下部有小的陶瓷垫片，6为一圈陶瓷包裹，这样除了下部，铜块和陶瓷包裹层是不接触了，可以更好的控温；4处为PDE板和加热棒的控制线，在外部和控制器连接，实现温度控制。
[0026]后腔镜凹面的中心与非线性晶体两个端面的中心要共线，后腔镜的平面与晶体的端面要平行，与前腔镜的平面也要平行。
[0027]选择比较成熟的1064nm光纤激光器作为泵源，它在工业上已经有很成熟的应用--激光打标机，最高输出功率为50W。因为打标机的光斑都较大，聚焦比较困难，所以先进行缩束，然后用偏振片选择使竖直偏振的激光透过，再聚焦，束腰处是直径约为120um的近圆形光斑。激光经过小孔后再打进纳秒脉冲激光变频模块，聚焦位置在非线性晶体内距离前端面约1/3处，然后看反射点打在小孔的什么位置处。由于腔镜和非线性晶体都镀了高透膜，反射光强度很弱，所以不用担心反射光会损坏泵源激光器。调节纳秒脉冲激光变频模块的俯仰、倾斜等姿态，使得反射点全部反向经过小孔中心，说明泵浦激光已经经过非线性晶体两个端面的中心和后腔镜凹面的中心，并且和晶体端面垂直，详细说明看图3((a)调整好时反射光全部反向通过小孔；(b)泵浦激光与晶体端面不垂直时，反射光不能反向通过小孔；(c)泵浦激光不经过后腔镜凹面的中心时，有反射点不通过小孔)。然后再增加泵浦功率，当增益大于损耗时，就可以获得频率转换后的激光输出。
[0028]为了方便调节，在此装置的入射口和出射口出设计了一个十字标，入射口和出射口的口径为5mm，入射口和出射口的中心与非线性晶体端面的中心共线。先调节此装置的姿态，让泵浦激光从入射口十字标的中心射入，从出射口十字标的中心射出，完成粗调；然后再观察小孔上的反射点，调节此模块的姿态，使所有反射点都反向穿过小孔，完成细调。
[0029]经实验证明，用此装置可获得功率超过IW的3.Sum波段的变频激光输出，并且通过改变温度实现了波长可调谐的激光输出，输出变频激光波长(Wavelength)随温度(Temp)的变化关系(signal)如图4所示。换用其他周期的PPMgO: LN和腔镜系统，在1500?5000nm波段，都能够得到较高功率的波长可调谐的变频激光输出(idler)。除此，换用全固态的纳秒脉冲激光器作为泵浦源，也可以获得相似的实验结果。
[0030]( 二)纳秒脉冲激光变频装置(晶体端面镀膜)
[0031]另一种纳秒脉冲激光变频装置，包含非线性晶体，材料为PPMgO:LN，极化周期为29.4um，长50mm，宽4mm，高2mm，通光端面为4mm*2mm，端面锻膜，参数为HT@1064nm，HRi1450?1550nm，HT03600?3900nm ;晶体端面镀了对信号光的高反膜——HR01450?1550nm，以此构成了谐振腔；还要有温控系统。这种类型的纳秒脉冲变频模块，由于腔长缩短，损耗减小，泵浦阈值要比(一)中的模块低一些，相应的转换效率会高些。但是这种类型的装置通过非线性晶体的端面镀膜来对信号光进行多次反射，它的损伤阈值也会相对低一下。其他方面，此种类型的纳秒脉冲激光变频模块也具有(一)中装置的其他特征，如可以通过控制温度实现变频激光的波长调谐等等。
[0032](三)通过光纤输入的纳秒脉冲激光变频装置
[0033]如图5所示，将纳秒脉冲激光变频装置与激光整形和聚焦系统整合在一起，构成虚线框内的一个大模块，然后用光纤引出来。使用者在使用的时候，只需要将泵浦激光很好的耦合入光纤(注意光纤的数值孔径，保证泵浦激光在光纤内损耗较少)，不需要再进行其他操作就完成了调节，使用起来会更加方便。
[0034]而在设计的时候，激光整形和聚焦系统需要根据光纤的直径和光纤输出激光发散角做一个匹配，使聚焦光斑在晶体靠前端面约1/3的位置，光斑大小为100?200微米，而且从光纤输出的激光方向与非线性晶体的端面垂直，激光穿过非线性晶体两个端面的中心，也穿过后腔镜凹面的中心。相当于将之前(一)中提到的调节环节放在了设计和组装环节，使用者不用再进行调节，使用起来会更加的方便。
[0035]特别的，如果这根光纤不仅是传导泵浦光的光纤，而且还是掺杂增益介质的增益光纤，这样从增益光纤内获得激光，直接进入到激光整形和聚焦系统，然后泵浦纳秒脉冲激光变频模块，获得我们所需要的变频激光。这样就相当于是一台光纤激光泵浦的波长连续可调的纳秒激光器。
【主权项】
1.一种纳秒脉冲激光变频装置，其特征在于:包括非线性晶体(2)、谐振腔(I)和温控系统⑶；所述非线性晶体为长方体形；所述温控系统⑶用于检测和控制非线性晶体的温度；所述非线性晶体⑵和温控系统⑶设置于谐振腔⑴的腔体内，使得谐振腔⑴的前腔镜和后腔镜的中心与非线性晶体前后两个端面的中心共线，前腔镜和后腔镜的平面与非线性晶体前后两个端面平行。
2.根据权利要求1所述的纳秒脉冲激光变频装置，其特征在于:所述非线性晶体为周期极化的铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、掺镁铌酸锂晶体或磷酸钛氧钾晶体。
3.根据权利要求1所述的纳秒脉冲激光变频装置，其特征在于:所述谐振腔为由两个平镜构成的平平腔、由一个平镜一个凹镜构成的平凹腔、或者由两个凹镜构成的凹凹腔系统。
4.根据权利要求3所述的纳秒脉冲激光变频装置，其特征在于:所述前腔镜、后腔镜和非线性晶体都镀了高透膜。
5.根据权利要求1所述的纳秒脉冲激光变频装置，其特征在于:所述谐振腔为直接在非线性晶体端面镀膜形成的谐振腔。
6.根据权利要求1所述的纳秒脉冲激光变频装置，其特征在于:所述的温控系统为控制非线性晶体获得恒定温度的装置，或者是风冷、水冷或者热沉。
7.根据权利要求1所述的纳秒脉冲激光变频装置，其特征在于:泵浦源采用端泵激光打标机，泵浦激光为纳秒脉冲激光，且泵浦激光为近似基膜高斯光束或者平顶光束。
8.根据权利要求1所述的纳秒脉冲激光变频装置，其特征在于:所述纳秒脉冲激光变频装置通过外壳固定为一体式装置，装置的入射口和出射口中心处各设计一个十字标，入射口和出射口的中心与非线性晶体前后两端面的中心共线。
9.根据权利要求1所述的纳秒脉冲激光变频装置，其特征在于:所述温控系统(3)包括包裹于非线性晶体左右两侧的铜块(5)，用于检测和控制非线性晶体温度的PDE板和加热棒，设置于铜块下部的陶瓷垫片，与包裹于非线性晶体外部通过陶瓷垫片支撑非线性晶体且与非线性晶体间隔的一圈陶瓷(6)。
【专利摘要】本实用新型公开了一种纳秒脉冲激光变频模块，包括非线性晶体、谐振腔和温控系统：所述非线性晶体为周期极化的铌酸锂或者其他具有非线性效应的晶体，所述谐振腔由平平腔、平凹腔、凹凹腔或直接在非线性晶体端面镀膜形成，所述温控系统可以是控温的器件也可以是风冷、水冷或热沉等冷却系统。通过将非线性晶体、谐振腔和温控系统集成为一个模块，使用者可以很方便地用它来改变已有的纳秒脉冲激光器的频率，从而获得特定频率的激光输出，特别的，还可以通过改变设定温度来实现输出激光的波长调谐。
【IPC分类】H01S3-108, G02F2-00, G02F1-35
【公开号】CN204406012
【申请号】CN201520092717
【发明人】赵刚, 蒋旭东, 李世凤, 居盼盼, 刘奕辰, 吕新杰
【申请人】南京大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年2月9日