TWI261397B - Narrow bandwidth high repetition rate optical parametric oscillator - Google Patents

Description

1261397 九、發明說明： 一、 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種光學裝置，特別是關於一種光學腔體裝置，用以自 ，數光子媒"產生乍頻脈衝輸出，而可在中紅外線波長範圍内微調。 二、 【先前技術】 光參數振盪器（optical parametric oscillator—ΟΡΟ)是一種非線 性光學裝置，絲產生—倾自雷射裝置所產生者相似之連貫性 (coherent)光線。最近所提出之〇ρ〇裝置包括一非線性光學媒介，一光學 腔體及可容操作者選擇—㈣輸出波長之元件。經過—個稱為「參數產生」 之步驟，如一非線性光學媒介由一高功率雷射光激發，該媒介會產生一增 益，该增盈乃是相對於一範圍較寬的波長，該波長大於雷射光之波長。將 該媒介置於一組反射鏡中，以在一種或多種可呈現增益之波長下，產生回 授。這種媒介與鏡片之組成即為0Ρ0。〇ρ〇之理論及實作，對此行業人士而 言，均屬已知。一種0Ρ0之實例，則可參考例如美國專利第6, 282, 〇14號。 0Ρ0提供-種主要之優點，即是其難生之光束可在_較寬之波長範圍 内微調，其波長範圍大於直接由雷職置所得驗長細。㈣，其缺點 則是較大的增益錢成〇_魅之未過__寬也歓。喊是脈衝式 0Ρ0，其輸出頻寬通常大於1的倒數公分。但是在許多應用場合，則要求較 窄的頻寬。而能夠產生窄頻寬之0Ρ0則需使用較多的元件，且建置不易，並 容易被其激發雷射所損壞。 美國專利第5, 235, 456號（頒予Guyer等人）揭示-可微調脈衝式單長 模式（single longitudinal mode) 0P0。該0P0使用一具有非線性晶體之 1261397 雙通激發裝置。其輸出是利用—㈣反射人射光鶴光器來縮小其輸出之 頻寬。該發明適用於以高能量單模式雷射光所激發之可見光及近紅外光 ΟΡΟ。而美國專利第5, 457, 707號所揭示之窄頻主振盪n (頒於s〇bey等人） 則具有與Guyer等人之發明她之短處。此外，在SGbey等人之㈣，其輸出 功率較低，且需使用額外之外界放大器以加強其輸出功率。 在"午多應用上，常需提供一種可微調，低功率之脈衝式中紅外光能量 來源，而可產生一高重複（rePetiti〇n)率，例如在1 fcHz到100 kHz之間。 -種用來產生脈衝式紅外光能量之可能來源為侧二極體雷射激發式脈衝 雷射，作為激發能量之來源。不幸的是，Guyer等人之發明以及如㈣等人 之發明’均不適於使用在需以二極體雷射激發之脈衝雷射作為可微調光 源，而產生低能量、高重複率輸出之應用。 在0P0褒置之領域中，也有數種不同型態之非線性晶體，可以提供應 用。周期性極化峨鐘（peri〇dically poled lithium niobate—PPLN)，

MgO : LN，ZnO : LN，等量銳_ (SLN)，等量组酸鐘（SLT)及其他類似 之物質型態之非線性光學晶體，而可提供高非線性特性及優良之傳導，適 用fe圍在近紫外光波絲圍至巾紅外光之5微米波長範酸，均屬適例。 PPLN晶體特別適用在1· 4微米至4· 5微米之間之_操作。利用雷射激發ppLN 以產生opo功能之實驗報告，可見vodopyanov發表在T〇pics Appi•邮· 89,141，178 (2003)之文章。此外，美國專利第6 421，166號（頒於㈣咖 及Yang)也揭示二極體雷射激發Nd : YAG雷射之技術，其重複率為數咖， 可使一PPLN 0P0產生輸出。 1261397 為使ΟΡΟ能產生-窄頻寬之輸出，已有人使用注入種子技術（injecti加， seeding)或腔間標準具（intra cavity etai〇n)技術。但上述技術均會-產生不易用之窄微調範圍，該範圍受限於該注入雷射或在標準具上所施加 之塗層。在Yu與Kung (J· Opt· Soc· Am· B16, 2233-2238 (1999)及Schlup 等人（Optics Communications 176 (2)，267-271 (2000))中均描述利’ 用掠角反射入射光繞射光柵來控制輸出頻寬之技術。在上述各種技術中，/ 其激發雷射均經由一光學元件導入，該元件之典型為反射鏡，在其激發波 長提供高傳輸效率，並在最終之激發裝置之信號波長具有高反射效率。這 β 種裝置需有一鏡片變更步驟，才能涵蓋該非線性媒介所容許之全微調範 圍。在許多應用中例如環境監視、追蹤氣體偵測、利用呼吸分析作醫療診 斷、植物生長監視，以及遠端偵測，所需使用的乃是窄頻寬之紅外光源， 而可在一較廣之波長範圍内作連續微調，而不需依據波長改變而更換光學 元件。 三、【發明内容】 本發明提供一種新穎的光參數振盪器（0P0)，該振蘯器利用一可選波 _ 長隔離反射鏡將一具有第1波長之脈衝光學能量導引至一非線性晶體。該可 選波長隔離反射鏡實質上對該第i波長之入射光學能量可加以反射，但對一 第2波長之光學能量則實質上為透明。因應脈衝光學能量，該非線性晶體可 · 產生一束第2波長光學能量。所產生之光學能量束以一opo腔體強化，該腔 體是由該隔離反射鏡、一繞射光柵，一高反射率鏡片及一微調鏡片所形成。 該南反射率鏡片及該微調鏡片在該第2波長提供高反射率。該微調鏡片之設 8 1261397 置位置係至少部份面對該繞射光柵，以提供一可選用之波長微調機制，在 該所產生之光學能量之波長需加以變更或調整時發揮作用。 ， 該繞射光柵反射至少為ΟΡΟ腔體所產生之光學能量之一部份，作為該繞 射光柵之第零階。該激發光束通過該非線性晶體一次，以大約在87至89 5 度間之入射角度擊中該繞射光柵，經反射而與該所產生之光學能量一齊離 、 開該0Ρ0腔體。一濾光器可使自該0Ρ0腔體反射出來之激發光束轉向，但對 · 該所產生之光學能量束，則實質上為透明。一可選用之虹膜式光圈位於該 濾光器之外，選擇由該0Ρ0腔體所產生之一束光學能量之中心部份。該能量 束之中心部份具有一所需之窄頻寬，可供各種不同系統應用場合使用，以 便提供一可微調範圍增大之窄頻脈衝光學射線來源。利用一相對較寬之繞 射光柵，一相對較大尺寸之激發光束以及一虹膜式光圈，可以達到實質上 縮小之0Ρ0輸出頻寬。 在本發明其他實施例中，該隔離反射鏡是以金屬製成或具有一金屬薄 膜層。忒非線性晶體是以周期性極化鈮酸鋰（ppLN)或類似材料， 例如MgO : LN ’ ZnO : LN，等量織經（SLN)，等量嫩鐘（SLT)或其他丨 類似且可由近紫外線（UV)波長範圍至中紅外線（IR)波長範圍形成高度 非線性及穿透性減之㈣所製成。該波長濾光肢以—掠肖反射入射繞 射光栅之型式提供。也可提供—光學麟機制，以賴由該⑽腔體輸出之 波長。 在本發明另-實施例中》提供一微調機制用以調繼〇p〇之輸出波長。 透過一㈣傳動ϋ使至少-可紐長_反概產生驗，使該輸出波長 9 1261397 以被控制之方式迅速改變。波長調制乃是一種有效之手段，用以使一可微 調光源在各種光譜（spectroscopic)應用上提高其偵測靈敏度。 本發明所财之各種新難徵侧在中請專娜圍巾加以指明，而成 為本件專舰明書之-部份。為使本發明之内容、其操作伽及其所造成 之目的更級明瞭，可參考本案之目式錢揭就描述本發明較佳實施例 之說明内容。其他本發明之目的及特點可由以下詳細說明並參考圖式而更 形清楚。唯需個者’圖式制關示本發明之内容，而不得用以限定本 發明之專利範圍；本發明之範g應以巾請專利範圍之定之。此外，更 需明瞭，圖式中並不限於任何尺寸，除有特別說明外，圖式之目的僅在對 本專利說明書所述之機構與程序作概念性之例示。 四、【實施方式】 請參見第1圖。第1圖為依據本發明一較佳實例而組成之光參數振盪器 (0P0) (100)之一例示機構之硬體方塊圖。激發雷射（1〇1)可以利用一 Q開關（q-switched)二極體雷射激發型似―YAG雷射或替代地以任何類似型 態而可在至少數K Hz之重複率下操作之雷射所製成。該激發雷射（1〇1)之 輸出脈衝_係在5奈秒（nanQsecGnd，nsec)至1咖奈秒之範圍内。該激 發雷射（101)之輸出之橫切模態為一高斯曲線或近於高斯曲線。而該激發 雷射（101)之輸出長度模態可為多模態或單一模態。 激發雷射（101)產生之脈衝光學能量具有第丨波長，而提供一激發光 束。该激發光束在穿過一光耦合器（1〇3)後，入射到一隔離反射鏡（1〇8)。 隔離反射鏡（108)將激發光束導向一非線性晶體（1〇5)，該晶體（1〇5) 1261397 位於一溫控室之内，在圖中顯示溫控室為晶體爐（1〇6)。隔離反射鏡（1〇8) 為一可選波長反射鏡，對該第1波長之入射光學能量可予實質反射，而對一 第2波長之光學能量則實質上為透明。在本實施例中，隔離反射鏡（1〇8) 是设计成對該激發雷射（101)所產生之波長，表現高反射率，但對14微 米至4. 5微米範圍，則表現高穿透率，據此可將由光耦合器（1〇3)入射之 激發光束反射至該非線性晶體（1〇5)。該激發光束穿透非線性晶體（1〇5) 一次，擊中該繞射光柵（1〇7)，其入射角度大約為87至89. 5度，而由此自 一ΟΡΟ腔體反射出來。該腔體是由繞射光柵（107)、隔離反射鏡（ι〇8)、 咼反射率鏡片（111)及一微調鏡片（Η3)所形成。鏡片（U3)之設置 係使其面對繞射光柵（1〇7)，在該ορο腔體之輸出光束之波長需作改變或 調整時，_微調鏡片。該0Ρ0腔體之輸出光束耦合自該繞射光拇（1〇7) 之第零階反射。在該繞射光柵（1〇7)與—濾、光器（115)之間，湖ρ〇腔體 之輸出光束之行财向與驗發騎⑽）職生之激發光束方向相同。 該遽光片（115)用來使該激發雷射⑽）之激發光束轉向，但亦允許該 ορο腔體射出光束穿透。在該濾光片（115)後不遠處為一虹膜式光圈（ιΐ7)， 用以在空間上該0Ρ0腔體射出之輸出光束之中央部份。該輸出光束之中 央部份具有一有用之窄頻寬，可提供各種系統應用所需。 根據本發明另-實施例，由繞射光柵（1G7)、隔離反射鏡（⑽）、 高反射率鏡片（111)及微調鏡片⑽）所形成之QpQ腔體，細如下述方 式製成。高反射率鏡片（111 >是以-寬頻紅外線反射鏡，以具有金薄膜層 之銅或ΒΓ7朗製成，用⑽大約紐彳5微米之波絲酸供高於规之反 1261397 射率。反射鏡（108)則是具有薄膜層之反射鏡，用以對一入射角為45度正 負ίο度’同該激發雷射之波長提供高反射率（反射係數R大於99.5%)。該 反射鏡（108)之薄膜層在設計上應可對在大約13微米至5微米範圍之波 長’在一大範圍之入射角下，具有高度之穿透率（τ>9〇%)。反射鏡（1〇8) 應儘可能接近該晶體爐（1〇6)之進口端，因該激發光束由此進入該晶體 (105) 〇 繞射光栅（107)係位於該晶體爐（1〇6)之出口端，而製作成一光糖， 疋在對1.4至5微米範圍之波長作第1階繞射。為縮小腔體長度，該繞射光栅 (107)最好儘量靠近該爐。繞射光柵（1〇7)之方向應使該激發光束與該 光栅表面形成87到89. 5度之入射角。 依據本發明另-如前段所述之實例，微纖片（113)乃是利用金或銀 作薄膜層之反射鏡製成，其設置之方式係使由該光栅作第遣（或在某些情 形為第2階）繞射之光束反射回其光束中，以提供在該〇ρ〇腔體内之光學回 授。因此’該微調鏡片（113)可作為光學微調元件。由於不同波長自繞射 光柵（107)繞射之方向不同，因此轉動該微調鏡片（113)即可改變反射 回到該腔體狀波長。在此設計下，該輸出波長即可以上述方式微調。如 果在第1圖所不之結構中只有該頻率微調元件，則微調鏡片（113)可提供 在20-3G倒數公分之範圍内微調之功能。要達到諸如⑽-細倒數公分之較 大範圍之微調時，則可依序或同時改變該晶體之溫度及轉動該微調鏡片 (113)。另可選用-監視裝1，附在該微調鏡片（113)，用以監視微調 操作及電腦化控制該ΟΡΟ輸出之微調。 1261397 由於使用在第賺〇之各種光學元件為寬頻，該〇p〇腔體可支援之共振. 波長可包括在1.5微米至5微米間任何波長，條件只是該激發雷射與該晶體 之互動產纽狀錄增益。在幻騎故實關巾，由概片（叫 至該微調鏡(113)間之總光程約為20αη長。該距離可予增長，但對〇p〇 之性能會有影響。實驗顯示當微觸片（113)與繞射光柵⑽）之間距/ 為lcm以下時，輸出功率最大。 · 經由該激發光束與非線性晶體（105)之互動，會產生一信號光束及一 惰性光束。這三光束（激發光束、信號光束與惰性光束）由非線性晶體⑽） 向繞射光栅⑽）產生共線性或近於共線性。這三光束於繞射光拇⑽）· 鏡面反射’如第1圖所示’而從㈣腔體中射出。該鏡片反射為自該繞射光 柵⑽）之獅反射。而在作掠歧射人射時，階光束之能量大於入 射絲之_。該第G階反射即作為{>〇賴之輸㈣合，並包括—束產生 之光學能量，其波長與該激發絲之波長獨。生之光學能量束包括 該惰性光束與該信號光束中其至少一者。利用_與鏡片⑽）相似之鏡片， 排除殘留之激發光束。可以利用一紅外線濾光器來選取該信號光束或該惰 !·生光束作為在下游應用中的光學能量。將一虹膜型光圈置於離該繞射出 口約lOcni之處’將其孔徑調整至使大約之紅外線（ir)通過。該虹膜部 份可以擋_該輸出光束巾央之紅外線（IR)能量中，方向角度偏離之 份。 在上述之參數程序下’該輸出之角度偏離部份具有與中央部份不同之波 長，可能使輸出之波長解析度不當變大。 13 1261397 第1圖所示之ΟΡΟ提供多數優於習知技術之優點。第！圖所示之新賴結構是用 來將激發絲引人該_腔體，而制—45度人射分光微纖# (113)， 該鏡片在1064nm呈現高反射率但在入>;L4prT^則呈現高穿透帛，因此該⑽ 可以只使用單-組光學元件，即可在例如之整個微調範圍 内操作。繞射光栅（107)可以利用一5〇刪寬之光栅製成，其上可設3〇〇溝 /刪，每3·0μηι劃一溝。這種光柵可使該長波長在該微調鏡片（113)與鏡 片（111)所形成之0Ρ0腔體内產生共振。此外，該虹膜式光圈（Η7)實質 上減弱偏離軸線之輸出射線，否則因其包含了對輸出光束可產生較寬底線 台階(pedestal)之主要因素，或使輸出光束之主要頻寬光譜分布變寬。上 述光譜分布變寬是因該激發光束事實上並非完好之平面波，因此造成之偏 離軸心相匹配（phase-matching)所造成之結果。使用一較寬光栅，一個 較大尺寸激發光束及該虹膜式光圈，則可使該QPQ輸出頻寬縮小三倍。當以 4瓦（^〇之1〇6411111射線在4版下激發，本發明之〇?〇可產生60—10_輸出， 在3·0μηι區間其FWHM頻寬通常為〜〇·ι〇η-ΐ。其輸出波長是由該光柵固定， 可在至少數小時内維持穩定在該輸出頻寬之2〇%以内，其根均方（RMS)功 能安定性高於5%。 依據本發明另一實例，利用一壓電傳動器使該微調鏡片（113)顫動， 可使0P0之輸出波長在受控制下迅速改變。波長調制乃是一種有效的手段， 可以改進可調光源在不同光譜分布應用中之偵測靈敏度。 第1圖所示之0Ρ0之波長範圍與操作上之特性特別適合在光學聲波 (photoacoustic)光譜分析，使用光學聲波光譜分析或腔體環降偵測之微 14 1261397 量氣體刀析墩境監測、遠端偵測、IR顯微鏡、IR成像，亦可使用在呼吸 刀析或皮膚排出物分析之醫療診斷。此外，透過翻—適當之非線性晶體 〇〇5) 適當之激發雷射（101)波長，及一適當之繞射光柵（1〇7)， 也可在自近紅外光到可見光波絲圍内進行操作。 第2圖表不第1圖所示激發雷射光辆合器（103) —例示結構之硬體方塊 圖光搞口 ϋ (1〇3)包括一光學隔離器（2〇4)，用以防止激發光束反射 回該激發雷射；一半波片（2〇6)，用以將該激發雷射（1〇1)之偏極面轉 到線性偏極；-光學線性偏光片（施），一透鏡用以將該激發光束集中至 一所需光束尺寸，該尺寸係依該非線性晶體（105)(第1圖）之尺寸決定； 及或以上之光束方向操作反射鏡（212) (214)，其上覆有對激發雷射 U01)之輸出波長提供高反射率之薄膜層，以使該激發光束對準該非線性 晶體（1G5)(第1圖）。另-種影響光束尺寸決定之考慮因素為該激發光 束以及該非線性晶體本身產生之光束對非線性晶體（1〇5)可能造成的損 害。對一lmm厚之PPLN晶體及一在4 kHz下，平均功率為3.5W，1064nm之激 發光束而言，其射到非線性晶體（1〇5)之光束尺寸，稱為「光束腰半徑」 (beam waist)，為250微米。光束腰半徑在2〇〇到3〇〇微米之間，均可適用。 精確而言，光束腰半徑乃是光束之截面尺寸，使86%之光束㉟量包含在該光 束腰半徑二倍寬之範圍内。該激發光束之焦點位置應位於該非線性晶體 (105)及繞射光柵（107)(第1圖）之一般所在位置。上述各元件之裝置 順序係如第1圖及第2圖所示，·但其確切之架構方式及元件之位置在應用上 可依空間上或設計上之考慮，而作改變。 1261397 請參考第3圖。非線性晶體（105)是以屬於周期性極化鈮酸鋰晶體之· 類之材料製成。非線性晶體（105)具有周期性之極化，部份極化周期為在， 26微米至32微米之範圍。一種可適合上述規格之這種晶體為lmm厚，5〇_ 長。非線性晶體（105)之端面拋光，施以抗反射層，使其對1〇64nm表現， 1^<〇.25%，對1.4到4.5微米時，其[^〇.5%。有時可在非線性晶體（1〇5)植· 入MgO或ZnO，其濃度為數。/◦，以提高其對光學傷害之抵抗力。 ’ 將非線性晶體置入一溫控爐内，將爐溫控制在一固定温度，誤差為+〇· i C。該固定溫度在需要改變第1圖之opo之輸出波長時，可予改變。非線性 $ 晶體（105)典型的操作溫度是由2· 5到200°C。第3圖顯示非線性晶體（105) 相對於激發雷射（101)(第1圖）光束之方向。該非線性晶體（1〇5)之爐 具固定在一載具上，該載具能使晶體組件作角度傾斜及χ、γ、Ζ平移，以使 該激發光束正確通過該晶體。 繞射光栅（第1圖之107)之解析度△〜可表為：

Avd =- π0ί3π(ά) 其中，0)為入射光束之光束腰半徑，□為入射光束之入射角度。經觀察，馨 在0Ρ0腔體内’一個光學能量之共振脈衝在離開腔體之前產生Ν次通過，以 建立其強度。因此，該0Ρ0輸出頻寬即為： 〜* 其中’ Ν為該共振脈衝在opo腔體内建立強度所經之通過次數。Ν依循該 * 激發強度以及由該非線性晶體（1〇5)(第1圖）之非線性效應所得之參數 增益。 16 1261397 第4圖為裝置一掠角反射入射光柵在該〇p〇腔體由所得之第丨圖所示〇p〇 之頻寬刀布圖。其中之貫線表示計算值，點代表量測值。使用一劃有3⑽溝 /mm ’溝槽角度26· 743度之光栅，如激發光束尺寸為25_，虹膜孔徑為<;[ mm直枚’則劍pq輸出頻寬可以與未使用繞射光柵（1⑺（第1圖）之卿有 大於ίο倍以上之倍數縮小。#靖之1064哪射線在4 ΚΗζΤ激發，一個以本 發明所示原理所製成之0Ρ0可產生6(M〇〇mW輸出，在3加區域内得到fwhm 頻寬典型為〜O.lon—1。 第5圖為掃描一依據第丨圖之設計製成之〇ρ〇所得之波長頻譜圖。由第5 圖之圖形可看出’該ΟΡΟ提供—〇· 1GM—丨之頻寬。不但如此，其輸出波長被 該繞射光栅所固定，可在數小相上之時間嶋持穩定在其輸出頻寬之· 内’而其根均方（RMS)功率穩定度高於⑽。 第6圖表示一用以改善光學聲波頻譜量測之波長調制〇p〇之一例示結構 之硬體方塊圖。第6圖所示之結構提供一調制機制，用以調制〇p〇之輸出波 長，可用在光譜應用上。該調制機制包括一壓電晶體（ρζτ) (6〇5)，附 於或耦合於一微調鏡片（613)。一信號產生器（617)施加一正弦電壓到 壓電晶體（ΡΖΤ) (605)用以使微調鏡片（613)向該微調方向顫動，其頻 率調制為加。其載波頻率为等於該〇ρ〇之脈衝重複率（4 ΚΗζ)。該壓電晶 體（ΡΖΤ) (605)之位移是由一測微計（micrometer) (βπ)監測。該正 弦電壓之電壓是以一計算機制調整，例如以個人電腦（pc) (64丨），而耦 合於一鎖相放大器（643)。PC (641)調整該正弦電壓的提供以一光學聲 波實驗槽（645)耦合於一麥克風（647)、一擴大器（649)及一波圍（envel〇pe) 17 1261397 偵測一極“651)所量_之最大之解調信號。該波關測二極體可使用 -AD637二極管或類似元件。光學聲波實驗槽⑽）也搞合至一電壓計 (653),用以量測光學聲波實驗槽（645)回覆的信號強度。 第6圖所示之裝置是以一激發雷射⑽）驅動，該雷射產生刪服光 學能量，型式則為激發光束。應說明者為，說明使㈣64nm波長僅為例示 之用，由於其他各種適合之波長均可能使用，專#人士均可加以變化。激 發光束入射到-偏光鏡（_)，偏光鏡⑽8)將該激發光束導引至一非 線性PPLN晶體（605)，該晶體位於一溫控室内，在圖中顯示為爐具。反射 鏡（608)對激發雷射所產生之1〇64醜波長提供高度反射率，但對[4微米 至4.5微米圍’則提供高度穿透率，因此可將激發光束反射到該非線性 PPLN晶體（605)。 該激發光束通過非線性PPLN晶體（6〇5) 一次，以一入射角投射至一繞 射光柵（607)，而由一opo腔體反射出來。該〇p〇腔體是由繞射光柵（6〇7)、 反射鏡⑽）、-高反射率鏡片㈤）及微調鏡片（613)所形成。微調 鏡片（613)係面對繞射光柵⑽7)，當該㈣腔體之輸出光束之波長需加 以改變或調»，可作祕調制觀。腑Q題讀岐絲合自該繞 射光栅（607)之第零階反射。該0P0腔體之輸出光束由一高反射率鏡片（619) 反射，而導引向一虹膜式光圈（621)。虹膜式光圈（621)在空間上選擇 邊輸出光束之中央部份。該輸出光束之中央部份具有一符合需要之窄頻 寬，可供多種系統應用之使用。 在該高反射率鏡片⑽）與—鍺（Ge)渡光片（623)之間，該〇ρ〇腔 1261397 體之輸出光束方向與該《雷射所發έΒ之腿™激發光束相同。該Ge濾光 (623)疋用來使該激發用1〇64咖激發光束從激發雷射轉向，同時也用來 使由该opo腔體發出之輸出光束穿透。在該Ge濾光片（623)之後，該輸出 光束it過-IR (紅外線）透鏡（627)，以將該輸出光束集中至光學聲波 驗槽（645)。 圖表丁使料_之波細柳?(3所得之波長頻細。該頻譜圖顯示 —甲烷（CH4)之光譜線。 本發明並Μ上述實施例之關，因實施例翻關示本發明且可 不同方式加崎改，但均賴離所附之巾請專利範騎定之範_。因此， 雖然在書巾^^馳佳實補制、顯示及指出本發明之_特徵， 但應明瞭’ _^之裝置之形肢魄以«作方式，純作不同之省略、 替換及交更，均可由專f人士達成，*不脫離本發明之精神及範圍。例如， 由各違7〇件及/或方法步驟之結合，可以實質上達成相同之功效且以實質 上相同之方式達成_之結果，均在本侧細之内。此外，也必須承認、， 構成及/或7L件及/或方法步驟，與本發敗魏财所齡及/或描述者有 關之型態，可與其他任何揭示或描述或暗示之雜或_樣結合，作為 設計上可選擇之通常事物。因此，本發明之細只能由以下帽專利 之内容所限定。 本發明書所㈣之參考文獻之全文作為本專利制書之參考文件 1261397 【圖示簡單說明】 第1圖表示依據本發明一較佳實例所組成之光參數振盪器（opo)之例 示結構之硬體方塊圖。 第2圖表示第1圖之0P0所使用之激發光束耦合元件之例示結構之硬體 方塊圖。 第3圖表示一激發光束穿過第1圖之非線性晶體媒介之路徑示音圖。 第4圖表示利用一在該opo腔體内之掠角反射入射光栅所得之第1圖沉^ 之頻寬波形圖。 第5圖表示掃描第1圖opo所得之波長頻譜圖。 第6圖表示一用以提昇光學聲波（photo acoustic)光譜量測之波♦啁 制0P0之例示結構之硬體方塊圖。 第7圖表示利用第6圖之波長調制0Ρ0時所得之波長頻譜圖。 【主要元件符號說明】 100光參數振盪器（0Ρ0) 101激發雷射 103光耦合器 105非線性晶體 106晶體爐 107繞射光柵 1261397 108 隔離反射鏡 111高反射率鏡片 113微調鏡片 115濾光器 117虹膜式光圈 204光學隔離器 206半波片 208光學線性偏光片 212、214光束方向操作反射鏡 601激發雷射 605非線性PPLN晶體 605壓電晶體（ΡΠ) 607繞射光柵 608偏光鏡 611、619高反射率鏡片 613微調鏡片 617信號產生器 621虹膜式光圈 623鍺（Ge)濾光片 627 IR (紅外線）透鏡 641個人電腦（PC) 21 1261397 645 光學聲波實驗槽 647麥克風 649擴大器 651波圍二極管 653 電壓計 655 測微計

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Claims (1)

1261397

月日修(更)正本 十、申請專利範圍： 9K u 1.-種光參數振盈器（ΟΡΟ)，用以與一產生幻波長脈衝光學能量來源 操作，該光參數振盪器包括： * (a) —隔離反射鏡，用以實質反射具第丨波長之入射光學能量，但可令一 第2波長之光學能量實質穿透； (b) —非線性晶體，用以響應第丨波長光學能量自該隔離反射鏡入射，而 產生一束具有一第2波長之光學能量， (c) 一光參數振盪器腔體，用以強化該產生之一束光學能量，其中該光參 數振盪器腔體是由該隔離反射鏡，一繞射光栅，一高反射率鏡片，及一微調鏡肇 片所形成，而使該高反射率鏡片及該微調鏡片對該第2波長提供高反射率，且使 該微調鏡片之位置可以至少部份面對該繞射光柵； 其中表繞射光栅反射该由該光參數振蘯器腔體射出之產生之一束光學能量 之至少一部份，作為該繞射光栅之第〇階； 其中該激發光束通過該非線性晶體一次，以一大約為87至89 5度之入射角擊 中該繞㈣栅，並經反射，而與該產生之—束光學能量—__光參數撼 器腔體；及 φ ⑷-渡光器，用以使由該光參數振盪器腔體反射出之該激發光束轉向； 其中該航輯誠生之-束光學能量騎f上透明，㈣提供—具有第2波長 之脈衝光學能量來源。 . 2·如申請細㈣所述之光參數振盪器，另包括—虹膜式細，位於該 濾光器之外’用以在空間上選擇該由該光參數振i驗體所產生之—束光學能 量之中央部份。 23 1261397 月專矛ifell第1項所述之光參數振H其中該微調鏡#與該繞射光栅 系周i成可&供—波長調整機制，用以調整該所產生之一束光學能量之 波長。 _ 3專她圍第1項所述之光參數振盪器、’其巾該祕性晶體係以下示材 ^至少-種所製成：周期性極化峨鐘（ppLN)，Mg⑴LN，Zn〇 : LN， 等里銳_(SLN) ’及等量姆鐘（SLT);用以提供一非線性晶體，而具有 對自近I外線（UV)波長範圍至中紅外線（ir)波長範圍内，高度之非線性及 穿透率。 5. 如申請專利範圍第丨項所述之光參數缝器，其中該高反射率鏡片及該微調 有細層用以對—波絲圍提供高反射率，據此提供—光參數振盡器 而可不需更換任何鏡片即可在該波長範_之任何波長下操作。 6. 如申請專侧帛3顧述辦數咖，其巾該糊細係以利用 —壓電傳動器使該微職片顫動之方式，控制該產生之―束光學能量之波長。 le/my documents/sinica/sinica42sp6327 補正

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