專利名稱：一種內腔式模式失配補償的光參量振蕩器的制作方法
技術領域：
本發明的一種內腔式模式失配補償的光參量振蕩器，涉及一種激光裝置，屬于光 電子領域
背景技術：
光參量振蕩器具有可調諧的優點，且其調諧范圍可從紫外到遠紅外，彌補了普通 激光器只能輸出一種波長激光的缺點，是獲得寬帶可調諧、高相干輻射光源和新波段激光 系統的重要途徑，具有很高的應用價值。尤其是近年來，隨著一批新型非線性光學晶體的出 現以及光學頻率轉換技術的日益成熟，光學參量振蕩技術取得了突破性的進展，廣泛應用 于環境監測、材料處理、數據通信、光電測量、激光測距及激光雷達等領域。目前光學參量振蕩器主要可分為外腔式和內腔式兩種方式實現。光學參量振蕩器 主要由泵浦光(對于內腔式光學參量振蕩器，泵浦光又稱基頻光)泵浦產生一個信號光和 閑頻光。外腔式光參量振蕩器把泵浦光經過聚焦耦合到光參量振蕩器內，可方便實現泵浦 光與光參量振蕩器腔模的模式匹配。但外腔式光參量振蕩器泵浦光功率較低，采用聚焦系 統來提高功率密度使得系統變得復雜。內腔式光參量振蕩器把光參量振蕩器振蕩腔(下文 簡稱光參量振蕩腔)置于基頻激光諧振腔(下文簡稱基頻腔)內，可利用基頻光(又稱光參 量振蕩器的泵浦光)腔內的高功率密度來提高光參量振蕩的轉換，但基頻腔和光參量振蕩 腔的模式匹配困難。我們通過理論計算發現當在光參量振蕩腔引入一個可變焦距透鏡(隨 著泵浦功率的升高，透鏡焦距變短)，可有效緩減模式失配的問題。當內腔式光參量振蕩器 的光參量振蕩腔內引入一個透鏡，如圖1所示。根據圖1的激光系統結構計算了基頻腔和 光參量振蕩腔在非線性光學晶體上的腔模半徑，如圖2所示。由圖2可知，隨著泵浦功率的 升高，基頻腔在非線性光學晶體上的腔模半徑變小，但光參量振蕩腔在非線性光學晶體上 的腔模半徑不變。所以隨著泵浦功率的升高，兩個腔模模式失配越來越嚴重。當縮短光參 量振蕩腔內引入的透鏡焦距，將有利于緩減高功率下兩個腔模模式失配，但會導致低功率 下的兩個腔模模式失配。所以如果采用可變焦距透鏡，將有利于實現隨著泵浦功率升高的 激光的有效輸出。
發明內容
本發明的目的是提供一種內腔式模式失配補償的光參量振蕩器，有效緩減內腔式 光參量振蕩器模式失配問題，從而提高光參量振蕩器的轉換效率。本發明技術方案結合附圖描述如下本發明的內腔式模式失配補償的光參量振蕩器，光路中依次放置全反腔鏡1，激光 晶體2，聲光Q開關3，復合腔鏡4，對閑頻光吸收的平面介質鏡7，非線性光學晶體5，輸出腔 鏡6。其中全反腔鏡1和輸出腔鏡6組成基頻腔，由復合腔鏡4和輸出腔鏡6組成光參量振 蕩腔。所述的對閑頻光吸收的平面介質鏡7具有一定的厚度，厚度可以選擇2mm到IOmm
3之間.所述的全反腔鏡1鍍對基頻激光高反射的膜系；所述的輸出腔鏡6鍍對基頻激光 高反射并對信號光部分透過的膜系；所述的復合腔鏡4鍍對基頻激光高透射，同時對信號 光高反射的膜系；所述的對閑頻光吸收的平面介質鏡7鍍同時對信號光、閑頻光和基頻激 光增透的膜系。本發明的內腔式模式失配補償的光參量振蕩器實現方式為由激光晶體2產生的 基頻光在全反腔鏡1和輸出腔鏡6組成基頻腔內諧振，并由聲光Q開關進行調制來提高基 頻腔內基頻光峰值功率，同時由非線性光學晶體5光參量變換產生信號光和閑頻光。信號 光在復合腔鏡4和輸出腔鏡6組成光參量振蕩腔內振蕩加強，并由輸出腔鏡6輸出信號光。 對閑頻光吸收的平面介質鏡7將對通過的閑頻光吸收從而發熱，熱量由中心向外擴散造成 折射率的梯度變化，起到一個起到類似可變焦距透鏡的作用。由于激光泵浦功率的升高，基頻光增強，從而信號光和閑頻光也增強，所以對閑頻 光吸收的平面介質鏡7引起的熱透鏡作用的熱焦距變短，即對閑頻光吸收的平面介質鏡7 起到焦距隨著泵浦功率升高而變短的透鏡作用。根據前面理論計算，引入對閑頻光吸收的 平面介質鏡7可起到補償模式失配的作用。本發明的另一種改進型的內腔式模式失配補償的光參量振蕩器，光路中可以不用 復合腔鏡4，對閑頻光吸收的平面介質鏡7的靠近聲光Q開關3的一面改鍍對基頻激光高透 射，同時對信號光高反射的膜系，起到代替復合腔鏡4的作用。
圖1，內腔式光參量振蕩器腔內引入一個透鏡的示意圖；圖2，基頻腔和光參量振蕩腔在非線性光學晶體上的腔模半徑的計算結果圖；圖3，一種內腔式模式失配補償的光參量振蕩器的示意圖；圖4，一種改進型內腔式模式失配補償的光參量振蕩器的示意面說明1為全反腔鏡，2為激光晶體，3為聲光Q開關，4為復合腔鏡，5為非線 性光學晶體，6為輸出腔鏡，7為對閑頻光吸收的平面介質鏡。
具體實施例方式實施例1 按照圖3的光路制作一臺內腔式模式失配補償的光參量振蕩器，用于輸 出1.5微米激光。激光晶體2采用NchYVO4 ；非線性光學晶體5采用按θ = 90°，Φ = 0°的非臨 界相位匹配切割的KTP ；對閑頻光吸收的平面介質鏡7采用4mm厚的BK7玻璃鏡片。全反 腔鏡1鍍對1. 06微米基頻激光高反射的膜系；輸出腔鏡6鍍對1. 06微米基頻激光高反射 并對1. 5微米信號光透過率為13%的膜系；復合腔鏡4鍍對1. 06微米基頻激光高透射，同 時對1. 5微米信號光高反射的膜系；對閑頻光吸收的平面介質鏡7鍍同時對1. 5微米信號 光、3. 5微米閑頻光和1. 06微米基頻激光增透的膜系。由激光晶體Nd:YV042產生的1. 06微米基頻光在全反腔鏡1和輸出腔鏡6組成的 基頻腔內諧振，并由聲光Q開關進行調制來提高基頻腔內基頻光峰值功率，同時由非線性 光學晶體KTP5光參量變換產生1. 5微米信號光和3. 5微米閑頻光。1. 5微米信號光在復合腔鏡4和輸出腔鏡6組成光參量振蕩腔內振蕩加強，并由輸出腔鏡6輸出1. 5微米信號 光。對閑頻光吸收的平面介質鏡7將對通過的3. 5微米閑頻光吸收從而發熱，熱量由中心 向外擴散造成折射率的梯度變化，起到一個熱透鏡的作用，從而有效的補償緩減了沒有加 對閑頻光吸收的平面介質鏡7時的模式失配問題。采用光纖耦合的半導體激光器泵浦，在 20W的泵浦功率下，實現了 3W以上1. 5微米信號光，光光轉化效率15%以上，相對沒有進行 模式失配補償的光參量振蕩器，效率提高近一倍。實施例2 按照圖4的光路制作一臺內腔式模式失配補償的光參量振蕩器，用于輸 出1.5微米激光。激光晶體2采用NchYVO4 ；非線性光學晶體5采用按θ = 90°，Φ = 0°的非臨 界相位匹配切割的KTP ；對閑頻光吸收的平面介質鏡7采用6mm厚的BK7玻璃鏡片。全反腔 鏡1鍍對1. 06微米基頻激光高反射的膜系；輸出腔鏡6鍍對1. 06微米基頻激光高反射并 對1. 5微米信號光透過率為13%的膜系；對閑頻光吸收的平面介質鏡7的靠近聲光Q開關 3的一面(左面)鍍對1. 06微米基頻激光高透射，同時對1. 5微米信號光高反射的膜系， 另一面(右面)鍍同時對1. 5微米信號光、3. 5微米閑頻光和1. 06微米基頻激光增透的膜 系。由激光晶體Nd: YV042產生的1. 06微米基頻光在全反腔鏡1和輸出腔鏡6組成的 基頻腔內諧振，并由聲光Q開關進行調制來提高基頻腔內基頻光峰值功率，同時由非線性 光學晶體KTP5光參量變換產生1. 5微米信號光和3. 5微米閑頻光。1. 5微米信號光在對閑 頻光吸收的平面介質鏡7的左面和輸出腔鏡6組成光參量振蕩腔內振蕩加強，并由輸出腔 鏡6輸出1. 5微米信號光。對閑頻光吸收的平面介質鏡7將對通過的3. 5微米閑頻光吸收 從而發熱，熱量由中心向外擴散造成折射率的梯度變化，起到一個熱透鏡的作用，從而有效 的補償緩減了沒有加對閑頻光吸收的平面介質鏡7時的模式失配問題。采用光纖耦合的半 導體激光器泵浦，在20W的泵浦功率下，實現了 3W以上1. 5微米信號光，光光轉化效率15% 以上，相對沒有進行模式失配補償的光參量振蕩器，效率提高近一倍。實施例3 按照圖3(或圖4)的光路制作一臺內腔式模式失配補償的光參量振蕩 器，用于輸出1.5微米激光。與實施例1、2不同的是所述激光晶體2采用Nd:YAG或Nd:YAP或Nd:KGW或 Nd GdVO4,制作一臺內腔式模式失配補償的光參量振蕩器。實施例4 按照圖3 (或圖4)的光路制作一臺內腔式模式失配補償的光參量振蕩 器，用于輸出1.5微米激光。與實施例1、2不同的是所述非線性光學晶體采用采用按θ = 90°，Φ = 0°的 非臨界相位匹配切割的ΚΤΑ，制作一臺內腔式模式失配補償的光參量振蕩器。實施例5 按照圖3的光路制作一臺內腔式模式失配補償的光參量振蕩器，用于輸 出2微米激光。激光晶體2采用NchYVO4 ；非線性光學晶體5采用按θ = 90°，Φ = 0°的非臨 界相位匹配切割的KTP ；對閑頻光吸收的平面介質鏡7采用4mm厚的BK7玻璃鏡片。全反 腔鏡1鍍對1. 3微米基頻激光高反射的膜系；輸出腔鏡6鍍對1. 3微米基頻激光高反射并 對2微米信號光透過率為13%的膜系；復合腔鏡4鍍對1. 3微米基頻激光高透射，同時對2 微米信號光高反射的膜系；對閑頻光吸收的平面介質鏡7鍍同時對2微米信號光、3. 5微米附近閑頻光和1. 3微米基頻激光增透的膜系。由激光晶體Nd:YV042產生的1. 3微米基頻光在全反腔鏡1和輸出腔鏡6組成的 基頻腔內諧振，并由聲光Q開關進行調制來提高基頻腔內基頻光峰值功率，同時由非線性 光學晶體KTP5光參量變換產生2微米信號光和3. 5微米附近閑頻光。2微米信號光在復 合腔鏡4和輸出腔鏡6組成光參量振蕩腔內振蕩加強，并由輸出腔鏡6輸出2微米信號光。 對閑頻光吸收的平面介質鏡7將對通過的3. 5微米附近閑頻光吸收從而發熱，熱量由中心 向外擴散造成折射率的梯度變化，起到一個熱透鏡的作用，從而有效的補償緩減了沒有加 對閑頻光吸收的平面介質鏡7時的模式失配問題。采用光纖耦合的半導體激光器泵浦，在 20W的泵浦功率下，實現了 2W以上2微米信號光，光光轉化效率10%以上，相對沒有進行模 式失配補償的光參量振蕩器，效率提高近一倍。實施例6 按照圖4的光路制作一臺內腔式模式失配補償的光參量振蕩器，用于輸 出2微米激光。激光晶體2采用NchYVO4 ；非線性光學晶體5采用按θ = 90°，Φ = 0°的非臨 界相位匹配切割的KTP ；對閑頻光吸收的平面介質鏡7采用6mm厚的BK7玻璃鏡片。全反 腔鏡1鍍對1. 3微米基頻激光高反射的膜系；輸出腔鏡6鍍對1. 3微米基頻激光高反射并 對2微米信號光透過率為13%的膜系；對閑頻光吸收的平面介質鏡7的靠近聲光Q開關3 的一面(左面)鍍對1. 3微米基頻激光高透射，同時對2微米信號光高反射的膜系，另一面 (右面)鍍同時對2微米信號光、3. 5微米附近閑頻光和1. 3微米基頻激光增透的膜系。由激光晶體Nd: YV042產生的1. 3微米基頻光在全反腔鏡1和輸出腔鏡6組成的基 頻腔內諧振，并由聲光Q開關進行調制來提高基頻腔內基頻光峰值功率，同時由非線性光 學晶體KTP5光參量變換產生2微米信號光和3. 5微米附近閑頻光。2微米信號光在對閑頻 光吸收的平面介質鏡7的左面和輸出腔鏡6組成光參量振蕩腔內振蕩加強，并由輸出腔鏡 6輸出2微米信號光。對閑頻光吸收的平面介質鏡7將對通過的3. 5微米附近閑頻光吸收 從而發熱，熱量由中心向外擴散造成折射率的梯度變化，起到一個熱透鏡的作用，從而有效 的補償緩減了沒有加對閑頻光吸收的平面介質鏡7時的模式失配問題。采用光纖耦合的半 導體激光器泵浦，在20W的泵浦功率下，實現了 2W以上2微米信號光，光光轉化效率10%以 上，相對沒有進行模式失配補償的光參量振蕩器，效率提高近一倍。實施例7 按照圖3(或圖4)的光路制作一臺內腔式模式失配補償的光參量振蕩 器，用于輸出2微米激光。與實施例1、2不同的是所述激光晶體2采用Nd:YAG或Nd:YAP或Nd:KGW或 Nd GdVO4,制作一臺內腔式模式失配補償的光參量振蕩器。實施例8 按照圖3 (或圖4)的光路制作一臺內腔式模式失配補償的光參量振蕩 器，用于輸出2微米激光。與實施例1、2不同的是所述非線性光學晶體采用采用按θ = 90°，Φ = 0°的 非臨界相位匹配切割的ΚΤΑ，制作一臺內腔式模式失配補償的光參量振蕩器。
權利要求
一種內腔式模式失配補償的光參量振蕩器，光路中依次放置全反腔鏡，激光晶體，聲光Q開關，復合腔鏡，對閑頻光吸收的平面介質鏡，非線性光學晶體，輸出腔鏡。其中全反腔鏡和輸出腔鏡組成基頻腔，由復合腔鏡和輸出腔鏡組成光參量振蕩腔。其特征在于光路放置對閑頻光吸收的平面介質鏡。
2.按權利要求1所述的一種內腔式模式失配補償的光參量振蕩器，所述的全反腔鏡鍍 對基頻激光高反射的膜系；輸出腔鏡鍍對基頻激光高反射并對信號光部分透過的膜系；復 合腔鏡鍍對基頻激光高透射，同時對信號光高反射的膜系；對閑頻光吸收的平面介質鏡鍍 同時對信號光、閑頻光和基頻激光增透的膜系。
3.按權利要求1所述的一種內腔式模式失配補償的光參量振蕩器，其特征在于當光路 中不用復合腔鏡，則對閑頻光吸收的平面介質鏡的靠近聲光Q開關的一面改鍍對基頻激光 高透射，同時對信號光高反射的膜系，起到代替復合腔鏡的作用。
4.按權利要求1所述的一種內腔式模式失配補償的光參量振蕩器，其特性在于其光參 量振蕩器可用于產生1. 5微米或2微米激光。
全文摘要
本發明涉及一種內腔式模式失配補償的光參量振蕩器，光路中依次放置全反腔鏡，激光晶體，聲光Q開關，復合腔鏡，對閑頻光吸收的平面介質鏡，非線性光學晶體，輸出腔鏡。其特征在于光路放置對閑頻光吸收的平面介質鏡利用吸收閑頻光，起到類似可變焦距透鏡的作用，用于補償非線性光學晶體上基頻激光諧振腔和光參量振蕩器振蕩腔的模式失配的作用。可有效提高光參量振蕩器的轉換效率。
文檔編號H01S3/082GK101986486SQ20091011227
公開日2011年3月16日 申請日期2009年7月29日 優先權日2009年7月29日
發明者張戈, 朱海永, 段延敏, 魏勇, 黃呈輝 申請人:中國科學院福建物質結構研究所