一种提高下转换效率的内腔光学参量振荡器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高下转换效率的内腔光学参量振荡器，包括：反谐振环分束镜、第一反谐振环反射镜以及第二反谐振环反射镜，反谐振环分束镜、第一反谐振环反射镜以及第二反谐振环反射镜构成反谐振环；谐振腔反射镜、平-平分束镜、反谐振环分束镜、第一反谐振环反射镜以及第二反谐振环反射镜构成信号光谐振腔；基频激光经过第一聚焦透镜聚焦在非线性光学晶体中，产生的信号光在信号光谐振腔的正反馈作用下形成振荡；信号光经反谐振环分束镜输出。本发明通过引入反谐振环实现对ICSRO信号光输出透过率简便的调节，从而根据所需输出功率以及泵浦功率控制ICSRO阈值，避免逆转换过程的影响，使之能够在较大范围内保持较高的下转换效率。
【专利说明】-种提高下转换效率的内腔光学参量振荡器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及内腔光学参量振荡器领域，尤其涉及一种提高下转换效率的内腔光学 参量振荡器。
【背景技术】
[0002] 单谐振光学参量振荡器（SR0)是拓展激光相干福射波长范围，获得可调谐相 干光源的重要非线性光学频率变换技术之一。内腔单谐振光学参量振荡器（ICSR0)将 非线性介质置于粟浦激光谐振腔内，利用腔内的高功率密度，能够在较低的外界粟浦功 率下实现SR0的高效率连续波运转。在外界粟浦功率等于SR0阔值的平方除W激光阔 值，即Pi。= (Pth_sKD)VPth_hset时，ICSR0的下转换效率的理论值达到100%，而后随着粟 浦功率的继续增加，在逆转换过程的作用下，能量由信号光场和闲频光场禪合回粟浦光 场，导致下转换效率逐渐下降。因此，为了实现ICSR0的高效运转，需要通过设计使SR0 阔值为粟浦激光阔值和外界粟浦功率的几何平均值，即巧wgc=?s/与。?AM。Mf。对此，文献 "Continuous-wave, intracavity optical parametric oscillators:an analysis of power characteristics, Appl. Phys. B, 66, 701-710, 1998"中给出了详尽的论述。
[0003] 近年来，外界粟浦源能够提供的粟浦功率越来越高，甚至需要将SRO谐振腔适当 调偏 W提商阔值，例如文献"St油le, continuous-wave, intracavity, optical parametric oscillator pumped by a semiconductor disk laser(VECSEL)，Opt.Express,17， 10648-10658,2009"中，在最高粟浦功率下对谐振腔重新准直，使阔值提高后W抑制逆转换 后，非振荡闲频光的输出功率相比按照最低SR0阔值准直情况下提高一倍W上。
[0004] 发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在W下的缺点和不足：
[0005] 为使SR0在较大粟浦功率范围内都保持高下转换效率，通过调偏谐振腔单纯的引 入准直损耗W提高阔值，是很低效的；如更换透过率较高的振荡信号光输出镜，一方面可W 适当提高阔值、改善下转换效率，另一方面也可W获得更高的振荡光输出，但更换镜片往往 需要对其重新准直，也给实际应用带来不便。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种提高下转换效率的内腔光学参量振荡器，本发明引入反谐振环 实现对SR0信号光输出透过率的简便调节W控制SR0阔值、抑制逆转换过程的影响，使之在 较大粟浦功率范围内均能保持较高的下转换效率，满足了实际应用中的需要，详见下文描 述：
[0007] -种提高下转换效率的内腔光学参量振荡器，所述内腔单谐振光学参量振荡器包 括：激光二极管粟浦、传能光纤、禪合透镜组、激光增益介质、第一聚焦透镜、平-平分束镜、 非线性光学晶体、谐振腔反射镜，还包括；反谐振环分束镜、第一反谐振环反射镜W及第二 反谐振环反射镜，其中，
[0008] 所述激光增益介质一端锻粟浦光增透、基频激光高反膜系，另一端锻基频激光增 透膜；所述第一聚焦透镜双面锻基频激光增透膜；所述平-平分束镜双面锻基频激光增透 膜，一面锻信号光高反膜；所述非线性光学晶体双面锻基频激光、信号光和闲频光增透膜； 所述谐振腔反射镜为凹镜，锻基频激光、信号光高反膜和闲频光增透膜系；所述反谐振环分 束镜锻信号光W 45°入射时透过率为50%的膜；所述第一反谐振环反射镜W及所述第二 反谐振环反射镜均锻信号光高反膜；
[0009] 所述反谐振环分束镜、所述第一反谐振环反射镜W及所述第二反谐振环反射镜构 成反谐振环；
[0010] 所述谐振腔反射镜、所述平-平分束镜、所述反谐振环分束镜、所述第一反谐振环 反射镜W及所述第二反谐振环反射镜构成信号光谐振腔；
[0011] 基频激光经过所述第一聚焦透镜聚焦在所述非线性光学晶体中，产生的信号光在 所述信号光谐振腔的正反馈作用下形成振荡；信号光经所述反谐振环分束镜输出。
[0012] 所述内腔光学参量振荡器还包括；第二聚焦透镜，
[0013] 所述第二聚焦透镜双面锻信号光增透膜，与所述反谐振环分束镜共同作用，等效 于凹面反射镜，与所述谐振腔反射镜构成等效的双凹腔，从而能够通过改变腔长实现对信 号光谐振腔内的束腰半径和位置进行控制。
[0014] 所述内腔光学参量振荡器还包括；声光Q开关，
[0015] 所述声光Q开关双面锻基频激光增透膜，所述声光Q开关用于使基频激光实现脉 冲运转。
[0016] 本发明提供的技术方案的有益效果是；本发明引入反谐振环（ARR)替代传统腔 镜，根据反谐振环的工作原理，反谐振环分束镜分光比在50 ;50附近微调时，可实现其等效 的透过率可在0附近的连续改变；因此通过微调信号光相对反谐振环分束镜的入射角，改 变其分光比，即可实现对ICSR0信号光输出透过率简便的调节，从而根据所需输出功率W 及粟浦功率控制ICSR0阔值，避免逆转换过程的影响，使之能够在较大范围内保持较高的 下转换效率。相比更换不同信号光透过率的输出镜等控制阔值、抑制逆转换的技术，本发明 避免了重新准直谐振腔的不便，有利于实际应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为一种提高下转换效率的内腔光学参量振荡器的结构示意图；
[0018] 图2为本发明提供的反谐振环结构的原理示意图。
[0019] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0020] 1 ;激光二极管粟浦； 2 ;传能光纤；
[0021] 3;禪合透镜组； 4;激光增益介质；
[0022] 5 ;第一聚焦透镜； 6 ;声光Q开关；
[002引 7 ;平-平分束镜； 8 ;非线性光学晶体；
[0024] 9 ;谐振腔反射镜； 10 ;第二聚焦透镜；
[00巧]11 ;反谐振环分束镜； 12 ;第一反谐振环反射镜；
[0026] 13 ;第二反谐振环反射镜。
【具体实施方式】
[0027] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步 地详细描述。
[0028] -种提高下转换效率的内腔光学参量振荡器，本发明通过简便地调节振荡信号光 的透过率，使得ICSR0能够在较大粟浦功率范围内均工作在下转换效率较高的状态，详见 下文描述：
[0029] 实施例1
[0030] 一种提高下转换效率的内腔光学参量振荡器，参见图1和图2,内腔单谐振光学参 量振荡器包括：激光二极管粟浦1、传能光纤2、禪合透镜组3、激光增益介质4、第一聚焦透 镜5、平-平分束镜7、非线性光学晶体8、谐振腔反射镜9、反谐振环（ARR)分束镜11、第一 反谐振环反射镜12 W及第二反谐振环反射镜13,其中，
[0031] 激光增益介质4 一端锻粟浦光增透、基频激光高反膜系，另一端锻基频激光增透 膜；第一聚焦透镜5双面锻基频激光增透膜；平-平分束镜7双面锻基频激光增透膜，一面 锻信号光高反膜；非线性光学晶体8双面锻基频激光、信号光和闲频光增透膜；谐振腔反射 镜9为凹镜，锻基频激光、信号光高反膜和闲频光增透膜系；反谐振环分束镜11锻信号光W 45°入射时透过率为50%的膜；第一反谐振环反射镜12 W及第二反谐振环反射镜13均锻 信号光高反膜；反谐振环分束镜11、第一反谐振环反射镜12 W及第二反谐振环反射镜13 构成反谐振环；
[0032] 激光二极管粟浦1发出粟浦光，经传能光纤2传输和禪合透镜组3聚焦后对激光 增益介质4进行粟浦；激光增益介质4中产生粒子数反转，在谐振腔反射镜9和激光增益介 质4端面的基频激光高反膜构成的谐振腔的反馈作用下产生波长为激光振荡；谐振腔反射 镜9、平-平分束镜7、反谐振环分束镜11、第一反谐振环反射镜12 W及第二反谐振环反射 镜13构成光学参量振荡器的信号光谐振腔；
[0033] 基频激光经过第一聚焦透镜5聚焦在非线性光学晶体8中，产生的信号光在信号 光谐振腔的正反馈作用下形成振荡；闲频光经谐振腔反射镜9输出，信号光经反谐振环分 束镜11输出；
[0034] 根据反谐振环的工作原理，当反谐振环分束镜11分光比为50 ;50时，两束强度相 等的光在经过反谐振环分束镜11向腔外输出时发生干涉相消，返回到信号光谐振腔内的 功率近似为100%，即整个反谐振环等效于对于SR0信号光高反的平面腔镜，可实现低阔值 运转。需用到较高粟浦功率时，通过微调反谐振环分束镜11的角度，使之对信号光的分光 比发生小幅变化，输出的两束光干涉相消结果不再为0,即产生一定的透射率，从而起到改 变反谐振对信号光的透过率，调节SR0阔值至最佳工作点，W抑制逆转换过程、保持SR0下 转换效率的作用。
[00巧]实际应用中，可将反谐振环分束镜11、第一反谐振环反射镜12 W及第二反谐振环 反射镜13固定于同一底座，只需调节反谐振环的角度，即在小范围内调节信号光相对反谐 振环的入射角，就能够实现对透过率即阔值的调节，大大降低了对信号光谐振腔准直精度 的要求。
[0036] 实际应用时，该内腔光学参量振荡器还包括；第二聚焦透镜10,第二聚焦透镜10 双面锻信号光增透膜，与反谐振环分束镜11共同作用，等效于一个凹面反射镜，实现对于 信号光谐振腔内束腰半径和位置的控制，W提高SR0下转换效率。
[0037] 其中，内腔单谐振光学参量振荡器还包括；声光Q开关6,声光Q开关6双面锻基 频激光增透膜，通过声光Q开关6使基频激光实现脉冲运转，提高峰值功率。
[00測 实施例2
[0039] 本发明实施例提供了一种提高下转换效率的内腔光学参量振荡器，参见图1，本发 明实施通过调节光束入射到反谐振环分束镜11的角度，简便地控制SR0的阔值。该样做的 好处是：使得无需对SR0谐振腔进行重新准直即能使SR0在较大的粟浦功率范围内均保持 高下转换效率，同时获得有用的振荡信号光输出，提高总提取效率，对高粟浦功率进行充分 利用，详见下文描述：
[0040] 激光增益介质4 ( W Nd:YV〇4晶体为例进行说明）一端锻880皿增透膜和1064皿 高反膜，另一端锻1064皿增透膜；第一聚焦透镜5双面锻1064皿增透膜；平-平分束镜7 双面锻1064nm增透膜，一面锻1. 5 y m高反膜；非线性光学晶体8为周期极化魄酸裡肿LN) 晶体，极化周期29 y m，双面锻1064皿、1. 5 y m和3. 66 y m增透膜；反谐振环分束镜11锻对 1. 5 y m信号光45。入射时透过率为50%的膜；第一反谐振环反射镜12、第二反谐振环反射 镜13均锻1. 5 y m信号光高反膜；
[0041] 激光二极管粟浦源1 ( W 880nm为例进行说明）发出粟浦光，经传能光纤2传输和 禪合透镜组3聚焦后对激光增益介质Nd: YV04晶体4进行粟浦；激光增益介质Nd: YV04晶体 4产生粒子数反转，在谐振腔反射镜9和激光增益介质Nd:YV化晶体4端面的1064nm高反 膜构成的谐振腔的反馈作用下产生波长为l〇64nm激光；谐振腔反射镜9、平-平分束镜7、 反谐振环分束镜11、第一反谐振环反射镜12 W及第二反谐振环反射镜13构成光学参量振 荡器的信号光谐振腔；
[0042] 1064nm激光经过第一聚焦透镜5聚焦在非线性光学晶体8中，产生的信号光在信 号光谐振腔的正反馈作用下形成振荡；产生的闲频光经谐振腔反射镜9输出，信号光经反 谐振环分束镜11输出。
[0043] 其中，参见图2,通过调整光束入射到反谐振环分束镜11的角度0，可W改变光束 经过反谐振环结构的透射和反射比例，从而改变信号光等效输出镜的透过率，实现了对SR0 阔值的控制，提高了下转换效率。
[0044] 具体实现时，激光增益介质Nd: YV04晶体4还可W是Nd:GdV〇4晶体或Nd: YAG晶体 等常用激光晶体，并锻有相应波长范围的膜系（其中，膜系波长范围为本领域人员所公知， 本发明实施例在此不做费述与限制）。
[0045] 其中，波长为1064nm激光可W是连续运转、脉冲运转或调制运转，具体实现时，本 发明实施例对此不做限制。
[0046] 其中，为了实现波长为1064nm激光的脉冲运转，本发明实施例中的光学参量振 荡器，还包括；声光Q开关6,声光Q开关6双面锻有1064nm增透膜，通过声光Q开关6使 1064nm激光实现脉冲运转，提高峰值功率。
[0047] 其中，非线性光学晶体8可W是极化周期为29 y m的PPLN晶体，也可W是其他极 化周期的PPLN晶体或者周期极化粗酸裡PPLT和磯酸氧铁钟KTP等其他常用非线性光学晶 体，并锻有相应波长范围的膜系（其中，膜系波长范围为本领域人员所公知，本发明实施例 在此不做费述），分别对应不同的信号光和闲频光波长，具体实现时，本发明实施例对此不 做限制。
[0048] 其中，当激光增益介质Nd:YV化晶体4或者非线性光学晶体8改变，会导致激光、 信号光和闲频光波长改变后，各个镜片等其他元件的锻膜也发生相应改变，本发明实施例 在此不做费述。
[0049] 综上所述，本发明实施例提供了一种提高下转换效率的内腔光学参量振荡器，W 反谐振环代替信号光输出镜，其中反谐振环分束镜在某一角度对信号光透过率50%，即可 W实现全反镜的作用，而在此角度附近微调信号光相对反谐振环的入射角，即能实现对反 谐振环等效的信号输出镜的输出透过率的调节，从而简便地控制SR0阔值，抑制逆转换过 程的影响，提高下转换效率，同时获得高功率的信号光输出，提高提取效率。与更换输出镜 W改变透过率、控制SR0阔值的方法相比，本发明避免了重新准直谐振腔的不便，有利于实 际应用。
[0050] 本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的W外，其他器件的型号不做限制， 只要能完成上述功能的器件均可。
[0051] 本领域技术人员可W理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例 序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0052] W上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用W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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种提高下转换效率的内腔光学参量振荡器，所述内腔单谐振光学参量振荡器包 括：激光二极管粟浦、传能光纤、禪合透镜组、激光增益介质、第一聚焦透镜、平-平分束镜、 非线性光学晶体、谐振腔反射镜，其特征在于，还包括：反谐振环分束镜、第一反谐振环反射 镜W及第二反谐振环反射镜，其中， 所述激光增益介质一端锻粟浦光增透、基频激光高反膜系，另一端锻基频激光增透膜； 所述第一聚焦透镜双面锻基频激光增透膜；所述平-平分束镜双面锻基频激光增透膜，一 面锻信号光高反膜；所述非线性光学晶体双面锻基频激光、信号光和闲频光增透膜；所述 谐振腔反射镜为凹镜，锻基频激光、信号光高反膜和闲频光增透膜系；所述反谐振环分束镜 锻信号光W 45°入射时透过率为50%的膜；所述第一反谐振环反射镜W及所述第二反谐 振环反射镜均锻信号光高反膜； 所述反谐振环分束镜、所述第一反谐振环反射镜W及所述第二反谐振环反射镜构成反 谐振环； 所述谐振腔反射镜、所述平-平分束镜、所述反谐振环分束镜、所述第一反谐振环反射 镜W及所述第二反谐振环反射镜构成信号光谐振腔； 基频激光经过所述第一聚焦透镜聚焦在所述非线性光学晶体中，产生的信号光在所述 信号光谐振腔的正反馈作用下形成振荡；信号光经所述反谐振环分束镜输出。
2. 根据权利要求1所述的一种提高下转换效率的内腔光学参量振荡器，其特征在于， 所述内腔光学参量振荡器还包括；第二聚焦透镜， 所述第二聚焦透镜双面锻信号光增透膜，与所述反谐振环分束镜共同作用，等效于凹 面反射镜，与所述谐振腔反射镜构成等效的双凹腔，从而能够通过改变腔长实现对信号光 谐振腔内的束腰半径和位置进行控制。
3. 根据权利要求1所述的一种提高下转换效率的内腔光学参量振荡器，其特征在于， 所述内腔光学参量振荡器还包括；声光Q开关， 所述声光Q开关双面锻基频激光增透膜，所述声光Q开关用于使基频激光实现脉冲运 转。
【文档编号】H01S3/10GK104466648SQ201410664979
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】丁欣, 赵岑, 盛泉, 李斌, 孙冰, 范琛, 张海永, 刘简, 张巍, 姜鹏波 申请人:天津大学