专利名称：折叠型内腔变反射率光参量振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种折叠结构的内腔变反射率腔镜的光参量振荡器，属于激光技术领域。
输出光束高能量和高光束质量是目前光参量振荡器主要的两个研究方向，尤其是同时获得高的输出能量和光束质量是相当困难的，成为该领域的关键技术。内腔型光参量振荡器是目前提高输出能量的有效技术，而变反射率镜技术是在基于受激放大原理的激光领域中提高光束质量的方法。内腔型光参量振荡器是指将输出信号光的光参量谐振腔置于抽运该谐振腔的泵浦谐振腔内部。参考
图1所示的目前采用的线型平平内腔光参量振荡器结构。光参量振荡腔主要由反射镜1、输出镜3和非线性晶体2组成；泵浦谐振腔主要由腔镜4、激光工作介质5和输出镜3组成。图1b是T型平平内腔光参量振荡器结构。内腔光参量振荡器还可以采用其他形式的线型结构。相对外腔光参量振荡器，内腔中泵浦光光功率密度更高，可以得到充分的利用，具有总体结构紧凑，但是光束质量较差。变反射率镜是激光领域中提高激光光束质量的有效方法之一，变反射率膜系的反射率曲线可以是连续或是阶越的多种线型，包括高斯曲线、准高斯曲线、抛物线等等，一般要求反射率值沿激光腔轴心呈中心对称分布，具体的线型可以结合谐振腔的具体要求而设计。
2002年2月6日公开的，由本申请人申请的公开号为1334626A，名称为内腔变反射率光参量振荡器的中国发明专利率先提出将内腔结构和变反射率镜技术结合起来，实现高能量和高光束质量的激光输出。但是由于这种线型内腔结构本身存在一定的局限性，参量谐振腔光路完全处于泵浦腔光路中，谐振的过程造成两光路互相之间的干涉，这种干涉一方面将产生干涉强点，极其容易造成光学元件的损伤；另一方面干涉大大限制光束质量的提高，使这种结构的总体效果比较有限。
本发明是在充分研究传统内腔结构固有弊端的基础上，设计一种新型折叠结构的内腔光参量振荡器，采用折叠结构将泵浦光路和参量谐振腔光路分离，彻底改变传统内腔光参量振荡器的运转特性，最大程度上减小可能干涉引起的对光学材料的损伤和对光束质量的影响；另一方面沿用变反射率膜系，改善光参量振荡器的参量振荡过程，提高腔内的横模选择能力，使输出激光束具有更高的光束质量。
本发明的技术方案提供了一种折叠型内腔变反射率光参量振荡器，其特征在于该振荡器包括泵浦谐振腔和光参量谐振腔，所述泵浦谐振腔依次包括泵浦输出镜、被动调Q晶体、起偏器、激光工作介质、激励氙灯、光束分离镜、非线性晶体和反射镜，所述光参量谐振腔依次包括所述的反射镜、所述的非线性晶体、所述的光束分离镜及信号光输出镜；所述的泵浦谐振腔与光参量谐振腔形成一定的角度，该角度由所述的光束分离镜来调节。
作为本发明的优选方案，在本发明所述的泵浦输出镜和信号光输出镜朝向腔内侧表面上分别镀有与泵浦光和信号光波长相应的变反射率膜系。
本发明所述的泵浦输出镜、反射镜和信号光输出镜为曲面镜或平面镜。
从组成元件上虽然只是增加了一个光束分离镜，但是从本质上改变了内腔结构的性质，是一种完全新式的谐振腔结构。在输出能量和输出光束质量参数方面，比目前结构的光参量振荡器具有明显的优势。这种折叠内腔另外一个实用性方面的优势在于整体结构紧凑、可调。光参量振荡器一般是作为激光仪器的光源部件，要求整体尺寸小、结构紧凑，而且不同仪器要求的结构差别较大，由于光束分离镜的采用，可以通过调整反射角度实现光参量振荡器结构的调整，提高该发明项目的实用性能。
图1b为T型平平腔内腔光参量振荡器的结构示意图。
图2a为实施例一的结构示意图。
图2b为实施例一中信号光输出镜3的结构示意图。
图2c为实施例一中泵浦输出镜4的结构示意图。
图3为实施例二的结构示意图。
在图1-3中，1是光参量谐振腔的反射镜；2是非线性晶体KTP；3是信号光输出镜；4是泵浦光的输出镜；5是激光工作介质NdYAG；6是T型内腔的输出镜；7是T型内腔的滤光片；10是泵浦激光的被动调Q晶体；11是泵浦激光的起偏器；12是激励氙灯；13是折叠内腔的光束分离镜；14是二氧化锆渐变模层；15是K9玻璃；16是二氧化锆1/4波长模；17是二氧化硅1/4波长模；18是硫化锌1/4波长膜；19是氟化镁1/4波长膜；20是硫化锌渐变膜层。
如图2a所示，折叠内腔变反射率光参量振荡器采用非稳腔结构，非线性晶体2为KTP(KTiOPO4)，以非临界相位匹配方式工作；激光工作介质5选用NdYAG，由激励氙灯12提供激励，产生波长为1064nm的激光，信号光输出镜3的凸面镀1570nm变反射率膜系，凹面镀对1570nm高透过滤模层。信号光输出镜3的变反射率曲线采用2阶高斯线型，该实例的输出波长为1570nm附近。信号光输出镜3的变反射率膜系结构如图2b所示，其中基片15的材料为K9玻璃；二氧化锆的1/4波长模层16的厚度约为0.20μm；二氧化硅1/4波长模17的厚度约为0.27μm。二氧化锆1/4波长模16和二氧化硅1/4波长模17均可以采用普通的蒸镀法加工。最外层的二氧化锆渐变模层14是中心对称的，且渐变分布，中心厚度约为0.20μm，且厚度从中心向边缘递减，在边远处接近0，该层采用电子枪蒸镀法进行加工。信号光输出镜3的膜系对波长为1.57μm光波反射率为所要求的曲线，膜系中心处的反射率值为50％左右。
泵浦输出镜4的凸面也为变反射率膜系，模层的结构如图2c所示。其中基片15的材料为K9玻璃；硫化锌1/4波长膜18的厚度约为0.12μm；氟化镁1/4波长膜19的厚度约为0.19μm，硫化锌1/4波长膜18和氟化镁1/4波长膜19采用普通蒸镀法加工。硫化锌渐变膜层20为中心轴对称的渐变分布硫化锌膜，中心厚度约为0.12μm，且从中心向边缘递减，在边缘接近0。该层采用电子枪蒸发的方法进行加工。硫化锌1/4波长膜18、氟化镁1/4波长膜19和硫化锌渐变膜层20构成的膜系对波长1.064μm光波的反射率为所要求的曲线，中心透过率为90％左右。反射镜1凹面所镀模层为均匀反射率结构，对1.57μm和1.064μm波长的光均为高反射率；光束分离镜13对1.064μm全反射，对1.57μm增透。
光束分离镜是是泵浦谐振腔和光参量谐振腔的连接元件，光束分离镜的偏转角度可以根据实际应用中，对光参量谐振腔输出位置的要求进行偏转，在本实施方案中，泵浦谐振腔和光参量谐振腔光路之间的夹角为58度。
本实施方案中，外接电源给激励氙灯12提供脉冲电压，激光工作介质5在激励氙灯的作用下，产生粒子数的反转，但此时没有超过被动调Q晶体10的阈值，由光参量谐振腔的反射镜1和泵浦输出镜4构成的泵浦谐振腔中没有泵浦光产生。当激光工作介质5中积蓄的能量超过被动调Q晶体10的阈值时，在泵浦谐振腔中产生泵浦光。泵浦光经过光束分离镜13反射，对非线性晶体2进行抽运，产生的信号光透过光束分离镜13在光参量谐振腔中振荡得到放大，最终从信号光输出镜3输出。
实施方案一可以输出很高光束质量的激光束，远场发散角大大优于普通光参量振荡器，而且能够得到高的转换效率，可以作为激光测距、目标指示、光电对抗等领域的理想激光光源。
实施例二折叠内腔光参量振荡器采用平平腔结构。
折叠内腔变反射率光参量振荡器采用平平腔结构，如图3所示。与实施例一不同的是泵浦谐振腔和光参量谐振腔的3个腔镜均为平面镜，其他部分的结构与实施例一相同。变反射率模层的结构和加工方法与实施例一是相同的。
实施方案二输出的同样是1.57μm红外激光束，但是由于采用的是平平腔结构，限制了泵浦激光的光束质量，尤其是远场发散角，但是平平腔的结构转换效率更高。虽然平平腔结构输出的光束质量有所下降，但实施例二更加适合于高效率的应用要求。
权利要求
1.折叠型内腔变反射率光参量振荡器，其特征在于该振荡器包括泵浦谐振腔和光参量谐振腔，所述泵浦谐振腔依次包括泵浦输出镜(4)、被动调Q晶体(10)、起偏器(11)、激光工作介质(5)、激励氙灯(12)、光束分离镜(13)、非线性晶体(2)和反射镜(1)，所述光参量谐振腔依次包括所述的反射镜(1)、所述的非线性晶体(2)、所述的光束分离镜(13)及信号光输出镜(3)；所述的泵浦谐振腔与光参量谐振腔形成一定的角度，该角度由所述的光束分离镜(13)来调节。
2.根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于在所述泵浦输出镜(4)和信号光输出镜(3)朝向腔内侧表面上分别镀有与泵浦光和信号光波长相应的变反射率膜系。
3.根据权利要求1或2所述的振荡器，其特征在于所述的泵浦输出镜(4)、反射镜(1)和信号光输出镜(3)为曲面镜或平面镜。
全文摘要
折叠型内腔变反射率光参量振荡器，属于激光技术领域。为了解决现有内腔结构中，泵浦光路和参量谐振腔光路易相互干涉引起光学元件损伤和降低光束质量的问题，本发明公开了一种折叠型内腔变反射率光参量振荡器，包括泵浦谐振腔和光参量谐振腔，泵浦谐振腔依次包括泵浦输出镜、被动调Q晶体、起偏器、激光工作介质、激励氙灯、光束分离镜、非线性晶体和反射镜，光参量谐振腔依次包括所述的反射镜、所述的非线性晶体、所述的光束分离镜及信号光输出镜；泵浦谐振腔与光参量谐振腔形成一定的角度，该角度由所述的光束分离镜来调节。本发明改善了光参量振荡器的参量振荡过程，提高了腔内的横模选择能力，使输出激光束具有更高的光束质量和转换效率。
文档编号H01S3/086GK1461081SQ0313757
公开日2003年12月10日 申请日期2003年6月18日 优先权日2003年6月18日
发明者巩马理, 保奭燚, 黄磊, 陈刚 申请人:清华大学