宽调谐的光学参量振荡器及调谐装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于激光技术中的固体激光器及非线性光学频率变换领域，特别涉及一种宽调谐的光学参量振荡器及调谐装置。
技术背景
[0002]光学参量振荡器(OPO)是利用非线性晶体进行频率变换来实现的器件。自1965年科学家首次观察到三波非线性过程中的参量增益后，关于光学参量振荡器的相关研宄也被广泛开展。光学参量振荡器的发展与非线性晶体的发展密不可分。20世纪80年代中后期，损伤阈值高、透明范围宽、有效非线性系数大的非线性晶体的出现，对光学参量振荡器的发展起到了巨大的推动作用，也使得光学参量振荡器的发展走向实用阶段。光学参量振荡的谐振方式主要有单谐振与双谐振两种，并可以实现连续或脉冲宽度为纳秒、皮秒甚至飞秒量级的脉冲运转。光学参量振荡器具有结构简单、工作性能可靠、分辨率高、重复频率高、转换效率高以及调谐范围宽等优点，作为调谐范围较宽的固体激光器，光学参量振荡器已经应用于航空航天、生物医疗、化学检测、大气检测与军事等领域。
[0003]目前，光学参量振荡的调谐方式主要分为以下几种:温度调谐，利用温控装置实现对晶体温度的精确控制，通过不同温度下晶体性质的改变实现输出波长的连续调谐(参考Yabai He 等 2001 年发表在 Applied Optics 的文章 Tunable single-mode operat1n ofa pulsed optical parametric oscillator pumped by a multimode laser);角度调谐，通过旋转晶体实现晶体与泵浦光之间的角度改变，利用不同条件的相位匹配实现波长的调谐输出(参考姚宝权等2000年发表在“中国激光”的文章“利用KTP光学参量振荡器获得可调谐人眼安全激光”)；泵浦波长调谐，通过改变泵浦波长大小，实现闲频光的调谐输出(参考 Μ.E.Klein 等 2000 年发表在 Optical Letters 的文章 D1de-pumped singly resonantcontinuous-wave optical parametric oscillator with wide continuous tuning ofthe near-1nfrared idler wave);如果利用周期极化晶体，还可以通过改变极化晶体的周期结构来实现波长的调谐输出(参考Hong-Yi Lin等2014年发表在Optik-1nternat1nalJournal for Light and Electron Optics 的文章 Mid-1nfrared, wide-tunable, continuous-wave Nd:YV04/PPMgLN intracavity optical parametric oscillator);外场调谐，对非线性晶体施加外场，例如直流电场或磁场，利用晶体折射率的电光效应或磁光效应，改变晶体折射率，实现可调的光学参量振荡器。
[0004]对于一般均匀块状非线性晶体构成的光学参量振荡器，调谐方式通常采用:(I)临界相位匹配时采用调谐晶体角度来调谐输出波长；(2)非临界相位匹配时采用改变晶体工作温度来调谐输出波长。其中非临界相位匹配方式非线性晶体沿主轴方向切割通光，具有无走离角、允许角大、非线性系数高、适合多模泵浦等优点，近年来日益受到重视，尤其是以KTP及其同类化合物晶体KTA、RTA等作为非线性晶体的非临界相位匹配光参量振荡器，其信号光输出波长在1.5-1.6 μπι人眼安全波段，闲频光在3-5 μm中红外波段，这两个波段在激光测距、激光雷达、光电对抗及污染气体检测、光谱分析等领域均具有非常重要的价值。然而，由于KTP类晶体的折射率对温度变化很不敏感，无法利用温度控制来实现输出波长的大范围调谐以满足不同需要。而且至今国内外尚没有其他方法实现非临界相位匹配KTP类晶体参量振荡器大范围调谐的相关报道，限制了这类参量振荡器的应用范围。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术的不足，通过改变相位匹配条件，实现光学参量振荡器的宽范围调谐，以满足不同应用场合对激光光源波长的要求。为此，本实用新型采取的技术方案是，宽调谐的光学参量振荡器及调谐装置，包括泵浦源、会聚系统、3个谐振腔镜、非线性晶体、滤波片、激光探测器、激光吸收体；泵浦源为脉冲运转的激光器，发出的泵浦光入射到会聚系统进行缩束或聚焦以增强泵浦光功率密度，然后入射到由3个谐振腔镜组成的环形谐振腔内，通过非线性晶体产生非线性效应，发生光学参量振荡过程，非线性晶体位于第1、2个谐振腔镜中间位置，来自会聚系统的激光依次经第I个谐振腔镜、非线性晶体、第2个谐振腔镜反射到第3个谐振腔镜，再经第3个谐振腔镜反射回第I个谐振腔镜形成三角形回路；参量过程新产生的参量光与泵浦光同时从第2个谐振腔镜输出，泵浦光经滤波片反射到激光收集器中，而产生的参量光则透过滤波片入射到激光探测器中对能量或功率进行探测。
[0006]通过手动或者计算机驱动马达实现第3个谐振腔镜的偏转角度的调节。
[0007]所属泵浦源为脉冲运转NchYAG激光器，重复频率为100Hz，输出激光的中心波长为1064nm单脉冲能量为300mJ，脉冲宽度为10ns，光斑直径为9mm。
[0008]会聚系统为一个凸透镜与一个凹透镜构成的缩束望远镜系统，其中凸透镜焦距100cm,凹透镜焦距-35cm，缩束后的光斑直径约为3mm ;会聚系统或者是一个长焦凸透镜，焦距为lm。
[0009]3个谐振腔镜均为平面镜，一桶构成等腰直角三角形谐振腔；第I个谐振腔镜对泵浦光高透，对22.5°入射的参量信号光高反，第2个谐振腔镜对泵浦光高透，对22.5°入射的信号光透过率为20%左右，第3个谐振腔镜对45°入射的信号光高反。
[0010]非线性晶体为KTP晶体为非临界相位匹配，沿X轴切割，两端镀有对泵浦光和信号光的增透膜；当采用凸透镜聚焦的会聚系统时，非线性晶体中心应位于凸透镜焦点上。
[0011]滤波片镀有对45度入射的泵浦光高反，信号光高透的介质膜。
[0012]与已有技术相比，本实用新型的技术特点与效果:
[0013]本实用新型提出了一种新型的光学参量振荡器的调谐方式，利用三腔镜所组成的环形腔，对其中一个腔镜进行调节，可以实现输出波长的宽范围连续调谐。尤其对于非临界相位匹配的光参量振荡器，由于角度调谐可调范围很小，而某些晶体对于温度调谐又不敏感，本实用新型可以解决其大范围波长调谐的问题，且本实用新型具有装置简便，结构紧凑，连续可调，调谐快速稳定等优点，具有十分重要的应用价值及广阔的应用前景。
【附图说明】
[0014]图1 一种宽调谐的光学参量振荡器的结构示意图。
[0015]图2调节环形腔一个谐振腔镜实现信号光波长调谐的原理。
【具体实施方式】
[0016]本实用新型的目的在于提供一种新型的光学参量振荡器及其调谐方法，通过调节环形腔光学参量振荡器(OPO)的一个腔镜，改变泵浦光和振荡光的夹角，从而改变相位匹配条件，实现光学参量振荡器的宽范围调谐，以满足不同应用场合对激光光源波长的要求。
[0017]本实用新型通过在三镜环形腔参量振荡器中调节其中一个腔镜的角度来实现波长的大范围可调谐输出，调谐结构简单，易于实现，调谐范围宽，稳定性强，该技术方法可用于基于任何非线性晶体在任何波段的可调谐光参量振荡输出，具有很好的应用前景。
[0018]本实用新型所采用的技术方案为:一种宽调谐的光学参量振荡器，如图1所示，包括泵浦源(I)、会聚系统(2)、谐振腔镜(3) (4) (5)、非线性晶体(6)、滤波片(7)、激光探测器(8)、激光吸收体(9)、计算机(10)。泵浦源(I)为脉冲运转的激光器，发出的泵浦光入射到会聚系统(2)进行缩束或聚焦以增强泵浦光功率密度，然后入射到由谐振腔镜(3)、(4)、
(5)组成的环形谐振腔内，通过非线性晶体(6)产生非线性效应，发生光学参量振荡过程。参量过程新产生的参量光与泵浦光同时从谐振腔镜(5)输出，泵浦光经滤波片(7)反射到激光收集器(9)中，而产生的参量光则透过滤波片