一種波長可調諧的紅光激光器及波長調諧方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及激光技術和非線性光學領域，尤其涉及一種波長可調諧的紅光激光器 及波長調諧方法。
【背景技術】
[0002] 目前，生物、材料等科學研究領域和醫療、檢測等工業領域對可見光激光器尤其是 紅色激光器具有廣泛需求。目前常用的紅色激光器多為半導體和固體激光器，由于受到激 光發射機制和激光材料性能的限制，其輸出波長多為630nm、650nm、671nm等固定波段，波長 不能夠任意調諧，極大限制了其在上述領域的應用。例如在光動力療法治療腫瘤過程中，需 要輔助以光敏劑產生單態氧來殺死癌細胞，不同光敏劑對激光的吸收峰值差異很大，需要 不同波長甚至波長可以任意調諧的激光治療儀才具有較好療效。產生波長可調諧激光的途 徑之一是采用頻率變換技術，例如倍頻、差頻和光參量振蕩等。目前以全固態激光器栗浦的 光參量振蕩器，采用BB0、LB0、KTP或PPLN等晶體作為非線性頻率轉換器件，通過機械方式調 整晶體的角度、位置等條件，可以產生波長從600nm至700nm的紅色激光，波長可以根據需求 實現任意輸出，能夠滿足上述需求對波長和功率的需求。但是，由于非線性晶體必須通過機 械調控的方式調整波長，造成裝置內部含有步進電機、轉動或位移平臺等部件，結構復雜， 體積大，調諧速度慢，穩定性和可靠性均不足。
[0003] 分布布拉格半導體激光器(DBR)是一種通過電壓調控分布反饋元件以達到調整輸 出波長的激光器，由于不含有機械部件，因而結構緊湊，可靠性高，調諧速度可達到每秒數 千赫茲，調諧范圍可達70nm以上，輸出功率10mW左右。摻鐿(Yb)光纖激光器在1064nm附近具 有超過lOOnm的增益范圍，輸出功率可高達數十瓦，通過加入調制元件后（調Q)可輸出高重 復頻率、高峰值功率的納秒脈沖激光。光參量振蕩(0P0)能將一個頻率的激光轉換為信號和 空閑頻率的相干輸出，而且可以在一個很寬的頻率范圍內實現調諧，是可調諧激光產生的 重要手段之一。準相位匹配非線性材料(或稱光學超晶格)的出現，極大的提高了非線性頻 率轉化的能力，與傳統的雙折射相位匹配非線性材料相比，由于其具有高非線性系數及無 走離的優點，結合波導技術可以使非線性頻率轉換的效率獲得極大提升，例如可通過倍頻 技術(SHG)獲得高功率532nm綠色激光。
【發明內容】
[0004] 本發明提供了一種波長可調諧的紅光激光器及波長調諧方法，克服了傳統波長可 調諧激光器的機械結構復雜，體積大，調諧速度慢，穩定性和可靠性不足的問題。
[0005] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0006] -種波長可調諧的紅光激光器，其特征在于：由依次設置在同一軸線上的DBR激光 器、摻Yb光纖激光器、波導倍頻器和光參量振蕩器組成，其中所述DBR激光器與摻Yb光纖激 光器之間安裝有隔離器，所述DBR激光器、隔離器、摻Yb光纖激光器、波導倍頻器與光參量振 蕩器之間通過光纖導管連接。
[0007] 所述波導倍頻器為波導結構的啁嗽周期超晶格，所述啁嗽周期超晶格由矩形底座 和設置在矩形底座上方的超晶格組成，所述矩形底座由低折射率s〇2鍵合鈮酸鋰材料構成。
[0008]所述光參量振蕩器為波導結構超晶格，波導結構超晶格的兩端鍍有增透膜，所述 波導結構超晶格在栗浦光入射端鍍高反膜，所述波導結構超晶格在栗浦光出射端鍍60%反 射膜。
[0009] 所述啁嗽周期超晶格和波導結構超晶格由LiNb〇3、LiTa〇3或KTP材料構成。
[0010] -種波長調諧方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
[0011] a、采用DBR激光器產生波長可調諧的種子光，將所述種子光通過光纖耦合，并經隔 離器隔離反饋光后，注入到摻Yb光纖激光器中；
[0012] b、所述摻Yb光纖激光器對注入光源進行調Q產生脈沖激光，并將所述脈沖激光輸 出至波導倍頻器；
[0013] C、輸出激光進入波導式啁嗽周期超晶格中進行倍頻，產生平均功率20W的500nm-530nm波長可調諧綠光，并由透鏡耦合進入光參量振蕩器；
[0014] d、光參量振蕩器中的波導結構超晶格進行頻率轉換，輸出600nm-700nm紅色可調 諧激光。
[0015] 所述種子光為l〇〇〇nm-l〇60nm波長可調諧小功率紅外激光。
[0016]所述脈沖激光的重復頻率為50KHz，脈沖長度為100ns，輸出功率為50W，偏振方向 處于豎直線偏振。
[0017]所述步驟d具體包括:所述光參量振蕩器根據調諧后的種子光波長，判斷產生紅色 可調諧激光的波長。
[0018]與現有技術相比，本發明至少具有以下優點：
[0019] 通過上述本發明的技術方案，采用DBR激光器進行波長調諧，摻Yb光纖激光器作為 栗浦光，波導結構的啁嗽周期超晶格作為倍頻器件，波導結構超晶格光參量振蕩器輸出可 調諧紅光。該激光器具有結構小巧、性能穩定、波長調諧速度快的優點。本方法由波長可調 諧的DBR激光器作為種子光注入光纖激光器產生高功率近紅外激光，經波導型啁嗽超晶格 倍頻產生可調諧綠色栗浦激光，再由波導型光參量振蕩器產生波長可調諧紅色激光。即在 500nm-530nm之間調諧DBR種子光波長，產生600nm-700nm波長可調諧紅色激光。本發明不包 含機械運動部件，波長調諧通過電控調制，體積小，可靠性高，調諧速度快，克服了傳統波長 可調諧激光器的缺點。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發明實施例提供的波長可調諧紅光激光器的組成結構示意圖；
[0021] 圖2是本發明實施例提供的波導結構啁嗽周期超晶格的結構示意圖；
[0022] 圖3是本發明實施例提供的光參量振蕩器中波導結構超晶格的結構示意圖；
[0023]圖4是本發明實施例提供的波長調諧方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合本發明中的附圖，對本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯 然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的 實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都 屬于本發明保護的范圍。
[0025]如圖1所示，為本發明實施例提出的一種波長可調諧的紅光激光器，其特征在于： 由依次設置在同一軸線上的DBR激光器1、摻Yb光纖激光器3、波導倍頻器4和光參量振蕩器5 組成，其中DBR激光器1與摻Yb光纖激光器3之間安裝有隔離器2，DBR激光器1、隔離器2、摻Yb 光纖激光器3、波導倍頻器4與光參量振蕩器5之間通過光纖導管連接。
[0026]如圖2所示，波導倍頻器4實際為波導結構的啁嗽周期超晶格6,啁嗽周期超晶格6 由矩形底座61和設置在矩形底座上方的超晶格62組成，矩形底座61采用低折射率S02材料 作為襯底，鍵合鈮酸鋰材料后，通過室溫電場極化工藝制作啁嗽周期超晶格，再通過化學拋 光方式制作出截面尺寸l〇〇um*100um的矩形波導。為了提高轉換效率，波導長度為40mm-50mm〇
[0027]如圖3所示，光參量振蕩器5實際為波導結構超晶格7,波導結構超晶格7的兩端鍍 有增透膜，波導結構超晶格7在栗浦光入射端鍍高反膜，波導結構超晶格7在栗浦光出射端 鍍60%反射膜。此種結構不包含可調腔鏡，振蕩光約束于波導內反射，效率高，可靠性好。 [0028]優選的，啁嗽周期超晶格6和波導結構超晶格7由LiNb03、LiTa03或KTP材料構成，具 有百微米量級的波導型截面和厘米