本发明涉及光参量振荡器领域，更具体地，涉及一种泵浦谐振的连续波光参量振荡器。
背景技术：
：：光参量振荡器(opticalparametricoscillator，简称OPO)利用二阶非线性效应，将入射激光，称为泵浦光转换为两个频率不同的出射激光，其中一个频率较高者称为信号光，另一个频率更较低的称为闲频光，泵浦光的频率等于信号光和闲频光的频率之和；光参量振荡器用于拓展激光辐射的输出波段，产生宽带可调谐的激光辐射。连续波光参量振荡器一般采用光纤放大器作为泵浦源；采用较长的周期极化的非线性晶体，例如周期极化的铌酸锂晶体(Periodicallypoledlithiumniobate，简称PPLN)，作为增益介质以降低振荡阈值，此时振荡阈值一般为2-3W。典型的连续波单谐振的光参量振荡器的配置与实验结果如文献E.Andrieux，T.Zanon，M.Cadoret，A.Rihan，andJ.-J.Zondy，“500GHzmode-hop-freeidlertuningrangewithafrequency-stabilizedsinglyresonantopticalparametricoscillator，”Opt.Lett.36，1212–1214(2011)所示。采用泵浦谐振技术，使得泵浦激光器在谐振腔中振荡，可以在光参量振荡器中获得更高的泵浦功率密度，大幅度降低连续波光参量振荡器的振荡阈值。目前实验所获得的泵浦谐振的连续波光参量振荡器的振荡阈值为400毫瓦左右。典型的泵浦谐振的连续波光参量振荡器的配置与实验结果如文献F.Muller，A.Popp，F.Kuhnemann，andS.Schiller，“Transportable，highly-sensitivephotoacousticspectrometerbasedonacontinuous-wavedual-cavityopticalparametricoscillator，”Opt.Express11，2820–25(2003)所示。目前，采用泵浦谐振技术的连续波光参量振荡器的振荡阈值依然偏高，这主要是因为光参量振荡器的泵浦光在现有配置中的光斑面积较大；需要使用瓦级输出功率的单频激光与功率放大系统作为泵浦源，因而泵浦系统复杂度高，体积偏大。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种更低振荡阈值(可低于60毫瓦甚至30毫瓦)的连续波光参量振荡器，克服现有技术振荡阈值偏高以及对泵浦系统输出功率要求高的问题。本发明提供了一种泵浦谐振的连续波光参量振荡器，包括：单频泵浦激光器、光束准直单元、第一光隔离器、泵浦输入耦合镜、第一凹面镜、非线性晶体、第二凹面镜、双色镜、光学带通滤波器和OPO信号光输出耦合镜；单频泵浦激光器作为泵浦源发射OPO泵浦光，OPO泵浦光经光束准直单元进行准直后再经过所述光隔离器后，准直后的OPO泵浦光依次经过泵浦输入耦合镜、第一凹面镜、非线性晶体、第二凹面镜和双色镜，且在由泵浦输入耦合镜、第一凹面镜、非线性晶体、第二凹面镜和双色镜构成的第一谐振腔内形成振荡；在第一谐振腔内振荡的泵浦光经过非线性晶体产生OPO信号光和OPO闲频光；OPO信号光在由泵浦输入耦合镜、第一凹面镜、非线性晶体、第二凹面镜、双色镜、光学带通滤波器和OPO信号光输出耦合镜所构成的第二谐振腔内形成振荡；在第二谐振腔内振荡的泵浦光经过非线性晶体产生OPO信号光和OPO闲频光；OPO信号光经过OPO信号光输出耦合镜输出，OPO闲频光经过第一凹面镜和第二凹面镜分别输出。更进一步地，泵浦输入耦合镜镀OPO泵浦光部分反射、信号光高反膜；所述第一凹面镜和第二凹面镜均镀OPO泵浦光和信号光高反、闲频光增透膜；所述双色镜镀OPO泵浦光高反、信号光增透膜；所述OPO信号光输出耦合镜镀OPO信号光部分反射膜；所述非线性晶体镀OPO泵浦、信号和闲频光增透膜；其中，高反膜是指功率反射率大于99％的膜，增透膜是指功率透射率大于97％的膜，部分反射膜是指反射率小于15％的膜。更进一步地，光束准直单元用于实现对所述单频泵浦激光器的准直，并通过改变泵浦光斑的半径来实现泵浦激光与OPO泵浦光谐振腔空间模式的匹配。更进一步地，非线性晶体为周期极化的铌酸锂晶体、磷酸钛氧钾晶体或其它能产生非线性增益的晶体。更进一步地，连续波光参量振荡器还包括泵浦腔长反馈控制模块，用于保持所述单频泵浦激光器与OPO泵浦光谐振腔的共振状态。更进一步地，泵浦腔长反馈控制模块包括：低通滤波器、混频器、泡克尔斯室、第二光隔离器、伺服放大器、振荡器、相移器和光电探测器；准直后的泵浦光依次经过所述法拉第隔离器，泡克尔斯室和第二光隔离器后在所述第一谐振腔内振荡，反射回来的部分光经过泵浦输入耦合镜输出，再经过第二光隔离器后被光子探测器接收并产生电信号，该电信号传输到混频器；振荡器产生扰动信号中的一部分作用于泡克尔斯室，另一部分经过相移器后被传输到混频器和来自光电探测器的电信号发生混频，经过混频之后的信号传输到低通滤波器，通过低通滤波器的低频信号传输给伺服放大器，经过伺服放大器后的放大信号用于控制和调节所述单频泵浦激光器。更进一步地，第二光隔离器包括：依次设置的偏振分光镜和四分之一波片，偏振分光镜将输入光变成特定偏振方向的线偏光，并且对光线有分束作用；四分之一波片用于将偏振方向与四分之一波片成45度角的入射线偏光变成圆偏光，也可以将输入的圆偏光变成偏振方向与四分之一波片成45度角的线偏光。更进一步地，非线性晶体置于OPO泵浦光谐振腔内，腔内振荡的泵浦光经过所述非线性晶体，会产生OPO信号光和闲频光的增益；OPO信号光在由所述泵浦输入耦合镜、所述第一凹面镜、所述非线性晶体、所述第二凹面镜、所述双色镜、所述光学带通滤波器和所述OPO信号光输出耦合镜所构成的OPO的信号光谐振腔内形成振荡，产生的OPO信号光经过所述OPO信号光输出耦合镜输出，产生的OPO闲频光经过所述第一凹面镜和所述第二凹面镜输出；采用所述第一凹面镜和所述第二凹面镜的目的是实现OPO信号和泵浦光在所述非线性晶体内的聚焦，以降低OPO的振荡阈值。更进一步地，单频泵浦激光器可以是单频半导体、固体或光纤激光器，或单频激光器与放大器系统。光隔离器用于抑制泵浦激光被反射回到所述单频泵浦激光器。泵浦输入耦合镜用于实现所述单频泵浦激光器至OPO泵浦光谐振腔的耦合。将所述泵浦输入耦合镜对OPO泵浦光的反射率设定为OPO泵浦光谐振腔中除所述泵浦输入耦合镜之外的其它原件对OPO泵浦光的单程损耗之和，可实现最佳的泵浦光输入耦合效率。光学带通滤波器用于实现对OPO信号光的带通滤波，以实现对OPO信号光的单频选择及波长调谐，可以是法布里-珀罗腔、双折射滤波器或其它光学滤波元件。本发明与现有的采用泵浦谐振技术的连续波光参量振荡器相比，本发明将非线性晶体直接置于两个凹面镜之间，通过选用短焦距的凹面镜，可以获得更小的OPO信号和泵浦光的光斑面积；利用折叠腔增加OPO信号光腔和泵浦光腔的腔长，可以进一步降低OPO信号和泵浦光在非线性晶体内的光斑面积，实现极低的OPO振荡阈值，其振荡阈值可低于60毫瓦甚至低于30毫瓦。低阈值的连续波光参量振荡器可以降低对泵浦激光的功率要求，结构相对简单，易于实现小型化和实用化。附图说明图1是本发明实施例提供的泵浦谐振的连续波光参量振荡器的结构示意图。图2是本发明实施例提供的泵浦谐振的连续波光参量振荡器中泵浦腔长反馈控制模块的具体结构示意图。其中，1为单频泵浦激光器、2为光束准直单元、3为第一光隔离器、4为泵浦输入耦合镜、5为第一凹面镜、6为非线性晶体、7为第二凹面镜、8为双色镜、9为光学带通滤波器、10为OPO信号光输出耦合镜、11为低通滤波器、12为混频器、13为泡克尔斯室、14为第二光隔离器、15为伺服放大器、16为振荡器、17为相移器、18为光电探测器。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本发明将非线性晶体直接置于两个凹面镜之间，通过选用短焦距的凹面镜，可以获得更小的OPO信号和泵浦光的光斑面积；利用折叠腔增加OPO信号光腔和泵浦光腔的腔长，可以进一步降低OPO信号和泵浦光在非线性晶体内的光斑面积，实现极低的OPO振荡阈值，其振荡阈值可低于60毫瓦甚至低于30毫瓦。低阈值的连续波光参量振荡器可以降低对泵浦激光的功率要求，结构相对简单，易于实现小型化和实用化。该泵浦谐振的连续波光参量振荡器包括：单频泵浦激光器1、光束准直单元2、光隔离器3、泵浦输入耦合镜4、第一凹面镜5、非线性晶体6、第二凹面镜7、双色镜8、光学带通滤波器9、OPO信号光输出耦合镜10和泵浦腔长反馈控制模块，其中，单频泵浦激光器1作为光参量振荡器的泵浦源，经光束准直单元2和所述光隔离器3后，OPO泵浦光依次经过泵浦输入耦合镜4、第一凹面镜5、非线性晶体6、第二凹面镜7和双色镜8，并且在由泵浦输入耦合镜4、第一凹面镜5、非线性晶体6、第二凹面镜7和双色镜8构成的谐振腔内形成振荡。腔内振荡的泵浦光经过非线性晶体6，会产生OPO信号光和闲频光的增益；OPO信号光依次经过由泵浦输入耦合镜4、第一凹面镜5、非线性晶体6、第二凹面镜7、双色镜8、光学带通滤波器9和OPO信号光输出耦合镜10，并且在由泵浦输入耦合镜4、第一凹面镜5、非线性晶体6、第二凹面镜7、双色镜8、光学带通滤波器9和OPO信号光输出耦合镜10所构成的OPO的信号光谐振腔内形成振荡。谐振腔的作用是让腔内的光可以获得正反馈，选择出能在谐振腔内谐振的波长的光。产生的OPO信号光经过OPO信号光输出耦合镜10输出，产生的OPO闲频光经过第一凹面镜5和第二凹面镜7输出；采用第一凹面镜5和第二凹面镜7的目的是实现OPO信号和泵浦光在非线性晶体6内的聚焦，信号光和泵浦光在晶体内聚焦，使得这两种光在晶体内部的光斑面积小，如果这两种光不能聚焦在非线性晶体6内，由于聚焦位置处的光斑面积是最小的，所以会导致在非线性晶体6中的信号光和泵浦光的光斑面积比这两种光同时在非线性晶体6内聚焦时的光斑面积要大。根据文献RobertW.Boyd，NonlinearOptics3rded.我们知道共振的光束在非线性晶体6内的光斑面积越小，振荡阈值就越小。所以OPO信号光和泵浦光在非线性晶体6内聚焦可以降低OPO的振荡阈值。泵浦输入耦合镜4作为泵浦光的输入耦合镜的同时也作为泵浦光谐振腔的一个端面反射镜，使得泵浦光在谐振腔内部来回反射，第一凹面镜5将泵浦光反射并且使得泵浦光会聚，非线性晶体6的作用是利用二阶非线性效应产生闲频光，第二凹面镜7将泵浦光反射并且使得泵浦光会聚，双色镜8反射泵浦光同时使得信号光透过；通过调节双色镜8的位置来改变OPO泵浦光谐振腔的腔长，或调节单频泵浦激光器1的波长，使得泵浦光在OPO泵浦光谐振腔中振荡，在OPO谐振腔内实现增强的泵浦光功率密度；通过泵浦腔长反馈控制模块来保持单频泵浦激光器1与OPO泵浦光谐振腔的共振状态。在本发明实施例中，泵浦输入耦合镜4镀OPO泵浦光反射率为96％并且信号光反射率大于99.5％的膜；第一凹面镜5和第二凹面镜7镀的膜相同，镀上OPO泵浦光和信号光反射率都大于99.5％并且闲频光的反射率小于20％的膜；双色镜8镀OPO泵浦光反射率大于99.5％并且信号光反射率小于0.5％的膜；OPO信号光输出耦合镜10镀OPO信号光反射率为95％的膜；非线性晶体6两个表面都镀上使得OPO泵浦光、信号光和闲频光这三种光的反射率都小于2％的膜。选用短焦距的凹面镜，本实施例选择使用曲率半径为75毫米的凹面镜。凹面镜曲率半径的选择的总体原则是使得振荡阈值较低。作为本发明的一个实施例，非线性晶体6可以选择PPLN，当OPO的泵浦光(即激光)的波长为1040纳米，PPLN的极化周期为30.2微米时，信号光和闲频光的波长分别为1517纳米和3305纳米。锁定OPO泵浦光的波长，通过调谐光学带通滤波器9来改变OPO的信号光波长并同步改变PPLN的极化周期或温度，可以实现对OPO输出闲频光波长的调谐。在本发明实施例中，单频泵浦激光器1可以是单频半导体、固体或光纤激光器，或单频激光器与放大器系统。光束准直单元2用于实现对单频泵浦激光器1的准直，并通过改变泵浦光斑的半径来实现泵浦激光与OPO泵浦光谐振腔空间模式的匹配。光隔离器3用于抑制泵浦激光被反射回到所述单频泵浦激光器。泵浦输入耦合镜4用于实现单频泵浦激光器1至OPO泵浦光谐振腔的耦合。将泵浦输入耦合镜4对OPO泵浦光的反射率设定为OPO泵浦光谐振腔中除泵浦输入耦合镜4之外的其它原件对OPO泵浦光的单程损耗之和，可实现最佳的泵浦光输入耦合效率。非线性晶体6可以是周期极化的铌酸锂晶体、磷酸钛氧钾晶体或其它能产生非线性增益的晶体。光学带通滤波器9用于实现对OPO信号光的带通滤波，以实现对OPO信号光的单频选择及波长调谐，可以是法布里-珀罗腔、双折射滤波器或其它光学滤波元件。在本发明实施例中，泵浦腔长反馈控制模块用于实现所述单频泵浦激光器1与OPO泵浦光谐振腔的共振状态，其中，单频泵浦激光器1产生的泵浦光经过准直器2获得准直后的泵浦光，准直后的泵浦光依次经过法拉第隔离器3，所述泡克尔斯室13，所述第二光隔离器14，第二光隔离器14由一个偏振分光镜和一个四分之一波片构成，从隔离器14出来的光通过泵浦输入耦合镜4，通过泵浦输入耦合镜4后的泵浦光经过泵浦输入耦合镜4后面省略的结构反射回来，部分光经过泵浦输入耦合镜4输出，经过第二光隔离器14后，被光子探测器18接收，从而产生电信号，该电信号传输到混频器12。振荡器16产生一个扰动信号，一部分作用于泡克尔斯室，一部分经过相移器17后被传输到混频器12和来自光电探测器18的电信号发生混频，经过混频之后的信号传输到低通滤波器11，通过低通滤波器11的低频信号传输给伺服放大器15，经过伺服放大器15后的放大信号会直接作用于单频泵浦激光器1，起到控制和调节单频泵浦激光器1的作用。将图2所描述的泵浦腔长反馈控制模块运用于图1中所描述的OPO时，结合图1和图2中的光路和器件的连接关系将图1和图2的各个元器件组合在一起。具体而言，就是在图1描述的法拉第隔离器3和泵浦输入耦合镜4之间加入泡克尔斯室13和第二光隔离器14，低通滤波器11、混频器12、伺服放大器15、振荡器16、相移器17和光电探测器18按照图2所描述的连接关系加入到图1中即可。该泵浦腔长反馈控制模块以谐振腔的共振频率作为参考频率标准，利用相位调制技术在激光频率两侧各产生一个边频带，经参考谐振腔反射后的光信号与调制信号相比较并滤波放大后，得到激光频率偏离参考腔共振频率的误差信号，利用误差信号驱动反馈控制系统调节激光器的某一参数使激光频率稳定在光学谐振腔的共振频率上。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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