Yag脉冲激光器泵浦光学参量振荡器的实验系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了YAG脉冲激光器泵浦光学参量振荡器的实验系统，包括定位于同一光轴中的聚光腔组件、调Q组件、全反镜组件、OPO转换组件、第二输出镜、二倍频镜组件和靶板组件，聚光腔组件、全反镜组件和第二输出镜构成YAG激光器的谐振腔，通电后在YAG激光器的谐振腔中建立激光振荡，调Q组件用于使YAG激光器输出能量集中的短脉冲激光，OPO转换组件内部构成光学参量振荡器的谐振腔，用于在光学参量振荡器的谐振腔中建立指定光学参量的激光振荡，并输出激光，二倍频镜组件用于将激光转换为人眼可分辨的绿光或者红光，靶板组件用于显示绿光或者红光。本实验系统采用模块化设计，操作简单，便于学生掌握光学参量振荡器的结构组成与工作原理。
【专利说明】YAG脉冲激光器泵浦光学参量振荡器的实验系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及教学实验系统领域，具体地指YAG脉冲激光器泵浦光学参量振荡 器的实验系统。
【背景技术】
[0002] 光学参量振荡（OPO)技术能够产生宽光谱可调谐的相干光输出，并能将现有的激 光波长转换到传统激光器无法达到的波段，其在军事对抗、大气环境监测、激光雷达以及光 谱学研究等诸多领域的有着广泛应用，是光电专业的学生需要了解和掌握的一项重要的频 率调谐技术。
[0003] 为了让学生更好的学习光学参量振荡器的相关知识，需要通过实验手段让学生直 观的学习和理解光学参量振荡器的结构组成与工作原理。但是，目前没有为光学参量振荡 器的教学实验而专门设计的实验系统，现有的实验仪器要么是整体封装好的商业产品，无 法向学生展示光学参量振荡器的内部结构组成，要么是教学人员自己搭建的原理样机，操 作复杂，调节极为耗时，学生很难在实验课时内完成实验操作。缺乏直观明了、操作简单的 实验平台，教学实验难以开展。
【发明内容】
[0004] 为了解决目前缺乏光学参量振荡器教学实验平台的问题，本实用新型提供一种专 为光学参量振荡器教学实验而设计的实验系统，该实验系统采用模块化设计，操作简单，结 构清晰，便于学生了解和掌握光学参量振荡器的结构组成与工作原理。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型所设计的YAG脉冲激光器泵浦光学参量振荡器的实 验系统，其特殊之处在于，包括定位于同一光轴中的聚光腔组件、调Q组件、全反镜组件、 OPO转换组件、第二输出镜、二倍频镜组件和靶板组件，所述聚光腔组件、全反镜组件和第二 输出镜构成YAG激光器的谐振腔，通电后在YAG激光器的谐振腔中建立激光振荡，所述调Q 组件用于使YAG激光器输出能量集中的短脉冲激光，所述OPO转换组件包括KTP晶体和第 一输出镜，所述KTP晶体与第一输出镜构成光学参量振荡器的谐振腔，用于在光学参量振 荡器的谐振腔中建立指定光学参量的激光振荡，并输出激光，所述二倍频镜组件用于将激 光转换为人眼可分辨的绿光或者红光，所述靶板组件用于显示绿光或者红光。
[0006] 进一步地，所述聚光腔组件包括两端开口的腔体、位于所述腔体上方的氙灯和位 于所述氙灯下方光轴上的激光棒，所述氙灯与电源连接，并通过改变电源电压值调节输出 功率。聚光腔组件中封装氙灯和激光棒作为YAG激光器泵浦源和工作物质。
[0007] 更进一步地，所述调Q组件包括调Q支座，所述调Q支座上方设置有调Q晶体，所 述调Q晶体通过设置在侧边的旋转轴旋转。调Q晶体可通过旋转轴调节与激光输出光轴的 夹角，也可以完全偏离光轴，实现调Q和不调Q工作模式的相互转换。
[0008] 更进一步地，所述OPO转换组件包括两端开口设置的OPO转换组件支架、KTP晶体、 第一输出镜和旋转机构，所述旋转机构位于OPO转换组件支架的顶部，所述KTP晶体和第一 输出镜为一体化结构，所述KTP晶体和第一输出镜与旋转机构连接，位于所述OPO转换组件 支架的两端开口处。KTP晶体与第一输出镜固化成一体，便于系统整体调试。KTP晶体与第 一输出镜可通过手动调节移入或移出光轴，完成两种波长激光输出模式的相互转换工作。
[0009] 更进一步地，所述二倍频镜组件包括二倍频镜支座和倍频晶体，所述倍频晶体与 二倍频镜支座插接配合，所述二倍频镜支座中间形成穿孔，所述倍频晶体位于二倍频镜支 座的穿孔处。二倍频镜组件设计成可拆卸模式，倍频晶体可方便的插入二倍频镜支座或从 支座中取出，实现激光的正常输出与倍频输出。
[0010] 更进一步地，所述聚光腔组件、调Q组件、全反镜组件、OPO转换组件、第二输出镜、 二倍频镜组件和靶板组件固定于底座的同一平面上，所述底座上设置有用于显示电压值的 显示器、用于开关电源和调节电压的控制面板和电源。
[0011] 更进一步地，所述第一输出镜为1570nm输出镜；所述第二输出镜为1064nm输出 镜。
[0012] 本实用新型的原理为：通过全反镜组件、聚光腔组件以及第二输出镜构成YAG脉 冲激光器输出波长为l〇64nm的激光，移入调Q组件后变为调Q的YAG脉冲激光器，再将OPO 转换组件移入光轴后构成由YAG脉冲激光器泵浦的光学参量振荡器，输出波长为1570nm的 激光，插入二倍频镜组件后可分别将YAG脉冲激光器和光学参量振荡器输出的1064nm与 1570nm不可见光分别转换为532nm和785nm的绿光和红光，在靶板组件上显示。
[0013] 本实用新型的优点在于：本实验系统采用模块化、可视化设计，可完成测量YAG脉 冲激光器的阈值电压及工作特性、测量调Q状态下YAG脉冲激光器的激光输出特性、测量调 Q状态下YAG脉冲激光器倍频工作特性、测量光学参量振荡器的阈值、脉冲波形和波长、YAG 脉冲激光器相关的对比实验、OPO的相关对比实验等多种试验，帮助学生直观地学习和理解 光学参量振荡器的结构组成与工作原理。各光学部件经精密机械定位在同一光轴中，调Q 组件、OPO转换组件与二倍频镜组件具有较高的重复定位精度，可以快速切换系统的工作模 式与光源类别，不必反复调节系统光路，操作简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本实用新型的结构示意图；
[0015] 图2为本实用新型的光路图；
[0016] 图3为图1中调Q组件的结构示意图；
[0017] 图4为图1中OPO转换组件的结构示意图；
[0018] 图5为图1中二倍频镜组件的结构示意图。
[0019] 其中：聚光腔组件1，腔体1. 1，氙灯1. 2,激光棒1. 3,调Q组件2,调Q支座2. 1， 旋转轴2. 2,调Q晶体2. 3,全反镜组件3, OPO转换组件4, OPO转换组件支架4. 1，KTP晶体 4. 2,第一输出镜4. 3,旋转机构4. 4,第二输出镜5,二倍频镜组件6,二倍频镜支座6. 1，倍频 晶体6. 2,底座7,显示器8,控制面板9,电源10,靶板组件11。
【具体实施方式】
[0020] 以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
[0021] 如图1所示，本实用新型YAG脉冲激光器泵浦光学参量振荡器的实验系统包括定 位于同一光轴中的聚光腔组件1、调Q组件2、全反镜组件3、0P0转换组件4、第二输出镜5、 二倍频镜组件6和靶板组件11，聚光腔组件1、全反镜组件3和第二输出镜5构成YAG激光 器的谐振腔，通电后在YAG激光器的谐振腔中建立激光振荡，调Q组件2用于使YAG激光器 输出能量集中的短脉冲激光，OPO转换组件4包括KTP晶体4. 2和第一输出镜4. 3, KTP晶 体4. 2与第一输出镜4. 3构成光学参量振荡器的谐振腔，用于在光学参量振荡器的谐振腔 中建立指定光学参量的激光振荡，并输出激光，二倍频镜组件6用于将激光转换为人眼可 分辨的绿光或者红光，靶板组件11用于显示绿光或者红光。
[0022] 其中，聚光腔组件1包括两端开口的腔体1. 1、位于腔体I. 1上方的氙灯1. 2和位 于氙灯1. 2下方光轴上的激光棒1. 3。聚光腔组件1中封装有氙灯1. 2和激光棒1. 3作为 YAG激光器泵浦源和工作物质，氙灯1. 2与电源10连接，并通过改变电源电压值调节输出功 率。
[0023] 如图3所示，调Q组件2包括调Q支座2. 1，调Q支座2. 1上方设置有调Q晶体 2. 3,调Q晶体2. 3通过设置在侧边的旋转轴2. 2旋转。调Q晶体2. 3可通过旋转轴2调节 与激光输出光轴的夹角，也可以完全偏离光轴，实现调Q和不调Q工作模式的相互转换。
[0024] 如图4所示，OPO转换组件4包括两端开口设置的OPO转换组件支架4. I、KTP晶 体4. 2、第一输出镜4. 3和旋转机构4. 4,旋转机构4. 4位于OPO转换组件支架4. 1的顶部， KTP晶体4. 2和第一输出镜4. 3为一体化结构，KTP晶体4. 2和第一输出镜4. 3与旋转机构 4. 3连接，位于OPO转换组件支架4. 1的两端开口处。第一输出镜4.3为1570nm输出镜。 KTP晶体4. 2与第一输出镜4. 3固定在一起，在KTP晶体4. 2靠近激光棒1. 3的端面上镀 膜，该膜层对l〇64nm光增透，对1570nm光全反。旋转机构4. 4可选用带轴承的精密轴系和 弹性钢球限位机构的组合，可以达到20"以内的重复定位精度，满足系统高精度转换要求。 KTP晶体4. 2和第一输出镜4. 3可通过手动调节移入或移出光轴，完成两种激光的相互转换 工作。
[0025] 如图5所示，二倍频镜组件6包括二倍频镜支座6. 1和倍频晶体6. 2,倍频晶体6. 2 与二倍频镜支座6. 1插接配合，二倍频镜支座6. 1中间形成穿孔，倍频晶体6. 2位于二倍频 镜支座6. 1的穿孔处。二倍频镜组件6设计成可拆卸模式，倍频晶体6. 2可方便的插入二 倍频镜支座6. 1或从二倍频镜支座6. 1中取出，实现激光的正常输出与倍频输出。
[0026] 聚光腔组件1、调Q组件2、全反镜组件3、0P0转换组件4、第二输出镜5、二倍频镜 组件6和靶板组件11固定于底座7的同一平面上，底座7上设置有用于显示电压值的显示 器8、用于开关电源和调节电压的控制面板9和电源10,电源10与氙灯1. 2连接。
[0027] 图2所不为实验系统光路图，第一输出镜4. 3对1064nm光全反，对1570nm光半 反，第二输出镜5对1064nm光半反，对1570nm光高透，氙灯1. 2发光后，经过聚光腔组件1 的腔体I. 1聚焦在激光棒1. 3上，使工作物质实现粒子数反转，所发出的光在全反镜组件3 与第二输出镜5之间振荡后输出1064nm激光。OPO转换组件4可以垂直光轴移动，转换组 件移入光轴后，l〇64nm光泵浦KTP晶体4. 2产生1570nm光，在KTP晶体4. 2与第一输出镜 4. 3之间振荡后输出1570nm激光。系统输出的1064nm激光或1570nm激光经过二倍频镜组 件6后转换为人眼可分辨的绿光和红光显示在靶板组件11上。
[0028] 使用本实用新型进行光学参量振荡器相关试验的具体步骤为：
[0029] A.测量YAG脉冲激光器的阈值电压及工作特性
[0030] 在本实验中通过改变电源电压值，测量其输出能量，并通过计算得出YAG脉冲激 光器的电光转换效率，绘制YAG脉冲激光器的输出能量和工作电压的关系曲线。在得到阈 值电压后固定一合适电压，测量激光器输出脉冲波形和光谱。实验步骤如下：
[0031] 1.将调Q组件2, OPO转换组件4移出光轴，在第二输出镜5后面连接一台激光能 量计。打开电源，预热系统。
[0032] 2.将电源电压调至600V，长按触发开关，听到"哔"的一声后松手，观察能量计读 数。
[0033] 3.每隔IOV增大一次电源电压，按同样操作触发，直到能量计上出现第一个不为0 的读数，从此时开始记录10次实验数据于表1中。
[0034] 表IYAG激光静态不调Q能量实测值
【权利要求】
1. YAG脉冲激光器粟浦光学参量振荡器的实验系统，其特征在于：包括定位于同一光 轴中的聚光腔组件（1)、调Q组件（2)、全反镜组件（3)、0P0转换组件（4)、第二输出镜巧）、 二倍频镜组件（6)和祀板组件（11)，所述聚光腔组件（1)、全反镜组件（3)和第二输出镜 (5)构成YAG激光器的谐振腔，通电后在YAG激光器的谐振腔中建立激光振荡，所述调Q组 件（2)用于使YAG激光器输出能量集中的短脉冲激光，所述0P0转换组件（4)包括KTP晶体 (4. 2)和第一输出镜（4. 3)，所述KTP晶体（4. 2)与第一输出镜（4. 3)构成光学参量振荡器 的谐振腔，用于在光学参量振荡器的谐振腔中建立指定光学参量的激光振荡，并输出激光， 所述二倍频镜组件（6)用于将激光转换为人眼可分辨的绿光或者红光，所述祀板组件（11) 用于显示绿光或者红光。
2. 根据权利要求1所述的YAG脉冲激光器粟浦光学参量振荡器的实验系统，其特征 在于；所述聚光腔组件（1)包括两端开口的腔体（1. 1)、位于所述腔体（1. 1)上方的気灯 (1.2)和位于所述気灯（1.2)下方光轴上的激光棒（1.3)，所述気灯（1.2)与电源（10)连 接，并通过改变电源电压值调节输出功率。
3. 根据权利要求1或2所述的YAG脉冲激光器粟浦光学参量振荡器的实验系统，其特 征在于；所述调Q组件（2)包括调Q支座（2. 1)，所述调Q支座化1)上方设置有调Q晶体 (2. 3)，所述调Q晶体化3)通过设置在侧边的旋转轴化2)旋转。
4. 根据权利要求1所述的YAG脉冲激光器粟浦光学参量振荡器的实验系统，其特征在 于；所述OPO转换组件包括两端开口设置的OPO转换组件支架（4. 1)、KTP晶体（4. 2)、第一 输出镜（4. 3)和旋转机构（4. 4)，所述旋转机构（4.4)位于OPO转换组件支架（4. 1)的顶 部，所述KTP晶体（4. 2)和第一输出镜（4. 3)为一体化结构，所述KTP晶体（4. 2)和第一输 出镜（4. 3)与旋转机构（4. 3)连接，位于所述OPO转换组件支架（4. 1)的两端开口处。
5. 根据权利要求4所述的YAG脉冲激光器粟浦光学参量振荡器的实验系统，其特征 在于：所述二倍频镜组件（6)包括二倍频镜支座化1)和倍频晶体化.2)，所述倍频晶体 (6. 2)与二倍频镜支座化1)插接配合，所述二倍频镜支座化.1)中间形成穿孔，所述倍频 晶体化2)位于二倍频镜支座化.1)的穿孔处。
6. 根据权利要求2所述的YAG脉冲激光器粟浦光学参量振荡器的实验系统，其特征在 于：所述聚光腔组件（1)、调Q组件（2)、全反镜组件（3)、OPO转换组件（4)、第二输出镜巧）、 二倍频镜组件（6)和祀板组件（11)固定于底座（7)的同一平面上，所述底座（7)上设置有 用于显示电压值的显示器巧）、用于开关电源和调节电压的控制面板（9)和电源（10)。
7. 根据权利要求4所述的YAG脉冲激光器粟浦光学参量振荡器的实验系统，其特征在 于：所述第一输出镜（4. 3)为1570nm输出镜；所述第二输出镜巧）为1064nm输出镜。
【文档编号】G09B23/22GK204229718SQ201420603305
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】张晓晖, 程刚, 张爽, 黄明和, 林毅 申请人:中国人民解放军海军工程大学