一种小型化连续波中红外光学参量振荡器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种小型化连续波中红外光学参量振荡器，该振荡器包括激光二极管、Nd:YVO4晶体、MgO:PPLN晶体、第一TEC制冷平台和第二TEC制冷平台，激光二极管、Nd:YVO4晶体、MgO:PPLN晶体从左到右依次排列，Nd:YVO4晶体、MgO:PPLN晶体在同一水平面且不相邻，所述的第一TEC制冷平台置于Nd:YVO4晶体下方，所述的第二TEC制冷平台置于MgO:PPLN晶体下方；本实用新型通过调节MgO:PPLN晶体的温度，实现中红外激光的波长调谐；并且通过在Nd:YVO4晶体和MgO:PPLN晶体端面镀增透或反射膜，减少激光器的所需元器件数量，大大降低了OPO激光系统的尺寸和成本，提高OPO激光系统的集成度。
【专利说明】一种小型化连续波中红外光学参量振荡器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于参量振荡器领域，涉及一种基于MgO:PPLN晶体的小型化连续波中红外光学参量振荡器。
【背景技术】
[0002]3-5 μ m中红外激光是大气的窗口波段，且覆盖了大量气体分子的振转谱线，因此，这一波段的中红外激光在空间探测、激光光谱、气体探测以及国防军工等诸多领域具有重要的应用价值和前景。光学参量振荡器(OPO)作为一种可调谐、高相干光源，是获取中红外激光输出的一种重要手段。
[0003]对基于准相位匹配(QPM)技术的中红外OPO激光器而言，目前常用的非线性晶体主要包括:ZnGeP2 (ZGP)、MgO:PPLN, AgGaSe2、CdGeAs2、OP-GaAs 等，其中 MgO:PPLN 晶体因一方面可利用LiNbO3晶体的最大二阶非线性系数d33，可极大地提高光参量振荡的增益并降低其激光泵浦阈值；另一方面通过在LiNbO^as体中掺入一定浓度的MgO，可显著提高晶体抗激光损伤的阈值，使该晶体可应用于高功率运转的中红外激光变频领域。
[0004]中红外OPO激光器从激光腔的组成结构角度可分为外腔式和内腔式两种。相比于外腔式结构，内腔式OPO的特点是将OPO谐振腔置于激光谐振腔内，其突出的优点在于可利用基频光(又称光参量振荡器的泵浦光)腔内的高功率密度来提高光参量振荡的转换效率，且该结构对OPO腔的稳定性和泵浦光的功率要求较低。近年来，国内外多个课题组基于不同泵浦源或结构方案构建了多个内腔式中红外0P0，获得中红外激光器的宽带调谐输出。如，2013年，林洪沂等人采用连续Nd: YVO4激光器作为泵浦源，在室温下实现了 MgO: PPLN晶体准相位匹配，获得了连续内腔光学参量振荡。通过改变晶体周期，实现了 2.95?4.16 μ m闲频光和1.43?1.66 μ m信号光的宽带可调谐输出；同年，苏辉等人报道了采用808nm半导体激光器泵浦Nd = YVO4晶体，内腔式抽运周期极化MgO = PPLN晶体实现光学参量振荡，通过改变MgO = PPLN晶体的温度获得了 2.249?3.706 μ m中红外的连续宽波段调谐激光输出。尽管上述中红外OPO激光器都采用了内腔式结构，但整个参量振荡系统的构建需要多个透镜和反射镜，中红外参量振荡系统结构复杂，成本高。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种小型化连续波中红外光学参量振荡器，该光学参量振荡器结构简单紧凑，无需采用透镜和反射镜，成本低。
[0006]本实用新型采用如下技术方案:
[0007]一种小型化连续波中红外光学参量振荡器，包括:激光二极管、NdiYVO4晶体、MgO: PPLN晶体、第一 TEC制冷平台和第二 TEC制冷平台，激光二极管、Nd: YVO4晶体、MgOiPPLN晶体从左到右依次排列，NdiYVO4晶体、MgO:PPLN晶体在同一水平面且不相邻，所述的第一 TEC制冷平台置于NchYVO4晶体下方并控制其温度，所述的第二 TEC制冷平台置于MgO = PPLN晶体下方并控制其温度；
[0008]所述的激光二极管最大输出功率为3W，中心波长为808nm ；
[0009]所述的Nd = YVO4晶体的左端面镀有808nm的增透膜且对106411111激光高反，制:￥￥04晶体的右端面镀有1064nm的增透膜；
[0010]所述的MgO:PPLN晶体的左端面镀有1064nm的增透膜、且对1450nm_1650nm和3000nm-4000nm的激光高反，MgO: PPLN晶体的右端面镀有对1064nm、1450nm-1650nm的激光高反膜和3000nm-4000nm的增透膜。
[0011]本实用新型属于内腔式单谐振光参量振荡器，通过在晶体Nd = YVO4和MgO = PPLN晶体端面镀增透或反射膜，置于1064nm激光谐振腔内，利用腔内高激光功率密度降低OPO的阈值，选择合适的增透或反射膜，从而提高中红外激光的转换效率，而且减少激光器的所需元器件数量，大大降低了 OPO激光系统的尺寸和成本，提高OPO激光系统的集成度。
[0012]为了让LD位于晶体的中线，激光二极管和NchYVO4晶体之间最好设置紫铜块，以调节高度。
[0013]作为优选，所述的第一 TEC制冷平台控制Nd = YVO4晶体的温度在27°C，所述的第二TEC制冷平台置于MgO = PPLN晶体下方并控制MgO = PPLN晶体的温度在20?180°C。第一TEC制冷平台精确控制Nd:YV04晶体的温度，通过调节MgO = PPLN晶体的温度保持在20?180°C的范围内，从而可以获得3.4246-3.1308 μ m的中红外闲频光波长。
[0014]作为优选，所述的MgO = PPLN晶体长30mm、宽10mm、厚1mm。优选地，其中MgO的浓度为5%，且周期为30.5μπι。
[0015]本实用新型采用以上技术方案，具有以下优点:
[0016]1、该装置具有结构简单，全固化，易于操作，便于推广使用的特点。
[0017]2、该装置由于采用MgO:PPLN晶体，利用其较高的非线性系数，使得光学参量放大增益高，损耗低。
[0018]3、通过该装置可以实现泵浦光腔内来回振荡，且闲频光在谐振腔内往返一次能获得双程增益，从而可降低振荡阈值，提高转换效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为一种小型化连续波中红外光学参量振荡器的装置图。
[0020]其中，各数字代表:1、第一 TEC制冷平台；2、第二 TEC制冷平台；3、Mg0:PPLN晶体；4、Nd = YVO4晶体；5、激光二极管；6、紫铜块。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0022]如图1所示，一种小型化连续波中红外光学参量振荡器，包括:紫铜块6、808nm的激光二极管5 (LD)、Nd = YVO4晶体4、MgO:PPLN晶体3、第一 TEC制冷平台I和第二 TEC制冷平台2，其位置关系如下:
[0023]所述的第一 TEC制冷平台I置于Nd = YVO4晶体4下方并控制Nd = YVO4晶体4的温度在27V。
[0024]所述的第二 TEC制冷平台2置于MgO = PPLN晶体3下方并控制MgO = PPLN晶体3的温度(控制精度±0.1°C )，获得多波长中红外激光的调谐输出。
[0025]第一 TEC制冷平台I的上方设有紫铜块6，紫铜块6上方设有激光二极管5，激光二极管5、Nd:YV04晶体4、MgO:PPLN晶体3从左至右依次排列。
[0026]所述的LD最大输出功率为3W，中心波长为808nm。
[0027]所述的Nd = YVO4晶体4的左端面SI镀808nm的增透膜且对1064nm激光高反，而其右端面S2则镀1064nm的增透膜。
[0028]所述的MgO = PPLN晶体3长30mm、宽10mm、厚1mm，其中MgO的浓度为5%，且周期为30.5 μ m。另外其左端面S3镀1064nm的增透膜，对1450nm_1650nm和3000nm-4000nm的激光高反。右端面S4镀对1064nm、1450nm-1650nm的激光高反膜和3000nm-4000nm的增透膜。
[0029]通过第二 TEC制冷平台控制MgO = PPLN晶体温度为20°C时，中红外闲频光的输出光谱图，其波峰位于3.4246μπι处。MgO = PPLN晶体温度为180°C时，中红外闲频光的输出光谱图的波峰位于3.1308 μ m处。中红外闲频光波峰位置随着MgO = PPLN晶体温度的升高向短波长方向移动，因此，我们可以通过改变MgO = PPLN晶体温度获得多波长中红外闲频光的调谐输出。，当晶体温度由20°C升高至180°C时，中红外闲频光波长的调谐范围为3.4246-3.1308 μ m。
[0030]本实用新型所述小型化单谐振内腔式中红外光学参量振荡器的工作原理是:利用808nm的LD通过Nd = YVO4晶体产生1064nm的激光作为OPO的泵浦光，再经过所述的MgOiPPLN晶体产生中红外激光输出。通过在MgO = PPLN晶体的两端镀信号光的反射膜，形成信号光的单谐振中红外OPO激光器。该装置是通过第二 TEC制冷平台来精确控制MgO: PPLN晶体的温度从而对输出空闲光波进行调谐。整个实验中需要严格控制晶体的温度使得调谐不受温度的影响而产生误差。
[0031]本实用新型通过将MgO:PPLN晶体置于1064nm激光谐振腔内，利用腔内高激光功率密度可显著降低OPO的阈值，并提高中红外激光的转换效率，可产生调谐范围为3.4246-3.1308 μ m的中红外闲频光波长。
【权利要求】
1.一种小型化连续波中红外光学参量振荡器，其特征在于，包括:激光二极管、NchYVO4晶体、MgOiPPLN晶体、第一 TEC制冷平台和第二 TEC制冷平台，激光二极管、NdiYVO4晶体、MgOiPPLN晶体从左到右依次排列，NdiYVO4晶体、MgO:PPLN晶体在同一水平面且不相邻，所述的第一 TEC制冷平台置于Nd = YVO4晶体下方，所述的第二 TEC制冷平台置于MgO = PPLN晶体下方； 所述的激光二极管最大输出功率为3W，中心波长为808nm ； 所述的Nd = YVO4晶体的左端面镀有808nm的增透膜且对1064nm激光高反，NdiYVO4晶体的右端面镀有1064nm的增透膜； 所述的MgO = PPLN晶体的左端面镀有1064nm的增透膜、且对1450nm_1650nm和3000nm-4000nm的激光高反，MgO: PPLN晶体的右端面镀有对1064nm、1450nm-1650nm的激光高反膜和3000nm-4000nm的增透膜。
2.根据权利要求1所述的小型化连续波中红外光学参量振荡器，其特征在于，所述的MgO:PPLN 晶体长 30_、宽 10_、厚 1_。
3.根据权利要求1所述的小型化连续波中红外光学参量振荡器，其特征在于，激光二极管和Nd = YVO4晶体之间设有紫铜块。
【文档编号】H01S3/108GK204103240SQ201420413605
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】常建华, 桂诗信, 朱成刚, 王志丹, 郭跃 申请人:南京信息工程大学