緊湊的寬光譜、可獨立調諧雙波長參量振蕩器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光學參量振蕩器(0P0)，特別涉及一種緊湊的寬光譜、可獨立調諧雙波長參量振蕩器，屬于激光技術、非線性光學領域。
【背景技術】
[0002]雙波長激光器可廣泛應用于生物化學、遙感探測、光譜物理等領域。雖然產生雙波長激光輸出的方式很多，但傳統雙波長激光器的輸出特性受激光增益介質譜線寬度的限制，調諧范圍僅為GHz ;且不易實現波長間隔的調諧及相對強度的控制。
[0003]光學參量振蕩器、差頻參量發生器是獲得寬光譜可調諧激光輸出的有效手段。當采用周期性極化介質作為非線性參量晶體時，通過對極化周期的選擇可實現在晶體通光范圍內的寬光譜調諧。
[0004]當采用光學參量振蕩器時，為獲得低閾值、高效率非線性頻率轉換，通常采用單諧振方式，如信號光諧振，閑頻光輸出。因此，要獲得雙波長輸出需要使用兩臺光學參量振蕩器；結構復雜、研制成本高昂。
[0005]而采用傳統的差頻參量發生器時，產生不同波長需要有不同波長的信號光注入，大大增加了研制成本；此外，輸出波長的控制受參加差頻參量作用信號光光源的限制，輸出激光波長不易于實現寬光譜連續調諧。
[0006]此外，無論光學參量振蕩器還是差頻參量發生器，為獲得相位匹配并利用晶體的最大非線性系數，栗浦光須為線偏光，這大大增加系統的復雜性及研制成本。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是為了解決上述問題，提供一種緊湊的寬光譜、可獨立調諧雙波長參量振蕩器。該振蕩器能夠輸出兩個不同波長、且兩波長可在大范圍內獨立調諧。
[0008]本發明的目的是通過下述技術方案實現的。
[0009]緊湊的寬光譜、可獨立調諧雙波長參量振蕩器，包括栗浦激光器、偏振分束器、反射鏡、第一控制器、第二控制器、第一耦合光學系統、第二耦合光學系統、第一腔鏡、第二腔鏡、第三腔鏡、第四腔鏡、第一晶體、第二晶體；所述的四鏡環形腔包括第一腔鏡、第二腔鏡、第三腔鏡、第四腔鏡、第一晶體和第二晶體。
[0010]為測試方便，還能夠包含第一分光鏡、第二分光鏡，第一分光鏡置于第二腔鏡后方，第二分光鏡置于第四腔鏡后方；
[0011]另外，為對栗浦激光器進行有效保護，還可包含單向隔離器，單向隔離器位于栗浦激光器與偏振分束器之間。
[0012]由栗浦激光器出射的非偏振激光經偏振分束器分為兩路，偏振態平行于偏振分束器主軸的栗浦光成分透射經過偏振分束器，定義為下路，偏振態垂直于偏振分束器主軸的栗浦光成分，經偏振分束器時反射90°從而到達反射鏡，再由反射鏡反射90°后，形成與下路平行的栗浦光，定義為上路；此后，下路栗浦光依次經過第一控制器、第一耦合光學系統、第一腔鏡、第一晶體、第二腔鏡及第一分光鏡，第一親合光學系統的光軸與栗浦激光器的出光方向重合；而上路栗浦光經依次經過第二控制器、第二耦合光學系統、第三腔鏡、第二晶體、第四腔鏡及及第二分光鏡；其中滿足信號光振蕩條件的四鏡環形腔包括第一腔鏡、第二腔鏡、第三腔鏡、第四腔鏡、第一晶體和第二晶體，第一晶體位于第一腔鏡與第二腔鏡之間，第二晶體位于第三腔鏡與第四腔鏡之間，且第一腔鏡、第一晶體、第二腔鏡、第三腔鏡、第二晶體、第四腔鏡之間的位置關系滿足下述條件:可構成四鏡環形光學諧振腔，滿足信號光單諧振條件，即上路、下路由于參量作用形成的波長不同的信號光在腔內光路重合、形成穩定振蕩。
[0013]其工作過程為:
[0014]由栗浦激光器出射的激光經偏振分束器分為兩路，透射通過偏振分束器的光，偏振態與偏振分束器主軸平行，定義為下路，反射通過偏振分束器的光，偏振態與偏振分束器主軸垂直，再由反射鏡反射后形成與上路平行的栗浦光，定義為上路；
[0015]其中，下路栗浦光傳輸方向與第一控制器、第一親合光學系統、第一腔鏡、第一晶體、第二腔鏡依次排列在同一光路上；
[0016]下路栗浦光在第一晶體中與信號光發生參量作用，產生閑頻光，所產生的閑頻光透射過第二腔鏡形成下路激光輸出，而信號光在四境環形腔中，經第二腔鏡、第三腔鏡、第四腔鏡、第一腔鏡依次反射后，又回到第一晶體，依此循環往復形成穩定振蕩；下路形成的信號光、閑頻光波長由第一晶體特性及工作條件決定；
[0017]上路栗浦光傳輸方向與第二控制器、第二耦合光學系統、第三腔鏡、第二晶體、第四腔鏡依次排列在同一光路上；
[0018]上路栗浦光在第二晶體中與信號光發生參量作用，產生閑頻光，所產生的閑頻光透射過第四腔鏡形成下路激光輸出，而信號光在四境環形腔中，經第四腔鏡、第一腔鏡、第二腔鏡、第三腔鏡依次反射后，又回到第二晶體，依此循環往復形成穩定振蕩；上路形成的信號光、閑頻光波長由第二晶體特性及工作條件決定；
[0019]當第一晶體與第二晶體特性或工作條件不同時，上、下路信號光和閑頻光波長均不相同；
[0020]滿足第一晶體參量作用條件的信號光及閑頻光，不滿足第二晶體的參量作用條件，反之亦然；因此兩不同波長的信號光可在同一諧振腔中振蕩而互不影響，而從第二腔鏡和第四腔鏡分別輸出的閑頻光波長不同，實現雙波長輸出；
[0021]通過對第一晶體和第二晶體特性及工作條件的分別改變，可實現兩路閑頻光輸出波長的寬光譜范圍獨立調諧；
[0022]通過第一控制器和第二控制器可分別控制上、下路栗浦光的偏振態和功率，從而分別控制由第二腔鏡和第四腔鏡輸出的閑頻光激光功率，調整范圍可由閾值到最高，不受其他限制；
[0023]此外，通過對第一晶體、第二晶體內栗浦光參數的獨立控制，也可實現兩不同波長閑頻光輸出功率的獨立調諧；
[0024]本裝置中的栗浦激光器不僅局限于非偏振激光器，當采用線偏振栗浦激光器時，可在偏振分束器前增加半波片，或將偏振分束器換為普通分光器，工作原理與效果相同。
[0025]所述栗浦激光器提供光學參量振蕩器工作所需的光能。輸出功率可調，最大輸出功率高于光學參量振蕩器工作所需的閾值。
[0026]所述偏振分束器可將入射光分為傳輸方向相互垂直的兩路；
[0027]所述第一耦合光學系統、第二耦合光學系統分別用于將下路激上路栗浦光耦合進第一晶體和第二晶體，并控制第一晶體和第二晶體內栗浦光束腰位置及尺寸，以確保栗浦光與所設計光學諧振腔所決定的基模振蕩光匹配。
[0028]所述四鏡環形腔構成光學諧振腔，為光學參量振蕩器信號光提供諧振條件，使信號光在腔內形成低損耗穩定振蕩，而閑頻光低損耗輸出。由于信號光在腔內具有低損耗、高功率密度，因此有利于獲得低閾值、高轉換效率。通過對諧振腔四個腔鏡曲率半徑及相對間隔的設計，可實現第一晶體和第二晶體內振蕩光束腰尺寸和位置的優化。
[0029]其中，第一腔鏡朝向第一親合光學系統及第三腔鏡朝向第二親合光學系統的表面鍍有對栗浦光和信號光兩個波段的防反膜；同時，朝向腔內的表面鍍有對栗浦光高透、對信號光高反、對輸出閑頻光防反的多層介質膜。第一腔鏡和第三腔鏡將栗浦光低損耗的耦合入腔內，同時作為振蕩信號光的高反鏡。
[0030]第二腔鏡和第四腔鏡朝向腔內的表面鍍有對栗浦光及閑頻光高透、對信號光高反的多層介質膜，而朝向腔外的表面鍍有對栗浦光、信號光及閑頻光的防反膜。當輸出閑頻光為中紅外波段時，第二腔鏡和第四腔鏡的基質應采用在中紅外波段具有低吸收的材料。第二腔鏡和第四腔鏡為光學參量振蕩器的輸出腔鏡，低損耗的輸出閑頻光，同時作為振蕩信號光的高反鏡。
[0031]第一晶體和第二晶體兩通光表面均鍍有對栗浦光、信號光及閑頻光的防反膜，以減小光波通過時的損耗。
[0032]由第二腔鏡和第四腔鏡輸出的激光經過第一分光鏡、第二分光鏡后被分為兩束，透過光為所需的閑頻光，反射光為多余的栗浦光和信號光。
[0033]有益效果
[0034]1、本發明的緊湊的寬光譜