紧凑的宽光谱、可独立调谐双波长参量振荡器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光学参量振荡器(0P0)，特别涉及一种紧凑的宽光谱、可独立调谐双波长参量振荡器，属于激光技术、非线性光学领域。
【背景技术】
[0002]双波长激光器可广泛应用于生物化学、遥感探测、光谱物理等领域。虽然产生双波长激光输出的方式很多，但传统双波长激光器的输出特性受激光增益介质谱线宽度的限制，调谐范围仅为GHz ;且不易实现波长间隔的调谐及相对强度的控制。
[0003]光学参量振荡器、差频参量发生器是获得宽光谱可调谐激光输出的有效手段。当采用周期性极化介质作为非线性参量晶体时，通过对极化周期的选择可实现在晶体通光范围内的宽光谱调谐。
[0004]当采用光学参量振荡器时，为获得低阈值、高效率非线性频率转换，通常采用单谐振方式，如信号光谐振，闲频光输出。因此，要获得双波长输出需要使用两台光学参量振荡器；结构复杂、研制成本高昂。
[0005]而采用传统的差频参量发生器时，产生不同波长需要有不同波长的信号光注入，大大增加了研制成本；此外，输出波长的控制受参加差频参量作用信号光光源的限制，输出激光波长不易于实现宽光谱连续调谐。
[0006]此外，无论光学参量振荡器还是差频参量发生器，为获得相位匹配并利用晶体的最大非线性系数，栗浦光须为线偏光，这大大增加系统的复杂性及研制成本。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种紧凑的宽光谱、可独立调谐双波长参量振荡器。该振荡器能够输出两个不同波长、且两波长可在大范围内独立调谐。
[0008]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0009]紧凑的宽光谱、可独立调谐双波长参量振荡器，包括栗浦激光器、偏振分束器、反射镜、第一控制器、第二控制器、第一耦合光学系统、第二耦合光学系统、第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜、第四腔镜、第一晶体、第二晶体；所述的四镜环形腔包括第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜、第四腔镜、第一晶体和第二晶体。
[0010]为测试方便，还能够包含第一分光镜、第二分光镜，第一分光镜置于第二腔镜后方，第二分光镜置于第四腔镜后方；
[0011]另外，为对栗浦激光器进行有效保护，还可包含单向隔离器，单向隔离器位于栗浦激光器与偏振分束器之间。
[0012]由栗浦激光器出射的非偏振激光经偏振分束器分为两路，偏振态平行于偏振分束器主轴的栗浦光成分透射经过偏振分束器，定义为下路，偏振态垂直于偏振分束器主轴的栗浦光成分，经偏振分束器时反射90°从而到达反射镜，再由反射镜反射90°后，形成与下路平行的栗浦光，定义为上路；此后，下路栗浦光依次经过第一控制器、第一耦合光学系统、第一腔镜、第一晶体、第二腔镜及第一分光镜，第一親合光学系统的光轴与栗浦激光器的出光方向重合；而上路栗浦光经依次经过第二控制器、第二耦合光学系统、第三腔镜、第二晶体、第四腔镜及及第二分光镜；其中满足信号光振荡条件的四镜环形腔包括第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜、第四腔镜、第一晶体和第二晶体，第一晶体位于第一腔镜与第二腔镜之间，第二晶体位于第三腔镜与第四腔镜之间，且第一腔镜、第一晶体、第二腔镜、第三腔镜、第二晶体、第四腔镜之间的位置关系满足下述条件:可构成四镜环形光学谐振腔，满足信号光单谐振条件，即上路、下路由于参量作用形成的波长不同的信号光在腔内光路重合、形成稳定振荡。
[0013]其工作过程为:
[0014]由栗浦激光器出射的激光经偏振分束器分为两路，透射通过偏振分束器的光，偏振态与偏振分束器主轴平行，定义为下路，反射通过偏振分束器的光，偏振态与偏振分束器主轴垂直，再由反射镜反射后形成与上路平行的栗浦光，定义为上路；
[0015]其中，下路栗浦光传输方向与第一控制器、第一親合光学系统、第一腔镜、第一晶体、第二腔镜依次排列在同一光路上；
[0016]下路栗浦光在第一晶体中与信号光发生参量作用，产生闲频光，所产生的闲频光透射过第二腔镜形成下路激光输出，而信号光在四境环形腔中，经第二腔镜、第三腔镜、第四腔镜、第一腔镜依次反射后，又回到第一晶体，依此循环往复形成稳定振荡；下路形成的信号光、闲频光波长由第一晶体特性及工作条件决定；
[0017]上路栗浦光传输方向与第二控制器、第二耦合光学系统、第三腔镜、第二晶体、第四腔镜依次排列在同一光路上；
[0018]上路栗浦光在第二晶体中与信号光发生参量作用，产生闲频光，所产生的闲频光透射过第四腔镜形成下路激光输出，而信号光在四境环形腔中，经第四腔镜、第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜依次反射后，又回到第二晶体，依此循环往复形成稳定振荡；上路形成的信号光、闲频光波长由第二晶体特性及工作条件决定；
[0019]当第一晶体与第二晶体特性或工作条件不同时，上、下路信号光和闲频光波长均不相同；
[0020]满足第一晶体参量作用条件的信号光及闲频光，不满足第二晶体的参量作用条件，反之亦然；因此两不同波长的信号光可在同一谐振腔中振荡而互不影响，而从第二腔镜和第四腔镜分别输出的闲频光波长不同，实现双波长输出；
[0021]通过对第一晶体和第二晶体特性及工作条件的分别改变，可实现两路闲频光输出波长的宽光谱范围独立调谐；
[0022]通过第一控制器和第二控制器可分别控制上、下路栗浦光的偏振态和功率，从而分别控制由第二腔镜和第四腔镜输出的闲频光激光功率，调整范围可由阈值到最高，不受其他限制；
[0023]此外，通过对第一晶体、第二晶体内栗浦光参数的独立控制，也可实现两不同波长闲频光输出功率的独立调谐；
[0024]本装置中的栗浦激光器不仅局限于非偏振激光器，当采用线偏振栗浦激光器时，可在偏振分束器前增加半波片，或将偏振分束器换为普通分光器，工作原理与效果相同。
[0025]所述栗浦激光器提供光学参量振荡器工作所需的光能。输出功率可调，最大输出功率高于光学参量振荡器工作所需的阈值。
[0026]所述偏振分束器可将入射光分为传输方向相互垂直的两路；
[0027]所述第一耦合光学系统、第二耦合光学系统分别用于将下路激上路栗浦光耦合进第一晶体和第二晶体，并控制第一晶体和第二晶体内栗浦光束腰位置及尺寸，以确保栗浦光与所设计光学谐振腔所决定的基模振荡光匹配。
[0028]所述四镜环形腔构成光学谐振腔，为光学参量振荡器信号光提供谐振条件，使信号光在腔内形成低损耗稳定振荡，而闲频光低损耗输出。由于信号光在腔内具有低损耗、高功率密度，因此有利于获得低阈值、高转换效率。通过对谐振腔四个腔镜曲率半径及相对间隔的设计，可实现第一晶体和第二晶体内振荡光束腰尺寸和位置的优化。
[0029]其中，第一腔镜朝向第一親合光学系统及第三腔镜朝向第二親合光学系统的表面镀有对栗浦光和信号光两个波段的防反膜；同时，朝向腔内的表面镀有对栗浦光高透、对信号光高反、对输出闲频光防反的多层介质膜。第一腔镜和第三腔镜将栗浦光低损耗的耦合入腔内，同时作为振荡信号光的高反镜。
[0030]第二腔镜和第四腔镜朝向腔内的表面镀有对栗浦光及闲频光高透、对信号光高反的多层介质膜，而朝向腔外的表面镀有对栗浦光、信号光及闲频光的防反膜。当输出闲频光为中红外波段时，第二腔镜和第四腔镜的基质应采用在中红外波段具有低吸收的材料。第二腔镜和第四腔镜为光学参量振荡器的输出腔镜，低损耗的输出闲频光，同时作为振荡信号光的高反镜。
[0031]第一晶体和第二晶体两通光表面均镀有对栗浦光、信号光及闲频光的防反膜，以减小光波通过时的损耗。
[0032]由第二腔镜和第四腔镜输出的激光经过第一分光镜、第二分光镜后被分为两束，透过光为所需的闲频光，反射光为多余的栗浦光和信号光。
[0033]有益效果
[0034]1、本发明的紧凑的宽光谱