一种纳秒脉冲激光变频模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及激光技术和非线性频率变换领域，采用和频或差频技术，特别是光参量振荡技术。
【背景技术】
[0002]20世纪60年代激光技术实用新型以后，人们在实验中观察到很多非线性效应，非线性光学应运而生。其中一个重要分支是光学频率转换，它是拓展激光频谱的一个有效手段。通过和频、倍频及高次谐波产生等频率上转换技术，可以将输出激光波长向紫外、深紫外方向拓展；通过差频、光参量放大、光参量振荡等频率下转换技术，可以将输出激光波长向近红外、中红外及远红外方向拓展。
[0003]光参量振荡器(OPO，OpticalParametric Oscillator)最早在 1962 年提出，到 20世纪80年代，随着基于双折射位相匹配(BPM)的晶体的出现，及半导体泵浦的全固态激光技术的发展，OPO技术有了很大的突破。特别的，到20世纪90年代，基于准位相匹配(QPM)技术的光学超晶格材料的出现(如周期极化的铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、掺镁铌酸锂晶体等)，将OPO技术又向前推进了一步。
[0004]光参量振荡器在产生激光输出时具有很多优势:波长调谐范围广、不受泵浦光波长约束；可使用多种非线性晶体，调谐方式多样，包括温度调谐、周期调谐等；结构紧凑、可全固化，系统稳定性强等。
[0005]目前，特定波长的激光器如1064nm的全固态激光器或光纤激光器已经商业化，可是其他波长如中红外波段(3?5um，此波段的激光在大气中传输时损耗较低，是十分重要的大气红外窗口)的激光器很少，而且要实现波长调谐特别困难。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型可以改变现有纳秒脉冲激光的波长，将波长转变到使用者需要的波长，并且在一定的波段范围内波长可以连续调节；本实用新型可以对全固态、光纤、半导体纳秒脉冲激光器等实现频率转换；本实用新型是一个模块，集成了非线性晶体、谐振腔和控温系统，使用起来较为简单，解决了 OPO技术调节困难的问题；本实用新型使用非线性效应很强的晶体，光光转换效率高、损伤阈值也较高，可以获得功率为瓦级以上的变频激光输出。
[0007]本实用新型的技术方案:一种纳秒脉冲激光变频装置，包括非线性晶体、谐振腔和温控系统；所述非线性晶体为长方体形；所述温控系统，用于检测和控制非线性晶体的温度；所述非线性晶体和温控系统设置于谐振腔的腔体内，使得谐振腔的前腔镜和后腔镜的中心与非线性晶体前后两个端面的中心共线，前腔镜和后腔镜的平面与非线性晶体前后两个端面平行。
[0008]进一步的，所述非线性晶体为周期极化的铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、掺镁铌酸锂晶体或磷酸钛氧钾晶体。当激光经过它们时会发生频率转换，大多基于QPM原理实现，用人工设计周期和温度的办法，可以将波长转换到我们需要的波长。而且这些晶体的非线性效应强，光损伤阈值较高，能够用来获得高功率变频激光输出。如果要获得更大范围的波长调谐，我们可以更换非线性晶体，更换成不同周期的非线性晶体，这样的方式是相对简单的实现波长调谐的方式。本实用新型更换非线性晶体和腔镜比较容易，如果出现非线性晶体损坏(非线性晶体处容易损坏)的情况，维修成本也会相对较低。
[0009]进一步的，所述谐振腔为由两个平镜构成的平平腔、由一个平镜一个凹镜构成的平凹腔、或者由两个凹镜构成的凹凹腔系统。用来放大激光频率转换效果，提升转换效率。
[0010]进一步的，所述前腔镜、后腔镜和非线性晶体都镀了高透膜。
[0011]进一步的，所述谐振腔为直接在非线性晶体端面镀膜形成的谐振腔。
[0012]进一步的，所述的温控系统为控制非线性晶体获得恒定温度的装置，或者是风冷、水冷或者热沉。能够对非线性晶体进行控温，由于非线性晶体的折射率与它的温度有关，所以改变晶体温度可以改变它的折射率，进而改变变频激光波长。所以通过改变设定温度来改变输出变频激光的波长，是一种相对简单的实现激光波长调谐的方式。
[0013]进一步的，泵浦源采用光纤激光打标机，泵浦激光为纳秒脉冲激光，且泵浦激光为近似基膜高斯光束或者平顶光束。采用端泵的泵浦方式，即频率转换后获得的激光与泵浦激光方向一致(不考虑发散可认为重合)。并且要求非线性晶体的两个通光的端面与泵浦激光方向垂直，泵浦激光穿过非线性晶体两个通光端面的中心。泵浦激光，在使用的时候需要先进行聚焦，聚焦中心在非线性晶体内距前端面约1/3的部位，聚焦光斑大小为100?200微米。
[0014]进一步的，所述纳秒脉冲激光变频装置通过外壳固定为一体式装置，装置的入射口和出射口中心处各设计一个十字标，入射口和出射口的中心与非线性晶体前后两端面的中心共线。工作先调节此一体式装置的姿态，让泵浦光从入射口十字标的中心射入，从出射口十字标的中心射出，完成粗调。
[0015]进一步的，所述温控系统包括包裹于非线性晶体左右两侧的铜块，用于检测和控制非线性晶体温度的PDE板和加热棒，设置于铜块下部的陶瓷垫片，与包裹于非线性晶体外部通过陶瓷垫片支撑非线性晶体且与非线性晶体间隔的一圈陶瓷。这样除了下部，铜块和陶瓷包裹层是不接触了，可以更好的控温。
[0016]这个装置是一个整体，使用者在使用的时候，先在低功率下让激光方向与非线性晶体端面垂直，并且让激光通过非线性晶体两个通光端面的中心，这样就调好了 ；然后提高泵浦功率，当内部增益大于损耗时，就可以获得变频后的激光输出。本实用新型可以大大降低使用者的调节难度。
[0017]有益效果:本实用新型为纳秒脉冲激光变频模块，将非线性晶体、谐振腔和温控系统整合成一个模块，使用者可以在不知道具体原理的情况下方便地使用，获得稳定的、高功率、波长可调谐的变频激光输出。用本项实用新型，可以轻松地将现有的纳秒脉冲激光器变频到中红外波段，它的兼容性很高，可实现对现有的纳秒脉冲全固态、光纤、半导体激光器的光频率转换，而且可以实现一定范围的波长调谐(中红外波段调谐范围大约为300nm)。除此，稳定性好、损伤阈值高、转换效率高、可以获得瓦级以上的变频激光输出。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型纳秒脉冲激光变频装置的原理图；
[0019]图2为纳秒脉冲激光变频装置内部示意图；
[0020]图3纳秒脉冲激光变频模块调节的详细说明；
[0021]图4波长随控制温度的变化关系；
[0022]图5通过光纤输入的纳秒脉冲激光变频装置。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0024](一 )纳秒脉冲激光变频装置(平凹腔系统)
[0025]一种纳秒脉冲激光变频装置如图1、2所示，I处为镜架，里面装半英寸的镜片，前腔镜为平镜，材料为氟化钙，镀膜参数为HT@1064nm，HRi1450?1750nm，HT02700?4000nm，后腔镜为凹镜，曲率R为-100mm，材料也为氟化1?，镀膜参数与前腔镜一致；2处为PPMgO: LN (氧化镁掺杂的周期性极化铌酸锂)，极化周期为29.4um，长50mm，宽4臟，高2mm，通光端面为 4mm*2mm，端面镀膜，参数为 HT@1064nm，HT01450 ?1550nm，HTi3600 ?3900nm ；3处为控温系统，其中5为铜块，下面有PDE板和加热棒，用于检测和控制温度，控温精度为0.01摄氏度，铜块