光线31为参量振荡和混频产生的感兴趣的可调谐输出光束。

综上，信号波21由第二镜面2和曲面镜面4，经过参量放大晶体20形成共振增强的信号波21。同样的情形，也可以对闲置波31发生。一般应用中只选取一个：信号波21或者闲置波31，或者同时谐振信号波21和闲置波31。

此外，在上述任一实施例中，本实用新型还包括：中间转折镜3，中间转折镜3位于由晶体界面转换的闲置波31的光路径上。

(1)本实用新型选择参量振荡晶体，使得其一个出射界面为所关心的泵浦波长和参量信号波波长的布鲁斯特角度的设计界面角附近切割，并安排入射角在布鲁斯特角全反射角度附近。

这类晶体可以选择LiNOb，LiTab，BBO，LBO，PPLN，PPLT，PPKTP和其他色散晶体，布鲁斯特入射或出射角度在30-70°之间或左右。

(2)本实用新型选择参量放大晶体，使用基波和参量放大的波的偏振方向均为P-偏振波，使得所关心的激光束在布鲁斯特角切割的界面度附近以近似布鲁斯特角度入射，无需要在这个表面增加透射镀膜，入射或出射光损失最小。

这类晶体可以选择周期极化铌酸锂晶体PPLN、周期极化调制的钽酸锂晶体PPNT、周期极化磷酸氧钛钾晶体PPKTP、三硼酸锂晶体LBO、偏硼酸钡晶体BBO、磷酸钛氧钾晶体KTP,或其他晶体。

(3)本实用新型选择混频晶体，使得信号波和和频波的偏振方向均为P-偏振波，使得所关心的激光束在布鲁斯特角切割的晶体界面附近以近似布鲁斯特角度出和入射，无需要在这个表面增加透射镀膜，入射或出射光损失最小。

这类晶体可以选择周期调制的LiNOb晶体PPLN，PPLT，PPKTP，LBO，BBO，LiNOb，KTP等多种晶体。

(4)本实用新型选择参量放大晶体，使用基波和参量放大的波的偏振方向均为P-偏振波，使得所关心的激光束在布鲁斯特角度附近入射或出射时，所关心的激光束在晶体外面的折射角度有明显的不同大小的角度，如在0.5度左右或更大的区别，使得它们能够在通常激光器大小尺寸为几十公分大小范围，能够被引导到不同的光学部件或光路上，分离开来。

这类晶体可以选择周期调制或变周期的LiNOb晶体PPLN，PPLT，PPKTP，LBO，BBO和其他可以周期极化调制，色散系数比较大的晶体。

(5)本实用新型选择参量放大晶体，使用基波和参量放大的波的偏振方向均为P-偏振波，使得所关心的激光束在布鲁斯特角度附近入射或出射，有较大的参量转换非线性系数。

这类晶体可以选择周期调制的LiNOb晶体PPLN，PPLT，PPKTP，LBO，BBO和其他非线性晶体，提供准相位匹配相同偏振状态光的非线性转换。例如，PPLN晶体的d₃₃耦合系数所联系的、沿着Z-轴方向偏振的基波和产生沿着Z-轴方向偏振的参量振荡形成的信号或闲置光波。

(6)本实用新型选择参量放大晶体，使用基波和参量放大的波的偏振方向均为P-偏振波，使得所关心的激光束在布鲁斯特角度附近入射或出射，在参量谐振腔体和基波腔体重叠的部分内引入和频晶体，利用腔内增强的信号波或闲置波和基波混频，产生高效率转换的和频光波输出。

这类晶体可以选择周期极化调制的LiNOb晶体PPLN，PPTN，PPKTP，LBO,BBO和其他非线性晶体，提供准相位匹配相同偏振状态光的非线性转换。例如，PPLN晶体的d₃₃耦合系数所联系的、沿着Z-轴方向偏振的基波和产生沿着Z-轴方向偏振的信号光。

根据本实用新型实施例的腔内参量振荡及其混频激光器，通过设置参量振荡晶体及混频晶体，实现激光腔内频率转换，通过腔内信号光混频产生频率可调谐辐射。利用参量振荡晶体切割在布鲁斯特角入射或出射角时，晶体对P-偏振光的无损耗折射和无需镀膜的优点，对应的激光器系统，省去了很复杂的双色镜片的需求，激光器稳定性得到提高、生产成本更低，系统准直调整方便。在可见光，紫外或近红外频率范围内，通过腔内泵浦参量振荡和腔内混频转换，使得连续波辐射信号更高效率和更宽波长调谐范围。本实用新型采用参量振荡晶体和和频晶体一体化的设计，使得激光系统结构更加简单并且稳定实用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种腔内参量振荡及其混频激光器，其特征在于，包括：第一谐振腔、第二谐振腔、参量放大晶体、基波增益介质和混频晶体，其中，

所述第一谐振腔的第一镜面与所述基波增益介质相对设置，所述基波通过所述基波增益介质进行增益放大后入射到所述第一镜面上，并通过第三镜面，和参量谐振晶体及第二镜面形成谐振腔；

所述第二谐振腔的第二镜面与所述参量放大晶体相对设置，在所述参量放大晶体的至少一个端面为设计成布鲁斯特入射角度切割的界面，所述参量放大晶体的界面将基波转换出的信号波和闲置波，利用折射角度的区别二安排在避开第三镜面，和第四镜面形成参量谐振腔体；

所述混频晶体位于参量放大晶体和所述第二镜面之间，通过所述混频晶体得到混频光波；

其中，所述混频晶体与所述参量放大晶体独立设置时，所述信号波(ω_signal)或闲置波(ω_idler)通过所述混频晶体得到与基波(ω_f)_r混和后的频率的混频波；混频波是参量振荡产生的信号波和基波的频率相加的和频波(ω_f+ω_signal)，也是参量振荡产生的闲置波和基波的频率相加的和频波(ω_f+ω_idler)；

所述混频晶体，与所述参量放大晶体被集成在一起，所述信号波或闲置波通过集成后的晶体得到混频波，也得到各自的倍频波的产生而产生腔内增强的参量振荡及倍频转换的激光输出。

2.如权利要求1所述的腔内参量振荡及其混频激光器，其特征在于，参量振荡晶体位于布鲁斯特角入射区域或邻近角度处，所述的参量振荡晶体或混频晶体的四个光学端面，至少一个端面是布鲁斯特角度入射切割的设置，此布鲁斯特数车角切割的晶体的布鲁斯特角界面出射的光束，安排在不直接面对并指向另一个晶体，从而使得出射的混频光束被布鲁斯特角界面折射后于其他光束在空间分离开来。

3.如权利要求1所述的腔内参量振荡及其混频激光器，其特征在于，当所述混频晶体与所述参量放大晶体集成在一起时，集成后的晶体为至少一端面是布鲁斯特角度入射切割的晶体，光束设置位于布鲁斯特角入射角或邻近区域，信号波或闲置波经过混频晶体二次后，产生的混频光束，通过折射，分离出激光腔体。

4.如权利要求1所述的腔内参量振荡及其混频激光器，其特征在于，当所述混频晶体与所述参量放大晶体独立设置时，所述参量放大晶体将基波转换为信号波和闲置波，信号波或闲置波经过所述混频晶体二次后，产生频率等于信号波或闲置波频率与基波频率之和的激光束，此光束通过布鲁斯特角界面折射出激光腔体，形成可调谐频率的输出光束。

5.如权利要求1所述的腔内参量振荡及其混频激光器，其特征在于，当所述混频晶体与所述参量放大晶体独立设置或组合集成在一体时，它们的前后次序，可对调安置。

6.如权利要求1所述的腔内参量振荡及其混频激光器，其特征在于，所述参量放大晶体和所述混频晶体采用以下形式的单个或组合晶体：周期极化调制的铌酸锂晶体PPLN、周期极化调制的钽酸锂晶体PPLN、周期极化磷酸氧钛钾晶体PPKTP、三硼酸锂晶体LBO、偏硼酸钡晶体BBO、磷酸钛氧钾晶体KTP。

7.如权利要求2所述的腔内参量振荡及其混频激光器，其特征在于，所述布鲁斯特入射角度在25-75°之间。

8.如权利要求1所述的腔内参量振荡及其混频激光器，其特征在于，还包括：曲面镜面，所述曲面镜面的曲率半径为等于或近似等于所述曲面镜面到它所面对的参量放大晶体布鲁斯特角界面的光程距离。

9.如权利要求1所述的腔内参量振荡及其混频激光器，其特征在于，所述基波增益介质，但不限于，采用以下形式：掺钕(Nd:)YAG、掺钕YVO4，掺钕YLF,掺钕GdYO4,掺镱YAG、玻璃、掺铒YAG、掺钕玻璃，掺钕光纤，钛蓝宝石。

Images