专利名称：全固态准连续波长调谐钛宝石－ppln光学参量振荡器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学参量振荡器激光器，尤其涉及一种全固态准连续波长调谐钛宝石-PPLN光学参量振荡器。
背景技术：
目前，采用周期极化晶体实现准相位匹配光学参量振荡器，是实现可调谐光源的一种新型的重要手段和有效途径，利用全固态激光器波长泵浦周期极化晶体，通过调整相关参数，可以得到高输出功率、高效率、可调谐波长范围大、寿命长、结构紧凑而体积小的可调谐光源，是一种理想的调谐方式。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提出一种功率水平高、结构简单紧凑而体积小，还具有准相位匹配光学参量振荡器的宽带可调谐光源。
本实用新型采用的技术方案是一种准连续运转波长调谐PPLN光学参量振荡器，包括一级泵浦源，一级耦合系统，二级泵浦源，二级耦合系统，光学参量振荡腔。一级泵浦源包括由第一平面镜M1和第二平面镜M2构成的平-平腔结构，在第一平面镜M1和第二平面镜M2之间自第一平面镜M1开始依次设有对基频光进行调制的开关器件Q、最初光学泵浦源、谐波反射镜和倍频晶体。一级耦合系统包括第一耦合透镜L1，用以将一级泵浦源产生的泵浦光耦合进二级泵浦源的谐振腔。二级泵浦源的谐振腔由第三平面镜M3和第四平面镜M4构成，在第一耦合透镜L1的焦点处设置钛宝石晶体，在第三平面镜M3和钛宝石晶体之间设有棱镜。二级耦合系统包括第二耦合透镜L2，用以将二级泵浦源产生的泵浦光耦合进光学参量振荡腔。光学参量振荡腔由后镜M5和输出镜M6构成，在位于两者之间的第二耦合透镜L2焦点附近设置PPLN晶体。
其中，最初光学泵浦源为按照等边三角形排列、采用侧向泵浦方式泵浦激光介质的激光二极管阵列，激光介质为NdYAG，尺寸为φ3×80mm，两端磨成平面，镀基频光的增透膜，由流动的冷却水对激光二极管阵列和激光介质提供冷却。
倍频晶体为KTP晶体，采用II类相位匹配，切割角为θ＝90°，φ＝23.6°，尺寸为6×6×10mm，两面镀基频光和倍频光的增透膜。
钛宝石晶体的中心轴线垂直于晶轴，具有两个以布儒斯特角切割的通光端面，且所述两个通光端面的法线均与晶轴处于同一平面内，在布儒斯特入射面内的泵浦光的偏振方向与晶轴一致。
钛宝石晶体通光方向长度为15mm，截面是边长为5mm的正方形。
构成二级泵浦源谐振腔的平面镜M3的空间位置可以调节。
作为更进一步的优选方案，第一平面镜(M1)镀1064nm高反膜；开关器件(Q)镀1064nm增透膜；谐波反射镜镀1064nm增透膜和532nm高反膜；构成谐振腔的第三平面镜(M3)镀750～850nm高反膜；构成谐振腔的第四平面镜(M4)镀532nm高反膜，镀750～850nm的半透膜，透过率为20％；后镜(M5)镀750～850nm以及OPO输出波段的高反膜；输出镜(M6)，曲率半径为60mm，镀750～850nm镀高反膜和OPO输出波段的半透膜，透过率约为15％。
OPO输出波段分为三个波段，分别是0.9～1.7um，1.7～2.5um，2.5～3.2um。
本实用新型所带来的有益效果(1)本实用新型全部采用全固态器件，其结构紧凑、牢固耐用、价格较低。
(2)一级泵浦装置采用LD作为原始泵浦源，倍频晶体为KTP，用声光Q开关进行频率调制以实现高峰值功率的准连续运转。
(3)二级泵浦装置所产生的钛宝石激光的脉宽与一级泵浦源所产生的泵浦光相比可降低一个数量级，极大地提高了峰值功率，是PPLN参量振荡器的理想泵浦源。
(4)采用周期极化晶体实现准相位匹配光学参量振荡器，通过调整相关参数，得到高输出功率、高效率、可调谐波长范围大、寿命长、结构紧凑而体积小的可调谐光源。
图1为本实用新型的光学参量振荡器的整体结构图具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明，本实用新型的整体结构图如图1所示。
M1是1064nm全反镜，M2是钛宝石激光器的532nm泵浦光输出镜，对1064nm光全反，对532nm光高透。M1，M2组成钛宝石激光器的绿光泵浦源，采用具有增益高、激光介质内部模体积大的传统直腔型平-平腔结构，整个谐振腔长定为330mm。采用中科院半导体所生产的高功率半导体阵列激光器作为最初光学泵浦源，为按照等边三角形排列、采用侧向泵浦方式泵浦激光介质的激光二极管阵列，四组三条激光二极管条对称地排列在YAG棒周围，能够均匀地泵浦激活介质YAG棒。每组二极管条由100个功率为200mW的二极管组成，二极管连续工作，总的最大泵浦功率为240W。整个泵浦组件(包括激光二极管和YAG棒)由流动的冷却水提供冷却。激光介质的尺寸为φ3×80mm，两端磨成平面，镀1064nm的增透膜。声光Q开关由英国GOOCH公司生产，其中晶体为φ8×10×50mm的熔石英，驱动功率为100W，工作频率为27MHz，衍射效率为20％，其调制频率为1～50kHz，有效通光口径15×15mm，镀1064nm增透膜。谐波反射镜对1064nm光高透，对532nm光高反，以提高倍频转换效率。KTP晶体采用II类相位匹配角切割(θ＝90°，φ＝23.6°)，尺寸为6×6×10mm，两面镀532nm和1064nm的增透膜。
为了使532nm泵浦光与钛宝石振荡光模式更好的匹配，获得更高的功率密度，使用一个焦距为150mm的聚焦透镜L1把泵浦光汇聚到钛宝石腔中，钛宝石晶体放在泵浦光光束的焦点处。钛宝石晶体通光方向长度为15mm，截面是边长为5mm的正方形。使钛宝石棒的中心轴线垂直于晶轴c，两通光端面以布儒斯特角切割，且使两通光表面的法线与晶轴c处于同一平面内。在布儒斯特入射面内的泵浦光的偏振方向与c轴一致。采用平平腔组成钛宝石激光的谐振腔，腔长约200mm，晶体大概放在腔的中心位置。M3全反镜对钛宝石运转波段750～850nm镀高反膜，输出镜M4对532nm镀高反膜，在750～850nm，透过率为20％。以棱镜作为波长调谐元件，使钛宝石输出光在780～820nm范围内连续可调。
M和M’是钛宝石波段的全反镜，以减小整个实验装置的体积。L2是焦距100mm的聚焦透镜，以提高钛宝石泵浦光的功率密度。M5为OPO后镜，对钛宝石运转波段750～850nm和OPO输出波段镀高反膜。M6为OPO输出镜，曲率半径为60mm，对钛宝石波段镀高反膜，对OPO输出波段的透过率约为15％。整个光学参量振荡器腔长约为80mm。采用的PPLN晶体的极化周期为20.5um，固定在温控炉中，温控炉温度在常温到473K可以连续变化。PPLN晶体端面对泵浦光750～850nm和OPO输出波段镀增透膜。
根据理论计算所得到的曲线为依据对OPO调谐波段进行腔镜镀膜选择。我们将其分为三个波段，分别是0.9～1.7um，1.7～2.5um，2.5～3.2um，实现OPO调谐输出1～3um的光谱范围。
需要说明的是，这里以本实用新型的实施例为中心展开了详细的说明，所描述的优选方式或某些特性的具体体现，应当理解为本说明书仅仅是通过给出实施例的方式来描述发明，实际上在组成、构造和使用的某些细节上会有所变化，包括部件的组合和组配，这些变形和应用都应该属于本实用新型的范围内。
本实施例采用二极管激光器泵浦的全固态、准连续532nm倍频NdYAG激光器(一级装置)作为最初光学泵浦源，脉冲宽度小于80ns，重复频率5kHz，泵浦钛宝石晶体作为激光介质的谐振腔(二级装置)，采用棱镜作为调谐元件，构成全固态、准连续可调谐钛宝石激光器，重复频率5kHz，线宽2nm，激光脉冲宽度小于20ns。用可调谐钛宝石激光泵浦PPLN光学参量振荡器(三级装置)，采用改变泵浦波长的新型调谐方式，利用PPLN光学参量振荡器调谐曲线的ε型折回特性，得到1～3um宽调谐输出。不仅具有全固态激光器功率水平高、结构紧凑、价格便宜等优势，还具有准相位匹配光学参量振荡器的宽带可调谐，体积小的优点，在医学成像、环境监测、光纤通信、光谱分析、光电对抗及光传感等领域具有广大的科学研究价值和广阔的应用前景并且填补了该领域的技术空白。
权利要求1.一种准连续运转波长调谐PPLN光学参量振荡器，包括一级泵浦源，一级耦合系统，二级泵浦源，二级耦合系统，光学参量振荡腔，其特征是所述一级泵浦源包括由第一平面镜(M1)和第二平面镜(M2)构成的平一平腔结构，在第一平面镜(M1)和第二平面镜(M2)之间自第一平面镜(M1)开始依次设有对基频光进行调制的开关器件(Q)、最初光学泵浦源、谐波反射镜和倍频晶体；所述一级耦合系统包括第一耦合透镜(L1)，用以将一级泵浦源产生的泵浦光耦合进二级泵浦源的谐振腔；所述二级泵浦源的谐振腔由第三平面镜(M3)和第四平面镜(M4)构成，在上述第一耦合透镜的焦点处设置钛宝石晶体，在第三平面镜(M3)和钛宝石晶体之间设有棱镜；所述二级耦合系统包括第二耦合透镜(L2)，用以将二级泵浦源产生的泵浦光耦合进光学参量振荡腔；所述光学参量振荡腔由后镜(M5)和输出镜(M6)构成，在位于两者之间的第二耦合透镜焦点附近设置PPLN晶体。
2.根据权利要求1所述的PPLN光学参量振荡器，其特征在于，所述最初光学泵浦源为按照等边三角形排列、采用侧向泵浦方式泵浦激光介质的激光二极管阵列，激光介质为Nd:YAG，尺寸为φ3×80mm，两端磨成平面，镀基频光的增透膜，由流动的冷却水对激光二极管阵列和激光介质提供冷却。
3.根据权利要求1所述的PPLN光学参量振荡器，其特征在于，所述倍频晶体为KTP晶体，采用II类相位匹配，切割角为θ＝90°，φ＝23.6°，尺寸为6×6×10mm，两面镀基频光和倍频光的增透膜。
4.根据权利要求1所述的PPLN光学参量振荡器，其特征在于，所述钛宝石晶体的中心轴线垂直于晶轴，具有两个以布儒斯特角切割的通光端面，且所述两个通光端面的法线均与晶轴处于同一平面内，在布儒斯特入射面内的泵浦光的偏振方向与晶轴一致。
5.根据权利要求1所述的PPLN光学参量振荡器，其特征在于，钛宝石晶体通光方向长度为15mm，截面是边长为5mm的正方形。
6.根据权利要求1所述的PPLN光学参量振荡器，其特征在于，构成所述二级泵浦源谐振腔的平面镜M3的空间位置可以调节。
7.根据权利要求1所述的PPLN光学参量振荡器，其特征在于，所述PPLN晶体的极化周期为20.5um，其端面镀750～850nm和OPO输出波段镀增透膜，固定在温控炉中，温控炉温度在常温到473K可以连续变化。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的PPLN光学参量振荡器，其特征在于，所述第一平面镜(M1)镀1064nm高反膜；所述开关器件(Q)的重复频率为5kHz，镀1064nm增透膜；所述谐波反射镜镀1064nm增透膜和532nm高反膜；构成所述谐振腔的第三平面镜(M3)镀750～850nm高反膜；构成所述谐振腔的第四平面镜(M4)镀532nm高反膜，镀750～850nm的半透膜，透过率为20％；后镜(M5)镀750～850nm以及OPO输出波段的高反膜；输出镜(M6)，曲率半径为60mm，镀750～850nm镀高反膜和OPO输出波段的半透膜，透过率为15％。
9.根据权利要求8所述的PPLN光学参量振荡器，其特征在于，所述OPO输出波段分为三个波段，分别是0.9～1.7um，1.7～2.5um，2.5～3.2um。
专利摘要一种准连续运转波长调谐PPLN光学参量振荡器，包括一级泵浦源，一级耦合系统，二级泵浦源，二级耦合系统，光学参量振荡腔。一级泵浦源包括由第一平面镜M1和第二平面镜M2构成的平－平腔结构，在第一平面镜M1和第二平面镜M2之间自第一平面镜M1开始依次设有对基频光进行调制的开关器件Q、最初光学泵浦源、谐波反射镜和倍频晶体。二级泵浦源的谐振腔由第三平面镜M3和第四平面镜M4构成，在第一耦合透镜L1的焦点处设置钛宝石晶体，在第三平面镜M3和钛宝石晶体之间设有棱镜。光学参量振荡腔由后镜M5和输出镜M6构成，在位于两者之间的第二耦合透镜L2焦点附近设置PPLN晶体。本实用新型的光学参量振荡器是一种功率水平高、结构简单紧凑而体积小，还具有准相位匹配光学参量振荡器的宽带可调谐光源。
文档编号H01S3/00GK2812352SQ200520026990
公开日2006年8月30日 申请日期2005年8月12日 优先权日2005年8月12日
发明者丁欣, 姚建铨, 邹雷, 邹跃, 马洪梅, 温午麒 申请人:天津大学