基于MgO:PPLN晶畴占空比可控的电场调谐光参量振荡器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于固体激光技术领域，具体涉及一种基于MgO: PPLN晶畴占空比可控的电场调谐光参量振荡器。
【背景技术】
[0002]光参量振荡技术是产生宽带可调谐相干激光光源的有效途径，以此技术为依托的光参量振荡器(OPO)具有调谐范围宽、调谐方式灵活多样、易于整机全固化等优点，在军事、医疗、通信等领域均有着广泛应用，是近年来激光非线性变频领域的重要研究方向和研究热点。
[0003]频谱调谐性能是衡量光参量振荡器的重要指标之一。目前光参量振荡器依据不同的变频介质，所采用的调谐手段不尽相同，如使用KTP、LB0、ZGP等传统双折射晶体可以通过改变晶体匹配角度实现波长调谐，使用MgO:PPLN、MgO:PPLT等周期极化晶体可以通过改变栗浦波长、极化周期、晶体温度实现波长调谐。这些调谐手段相比于腔内插入闪耀光栅、标准具等选频元件的机械调谐更加简单、灵活，但在频谱调谐的高精度控制、快速响应方面却仍未得到有效改善。如最为广泛应用的温度调谐，环境温差、高功率激光栗浦所带来的热积聚等影响因素导致很难实现精细的谱线控制，并且高低温调谐切换过程需要很长的响应时间。针对这一问题，Ned O ’ Brien利用PPLN晶体铌酸锂基质的线性电光效应，采用对PPLN晶体施加特定方向外电场，借助电场加载电压可控性强，高效性、实时性的突出优势，实现了频谱的高精度电场调谐(参考Ned O’Brien等1999年发表在“OPTICS LETTERS”的文章“Electro-optic spectral tuning in a continuous-wave,asymmetric-duty-cycle,per1dically poled LiNbOsoptical parametric oscillator”)。电场调谐技术的弓丨入，极大地促进了光参量振荡器在一些高精度测量、检测等领域的推广应用，但这种技术带来的问题是调谐带宽受限于晶畴占空比，占空比越小，也即正、负晶畴长度差值越大，相应的调谐带宽越宽(参考于永吉等2015年发表在“物理学报”的文章“基于MgO = QPLN的多光参量振荡器电场调谐特性理论与实验研究”)。然而，根据准相位匹配原理，晶畴占空比越小，相应的调谐参量光转换效率也越低，由此可见，电场调谐过程中宽调谐与高效率不可兼顾，并互为制约。
[0004]目前用于光参量振荡器的PPLN极化晶体均为单一晶畴占空比，晶畴占空比一旦确定后即无法进行调控，难以根据实际需求在高精度宽调谐与高变频效率二者间自由切换，极大限制了这类光参量振荡器的推广应用。
【发明内容】
[0005]为了解决现有光参量振荡器存在的受限于单一晶畴占空比、不能灵活在高精度宽调谐与高变频效率二者间自由切换的难点问题，本发明提供一种以晶畴占空比可以外部调控的MgO = PPLN晶体为频率变换介质，通过对它加载电压实现高精度宽调谐的基于MgO = PPLN晶畴占空比可控的电场调谐光参量振荡器。
[0006]本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0007]本发明的基于MgO:PPLN晶畴占空比可控的电场调谐光参量振荡器，包括:计算机；
[0008]与计算机相连的电控精密平移台；
[0009]固定在电控精密平移台上的温控器；
[0010]激光栗浦源，产生栗浦光；
[0011 ]聚焦耦合系统，对激光栗浦源产生的栗浦光进行聚焦；
[0012]由第一平凹镜与第二平凹镜组成的共焦型光参量振荡腔；
[0013]位于共焦型光参量振荡腔中共焦点处的MgO:PPLN晶体，经聚焦耦合系统聚焦后的栗浦光栗浦位于共焦型光参量振荡腔中共焦点处的MgO: PPLN晶体，所述MgO: PPLN晶体贴合在温控器上，所述MgO: PPLN晶体的每个极化周期单元采用正、负晶畴对角线分割结构；
[0014]隔离器，对第二平凹镜反射回的栗浦光进行回光隔离；
[0015]位于共焦型光参量振荡腔中共焦点处的MgO: PPLN晶体，所述MgO: PPLN晶体贴合在温控器上，所述MgO: PPLN晶体的每个极化周期单元采用正、负晶畴对角线分割结构；
[0016]固定在MgO:PPLN晶体上下表面的平面电极片；
[0017]两端分别与平面电极片相连的驱动电源，对MgO:PPLN晶体进行电压加载；
[0018]通过计算机控制电控精密平移台的横向移动步长，实现横向移动MgO:PPLN晶体所在的通光位置，进而改变晶畴占空比。
[0019]进一步的，所述MgO: PPLN晶体中心轴对应的晶畴占空比为I/2，即正、负晶畴长度相等，中心轴两侧的晶畴占空比分别趋向于O和I，通过横向移动MgO: PPLN晶体所在的通光位置改变晶畴占空比。
[0020]进一步的，所述激光栗浦源采用以Nd: YAG,Nd: YVO4或Nd:GdVO4为增益介质的全固态激光器，或者采用光纤激光器，所述激光栗浦源产生的1.06μπι波长激光经聚焦耦合系统后光斑半径小于500μηι。
[0021]进一步的，所述隔离器为Thorlabs公司生产的Ι0-8-1064-ΗΡ型号自由空间隔离器。
[0022]进一步的，所述聚焦耦合系统由两块平-凸透镜组成，两块平-凸透镜的焦距分别为200_和150_，面元均为Φ 20_，两块平-凸透镜均对激光栗浦源产生的栗浦光高透。
[0023]进一步的，所述第一平凹镜与第二平凹镜的曲率半径相同，曲率半径取值范围为150mm?300mmo
[0024]进一步的，所述第一平凹镜表面镀有1064nm增透膜、1400nm?1700nm高反膜和3300nm?4200nm高反膜，所述第二平凹镜表面镀有1064nm高反膜、1400nm?1700nm半反半透膜和3300nm?4200nm高透膜。
[0025]进一步的，所述MgO: PPLN晶体的尺寸为:厚X宽X长=ImmX 1mmX 50mm，两端镀有1064nm、1400nm?1700nm、3300nm?4200nm三色增透膜，极化周期长度取值范围为28.5μπι?32.5ym0
[0026]进一步的，所述驱动电源的加载电压在-3000V?+3000V范围区间连续调节。
[0027]进一步的，所述温控器的控制温度在15°C?200°C范围区间连续调节。
[0028]本发明的有益效果是:
[0029]本发明以晶畴占空比可以外部调控的MgO: PPLN晶体为频率变换介质，通过对MgO:PPLN晶体极化结构的设计及通光位置的控制，可以实现晶畴占空比的连续调控，这种电场调谐光参量振荡器能够根据实际需要在高精度宽调谐与高变频效率二者间自由切换。
[0030]本发明中，所采用的MgO:PPLN晶体为极化周期正、负晶畴对角线分割结构，具有占空比值可变并可通过平移实时调控的特性，结合电场调谐技术，可以根据调谐带宽及变频效率的实际需求，灵活选择合适的晶畴占空比，极大提升了电场调谐光参量振荡器的输出性能，能够有效解决高精度宽调谐与高变频效率二者间自由切换受限于晶畴占空比这一问题，拓展了这类光参量振荡器的应用范畴。
[0031]本发明可以应用到其它极化周期长度下，进而实现不同中心波长可调谐激光输出，同时也可采用多通道体制，兼容多种极化周期，或结合温控器的温度控制，获得更宽的谱段覆盖。
[0032]本发明具有结构简单、紧凑，调控响应快速、精准等优点。本发明主要应用于基于可调谐固体激光器的高精度测量、检测等领域。
【附图说明】
[0033]图1为本发明的基于MgO:PPLN晶畴占空比可控的电场调谐光参量振荡器的结构示意图。
[0034]图2为晶畴占空比可控的MgO= PPLN晶体的极化结构示意图。
[0035]图3为晶畴占空比可控的MgO: PPLN电场调谐工作原理示意图。
[0036]图4为【具体实施方式】一中不同晶畴占空比下的参量光输出波长随加载电压变化关系图。图中，D为晶畴占空比。
[0037]图5为【具体实施方式】一中不同晶畴占空比下的转换效率随晶畴占空比变化关系图。
[0038]图中:1、激光栗浦源，2、隔离器，3、聚焦耦合系统，4、第一平凹镜，5、MgO:PPLN晶体，6、平面电极片，7、驱动电源，8、温控器，9、电控精密平移台，10、计算机，11、第二平凹镜。
【具体实施方式】
[0039]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0040]如图1所示，本发明的基于MgO:PPLN晶畴占空比可控的电场调谐光参量振荡器，包括:激光栗浦源1、隔离器2、聚焦耦合系统3、第一平凹镜4、MgO:PPLN晶体5、两片平面电极片
6、驱动电源7、温控器8、电控精密平移台9、计算机10和第二平凹镜11。
[0041]激光栗浦源I产生的栗浦光通过隔离器2后(隔离器2对激光栗浦源I产生的栗浦光并没有实际作用)被聚焦耦合系统3接收，第一平凹镜4与第二平凹镜11构成共焦型光参量振荡腔，MgO:PPLN晶体5位于共焦型光参量振荡腔中的共焦点处，激光栗浦源I产生的栗浦光经聚焦耦合系统3聚焦后，栗浦位于共焦型光参量振荡腔中共焦点处的MgO:PPLN晶体5，隔离器2对第二平凹镜11反射回的栗浦光进行回光隔离作用，防止其损伤激光栗浦源I。MgO:PPLN晶体5上下表面均固定有平面电极片6，驱动电源7—端与平面电极片6相连，实现对MgO: PPLN晶体5的电压加载，驱动电源7另一端与温控器8相连，并作为电压接地端，上下表面固定有平面电极片6的MgO: PPLN晶体5紧密贴合在温控器8上，温控器8固定在电控精密平移台9上，电控精密平移台9与计算机10电连接，通过计算机10驱动电控精密平移台9的步进电机，合理控制电控精密平移台9的横向移动步长，实现横向移动MgO: PPLN晶体5所在的通光位置，进而改变晶畴占空比。
[0042]由于正、负晶畴与极化周期长度的比值即为对应的晶畴占空比，因此MgO:PPU^aB体5的每个极化周期单元采用正、负晶畴对角线分割结构，如图2所示，可以根据实际需要选择最佳的晶畴占空比对应的通光位置。如图3所示，MgO: PPLN晶体5中心轴对应的晶畴占空比为1/2，也即正、负晶畴长度相等，中心轴两侧的晶畴占空比分别趋向于O和1，通过横向移动MgO: PPLN晶体5所在的通光位置即可实现改变晶畴占空比的目的。通光位置的选取依据为:中心轴处(晶畴占空比为1/2)转换效率最高，但无法应用电场调谐;偏离中心轴越远处转换效率越低，但相应的电场调谐波长范围越宽；中心轴两侧互为对称点处(如晶畴占空比1/4与3/4)的电场调谐波长范围与转换效率相同，对应加载电压互为反向。由于MgO = PPLN晶体5的正、负晶畴采用极化周期单元对角线分割，因此其晶畴占空比沿对角线为连续变化，所以通过计算机1合理控制电控精密平移台9的横向移动步长，横向移动MgO: PPLN晶体5所在的通光位置，实现任意晶畴占空比的外部调控。
[0043]激光栗浦源I可以是以Nd:YAG、Nd:YV04、Nd:GdV04等为增益介质的全固态激光器，产生1.06μπι波长激光；也可以是光纤激光器，产生1.06μπι波长激光。激光栗浦源I产生的1.06μπι波长激光经聚焦耦合系统3后光斑半径小于500