一种中红外飞秒激光器及其参量放大器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及激光器技术领域，具体是中红外飞秒激光器及其参量放大器。
【背景技术】
[0002] 中红外飞秒激光器在医疗成像、生物医药监测、大气监测、红外雷达、红外激光制 导W及天体探测等领域具有广泛的应用。目前生成红外飞秒激光的方法主要有两种，分别 为参量振荡（OPO)和参量放大（OPA)。两者都是利用二次非线性原理，在满足相位匹配的基 111 础上，通过频率差分法产生中红外激光，其频率转换公式为Ap为累浦光波 长，为信号光波长，Ai为闲频光波长。
[000引 目前基于OPO和OPA的中红外飞秒激光器，结构复杂，造价昂贵，调制难度高。同时 激光器的性能在波长覆盖范围，输出功率，重复频率，抗环境干扰能力等方面都存在缺陷。
[0004] OPO原理激光器利用谐振腔振荡原理，激发二次非线性晶体的自发福射效应。其系 统结构对谐振腔精度要求极高，因而导致抗环境干扰能力差，湿度，温度等环境变化都会引 发输出功率的急剧衰减。同时由于采用自发福射原理，目前OPO的中红外激光器输平均出 功率为几十毫瓦，无法满足实际应用需求。
[0005] OPA原理激光器采用混合注入式方法，通过累浦光和信号光在二次非线性晶体中 的差频作用，产生中红外闲频光。然而在参量放大过程中累浦光和信号光之间会发生的逆 转换效应，严重破坏输出光的时域波形和相干性。为保持输出光的光学质量，传统OPA需要 将转换效率压制在较低的水平，大约5%~10%，进一步增加转换效率，就会引起"逆转换 效应"，破坏输出光光学质量。为了提高输出功率，目前OPA系统多采用二级或多级放大技 术，大大增加了系统成本和复杂度，同时造成调制难度提升。
[0006] 在OPA多级放大技术中，为了保证累浦光和信号光时域同步，每级放大前还需要 添加相位延迟组件，该在进一步提升复杂度和调制难度的同时，还严重限制了OPA系统的 重复频率。目前多级OPA系统重复频率停滞在1000化~lOKHz，限制了信号采样密度，导致 其实际应用中受限。同时多级放大和相位延迟组件也降低了 0PA系统的抗环境干扰能力， 增加了系统规模，不利于便携式包装。
【发明内容】
[0007] 本发明的主要目的是提供一种中红外飞秒激光器及其参量放大器，结构简单，成 本低，调制简单，抗环境干扰能力强，高光学质量输出，高转化效率，高重复频率，利于小型 化和便携化。
[000引本发明解决其技术问题所采用的技术方案是；
[0009] 一种中红外飞秒参量放大器，其包括；0PA飞秒累浦激光器1、信号光光源5、设置 在0PA飞秒累浦激光器1和信号光光源5的出射通道上并用于叠加0PA飞秒累浦激光器1 发出的累浦光和信号光光源5发出的信号光的波长组束功能的器件10、用于将叠加后的累 浦光和信号光进行转化输出闲频光的周期性极化二次非线性晶体11，其中：
[0010] 累浦光波长、信号光波长、闲频光波长需要满足二次非线性差频过程中频率转换 1_11 公式（1)为：子=不+1：入^入5,入i分别为累浦光、信号光、闲频光的频率； P *i,
[0011] 根据累浦光波长、信号光波长、闲频光波长和周期性极化二次非线性晶体的材料 折射率决定晶体极化周期，其决定的公式（2)为；= 其中np，n,，ni分别为累 浦光、信号光、闲频光对应的材料折射率，m为准相位匹配级数，A为极化周期；
[0012] 累浦光、信号光、闲频光和周期性极化二次非线性晶体的材料折射率必须满足材 料色散条件，公式（3)如下：
【主权项】
1. 一种中红外飞秒参量放大器，其特征在于，包括：〇PA飞秒泵浦激光器（1)、信号光光 源（5)、设置在OPA飞秒泵浦激光器（1)和信号光光源（5)的出射通道上并用于叠加OPA 飞秒泵浦激光器（1)发出的泵浦光和信号光光源（5)发出的信号光的波长组束功能的器件 (10) 、用于将叠加后的泵浦光和信号光进行转化输出闲频光的周期性极化二次非线性晶体 (11) ，其中： 泵浦光波长、信号光波长、闲频光波长需要满足二次非线性差频过程中频率转换公式 (1)为
入p、入s、入i分别为泵浦光、信号光、闲频光的频率； 根据泵浦光波长、信号光波长、闲频光波长和周期性极化二次非线性晶体的材料折射 率决定晶体极化周期，其决定的公式⑵为
其中np，、ns、ni分别为泵浦 光、信号光、闲频光对应的材料折射率，m为准相位匹配级数，A为极化周期； 泵浦光、信号光、闲频光和周期性极化二次非线性晶体的折射率必须满足材料色散条 件，公式⑶如下：
VII.
其中表示^对Xx的一阶求导，其中，x为i，s，或p。
2. 如权利要求1所述中红外飞秒参量放大器，其特征在于，所述波长组束功能的器件 (10)为：分色镜、分光光栅或分光棱镜。
3. 如权利要求2所述中红外飞秒参量放大器，其特征在于，还包括：第一半波片（2)，所 述第一半波片（2)设置在OPA飞秒泵浦激光器（1)与周期性极化二次非线性晶体（11)之 间。
4. 如权利要求2所述中红外飞秒参量放大器，其特征在于，还包括：第一光学隔离器 (3) ，所述第一光学隔离器（3)设置在所述OPA飞秒泵浦激光器（1)的出射光路上。
5. 如权利要求2所述中红外飞秒参量放大器，其特征在于，还包括：第一光斑控制器 (4) ，所述第一光斑控制器（4)设置在OPA飞秒泵浦激光器（1)与周期性极化二次非线性晶 体（11)之间。
6. 如权利要求2所述中红外飞秒参量放大器，其特征在于，还包括：第二半波片（6)，所 述第二半波片（6)设置在信号光光源（5)的出射光路上。
7. 如权利要求2所述中红外飞秒参量放大器，其特征在于，还包括：第二光斑控制器 (8)，所述第二光斑控制器（8)设置在信号光光源（5)与周期性极化二次非线性晶体（11) 之间。
8. 如权利要求2所述中红外飞秒参量放大器，其特征在于，还包括：第二反光镜（12)， 所述第二反光镜（12)设置在周期性极化二次非线性晶体（11)的出射光路上。
9. 如权利要求2所述中红外飞秒参量放大器，其特征在于，还包括：中红外滤波片 (13)，所述中红外滤波片（13)设置在周期性极化二次非线性晶体（11)的出射光路上。
10. -种中红外飞秒激光器，其特征在于，包括上述任一权利要求所述的中红外飞秒参 量放大器。
【专利摘要】本发明涉及一种中红外飞秒激光器及其参量放大器，其包括：OPA飞秒泵浦激光器、信号光光源、设置在OPA飞秒泵浦激光器和信号光光源的出射通道上并用于叠加OPA飞秒泵浦激光器发出的泵浦光和信号光光源发出的信号光的波长组束功能的器件、以及用于将叠加后的泵浦光和信号光进行转化输出闲频光的周期性极化二次非线性晶体，结构简单，成本低，调制简单，抗环境干扰能力强，高光学质量输出，高转化效率，高重复频率，利于小型化和便携化。
【IPC分类】H01S3-10, G02F1-39
【公开号】CN104701725
【申请号】CN201510152109
【发明人】盖鑫
【申请人】盖鑫
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年4月1日