一种单频连续光学参量振荡器

本申请涉及光电子和激光，更具体地，涉及一种单频连续光学参量振荡器。

背景技术：

1、可调谐、高功率、连续激光光源是光学领域众多应用的先决条件。光学参量振荡器(optical parametric oscillator，opo)的出现为这种激光光源提供了一个良好的操作条件，其优点在于调谐方式简单，可从紫外到红外波段大范围、快速调谐，结构简单，输出光稳定性较好以及窄的线宽，这些优点促使光学参量振荡器在量子光学、原子物理、精密测量等领域得到了越来越多的应用。然而，随着技术的发展与应用，人们对光学参量振荡器的单频操作、频率和功率稳定性提出了更高的要求，因此这就需要光学参量振荡器能够更好地单频稳定运转。

2、目前实现光学参量振荡器单频运转的方法有以下几种：

3、第一种是在光学谐振腔内插入标准具，将腔内标准具的透射峰锁定在光学参量振荡器谐振腔的共振模式上，并实时调整标准具的角度，来达到单频运转。标准具锁模的方式只需要在谐振腔内插入标准具以及施加对应的伺服系统即可。但由于标准具表面镀膜参数以及厚度等因素的限制，激光光束在通过标准具时会出现反射等情况，在闭合谐振腔的过程当中会增加一定的难度。插入标准具所带来的插入损耗又会进一步限制输出光的功率和泵浦光的转换效率。而且，在调整标准具的角度时，一般也会施加调制信号来调整其角度，这将会导致额外噪声的引入，不利于光学参量振荡器在量子精密测量以及连续变量非经典光场等领域的应用。

4、实现光学参量振荡器单频运转的另外一种方法是采取注入锁定技术，该方法选取特定频率的光作为种子光注入谐振腔中来提升输出功率，稳定输出光的功率稳定性以及单纵模运转。这就需要单独的激光系统以及稳频系统，此时整个激光系统体积将会变得庞大，轻微扰动也将会影响整个系统的稳定性，同时也带来调制的困难，也不利于实现光学参量振荡器的小型化以及产品化。

5、另外，在谐振腔内振荡的信号光对光学参量振荡晶体热效应的影响比较严重，在较高功率下会造成多模振荡现象，同时腔内共振光功率较高以及泵浦比率等也会影响光学参量振荡器的跳模现象以及多模振荡现象，降低整个系统的稳定性。

技术实现思路

1、本申请提供一种单频连续光学参量振荡器，将光学参量下转换晶体放置在泵浦光的腰斑处并产生信号光，将双折射晶体放置在信号光的腰斑处并产生倍频光，一方面可以自动调制谐振腔内信号光的耦合输出，同时保持较高的转换效率，进而实现完全的泵浦倒空，另一方面双折射晶体能够在谐振腔内引入足够大的非线性损耗来抑制谐振腔内的次模振荡，有效抑制了谐振腔内多模振荡以及跳模现象的发生，实现了长时间稳定的单频运转，由此通过双折射晶体的插入实现单频信号光的输出，无需插入标准具或者注入种子光，降低了成本，而且结构紧凑小巧，更易于全固化、集成化、小型化以及产品化的量产。

2、本申请提供了一种单频连续光学参量振荡器，包括泵浦源、聚焦透镜、谐振腔、光学参量下转换晶体以及双折射晶体；

3、泵浦源提供的泵浦光的偏振方向为水平偏振；

4、谐振腔包括凹凸镜、输出平凹镜以及设置在凹凸镜与输出平凹镜之间的至少两个过渡平凹镜，经聚焦透镜获得的泵浦光的腰斑位于凹凸镜与在光路上和凹凸镜相邻的第一过渡平凹镜之间，光学参量下转换晶体的中心处与泵浦光的腰斑重合；

5、双折射晶体位于输出平凹镜与在光路上与输出平凹镜相邻的第二过渡平凹镜之间的束腰处，双折射晶体采用临界相位匹配或非临界相位匹配方式，以产生倍频光。

6、优选地，光学参量下转换晶体产生的信号光在谐振腔内共振，泵浦光、光学参量下转换晶体产生的闲频光和双折射晶体产生的倍频光在谐振腔内单次穿过。

7、优选地，谐振腔为环形腔。

8、优选地，环形腔中，信号光依次经过凹凸镜、光学参量下转换晶体、第一过渡平凹镜、第二过渡平凹镜、双折射晶体以及输出平凹镜。

9、优选地，输出平凹镜的凹面镀有对倍频光的高透膜以及对信号光的部分透射膜。

10、优选地，第一过渡平凹镜的表面镀有对泵浦光和闲频光的高透膜以及对信号光的高反模。

11、优选地，谐振腔为驻波腔，驻波腔中，第一过渡平凹镜与输出平凹镜为同一平凹镜，信号光依次经过凹凸镜、光学参量下转换晶体、第一过渡平凹镜、双折射晶体、第二过渡平凹镜、双折射晶体以及第一过渡平凹镜。

12、优选地，第一过渡平凹镜的凹面镀有对泵浦光、闲频光以及倍频光的高透膜以及对信号光的高反膜。

13、优选地，双折射晶体的形状为扇形结构、端面为平面或带有楔角的长方体或端面为平面或带有楔角的正方体。

14、优选地，泵浦源为全固态固体激光器，谐振腔采用端面泵浦的方式。

15、通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

技术特征：

1.一种单频连续光学参量振荡器，其特征在于，包括泵浦源、聚焦透镜、谐振腔、光学参量下转换晶体以及双折射晶体；

2.根据权利要求1所述的单频连续光学参量振荡器，其特征在于，所述光学参量下转换晶体产生的信号光在所述谐振腔内共振，所述泵浦光、所述光学参量下转换晶体产生的闲频光和所述双折射晶体产生的倍频光在所述谐振腔内单次穿过。

3.根据权利要求1或2所述的单频连续光学参量振荡器，其特征在于，所述谐振腔为环形腔。

4.根据权利要求3所述的单频连续光学参量振荡器，其特征在于，所述环形腔中，信号光依次经过所述凹凸镜、所述光学参量下转换晶体、所述第一过渡平凹镜、所述第二过渡平凹镜、所述双折射晶体以及所述输出平凹镜。

5.根据权利要求3所述的单频连续光学参量振荡器，其特征在于，所述输出平凹镜的凹面镀有对倍频光的高透膜以及对信号光的部分透射膜。

6.根据权利要求5所述的单频连续光学参量振荡器，其特征在于，所述第一过渡平凹镜的表面镀有对泵浦光和闲频光的高透膜以及对信号光的高反模。

7.根据权利要求1或2所述的单频连续光学参量振荡器，其特征在于，所述谐振腔为驻波腔，所述驻波腔中，所述第一过渡平凹镜与所述输出平凹镜为同一平凹镜，信号光依次经过所述凹凸镜、所述光学参量下转换晶体、所述第一过渡平凹镜、所述双折射晶体、所述第二过渡平凹镜、所述双折射晶体以及所述第一过渡平凹镜。

8.根据权利要求7所述的单频连续光学参量振荡器，其特征在于，所述第一过渡平凹镜的凹面镀有对泵浦光、闲频光以及倍频光的高透膜以及对信号光的高反膜。

9.根据权利要求1所述的单频连续光学参量振荡器，其特征在于，所述双折射晶体的形状为扇形结构、端面为平面或带有楔角的长方体或端面为平面或带有楔角的正方体。

10.根据权利要求1所述的单频连续光学参量振荡器，其特征在于，所述泵浦源为全固态固体激光器，所述谐振腔采用端面泵浦的方式。

技术总结
本申请公开了一种单频连续光学参量振荡器，包括泵浦源、聚焦透镜、谐振腔、光学参量下转换晶体以及双折射晶体；泵浦源提供的泵浦光的偏振方向为水平偏振；谐振腔包括凹凸镜、输出平凹镜以及设置在凹凸镜与输出平凹镜之间的至少两个过渡平凹镜，经聚焦透镜获得的泵浦光的腰斑位于凹凸镜与在光路上和凹凸镜相邻的第一过渡平凹镜之间，光学参量下转换晶体的中心处与泵浦光的腰斑重合；双折射晶体位于输出平凹镜与在光路上与输出平凹镜相邻的第二过渡平凹镜之间的束腰处，双折射晶体采用临界相位匹配或非临界相位匹配方式，以产生倍频光。本申请实现了完全的泵浦倒空和稳定的单频运转，更易于全固化、集成化、小型化以及产品化的量产。

技术研发人员：卢华东,彭晓斌,苏静,彭堃墀
受保护的技术使用者：山西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12