专利名称：双向泵浦纳秒脉冲光参量振荡放大装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学装置，特别是一种双向泵浦脉冲光参量振荡放大装置。
利用非线性光学晶体中的光参量效应，开发高效宽调谐激光器件一直是可调谐激光领域最为活跃、最具有应用前景的途径之一。为实现宽调谐，必须使用宽带谐振腔镜。为了压窄输出线宽，必须在谐振腔内附加各种色散光学元件。传统光参量振荡和放大的泵浦方法是泵光透过宽带腔镜去泵浦非线性光学晶体。由于泵光功率密度高，仅特制硬膜腔镜才能承受，不被破坏。但特制硬膜腔镜带宽有限，不能实现全波段(例如可见波段)连续调谐。因而在使用过程中必须更换腔镜(即不能连续宽调谐)，十分不便。另外，高强度的泵光也常破坏色散光学元件。为此，有人设计了双隔离泵光光路如文献1，B.C.Johnson et.al.J.Opt.Soc.Am.B/Vol.12(1995)2122。他们的光路图示于图2，对光轴成45°的双色镜(4)和(5)全反泵光，透过参量光，令泵光仅照射非线性光学晶体(2)，而不能照射腔镜(1)，(13)和调谐元件光栅(11)和宽带腔镜(12)，这样避免了高强度光破坏调谐元件并可使用一般的宽带腔镜。但此设计带来一个严重缺点，即只对一个方向上传播的参量光存在增益，而且双色镜(4)和(5)对参量光的损耗大，致使参量振荡器的阈值升高，效率降低(对参量放大器也明显降低了放大系数)，并一定程度影响了连续调谐的宽度。
本实用新型的目的在于克服上述已有技术的缺点和不足，克服原有技术仅对非线性晶体进行单向泵浦，也就是对单相传播的参量光存在增益，对逆向传播(腔内振荡为来回传播)的参量光反而是损耗的现状，从而提供一种双向泵浦光路，以使逆向传播参量光亦获得增益，从而降低参量阈值和提高参量转换效率。本实用新型的目的是这样实现的本实用新型的核心就是基于纳秒脉冲泵光(例如常用泵光波长约为5-10纳秒)和连续泵光在空间的光程为数百cm或无穷大，而光参量振荡放大器的腔长为cm量级(例如3-20cm)这样泵光的空间持续长度大大地大于腔长，这就允许利用泵光返回设计，在参量谐振腔内建立正反两个方向的泵光光场，实现对参量振荡(放大)来回传播的参量光均提供增益的目的。另外，泵光单次通过非线性晶体时，由于转换效率不高，剩余泵光尚很强，所以返回的泵光光强还足以对逆向传播的腔内参量光产生大的增益。原理性光路示于
图1。本实用新型由输出耦合镜、宽带全反镜、非线性光学晶体、两块双色镜(全反泵光、透过参量光)、泵光全反镜及泵光组成。其光路结构为在双色镜(5)旁边安置一块泵光全反镜(6)，光从双色镜(5)反射出的剩余泵光原路返回，双色镜(5)、(6)之间的光程等于双色镜(5)与宽带全反镜(10)之间的光程。双色镜(4)与(5)在光路上安置位置为对光参量泵光光轴的入射角包括45°或布儒斯特角。两块双色镜在光路上安置位置相对光参量泵光光轴的入射角包括45°角和布儒斯特角。所用的非线性晶体可以是一块，也可以是两块。输出耦合镜、非线性光学晶体、宽带全反射腔镜构成常规的光参量振荡器。宽带全反腔镜(3)可以用色散元件及宽带全反镜(10)取代，其安置位置垂直于光参量泵光。宽带全反腔镜(3)可以改用光栅(11)，并在光栅一级衍射光方向上安置一块宽带全反镜(12)，安置角度0°，或者在光栅(11)零级衍射方向上安置一块宽带全反镜(3)。所用非线性光学晶体包括磷酸二氢钾KTP、铌酸锂LiNbO3、偏硼酸钡BBO、三硼酸锂LBO、掺氧化镁铌酸锂MgO2LiNbO3、碘酸锂LiIO3。泵光包括连续激光和脉冲激光以及脉冲激光的同步泵浦方式。在本实用新型中，还可以把该装置的光路上一块双色镜后安置一块分束器，使光路分两路，一路中间固定一块色散元件及宽带全反腔镜(用于压窄线宽)，还有一路上安置一块宽带全反腔镜做成复合腔。本实用新型的优越性由于采用了上述方案，实现了双相泵浦非线性光学晶体，使逆向传播参量光亦获得增益，从而降低了参量阈值和提高了参量转换效率。而且本实用新型仅在原有技术的基础上增加一面泵光全反镜，安置角精度与谐振腔相同，而安置位置仅要求大体与谐振腔光程相等，设备简单，制造极易，而提高参量振荡或放大效果明显，既保持了原有泵光双隔离技术可不换腔镜实现连续宽调谐的优点，又弥补了原有技术造成的腔内插入损耗增大，使阈值升高，转换效率降低的缺点。与原有的泵光双隔离技术相结合，可实现实用化高效(提高效率30％)、连续宽调谐光参量振荡器和放大器，特别对降低窄线宽光参量振荡器阈值(40％)有明显的效果。
以下结合附图及实例对本实用新型进行详细说明图1.双向泵浦纳秒脉冲光参量振荡放大装置原理光路图图2.B.C.Johnson et al.设计的双隔离泵光光路图图3.双向泵浦纳秒脉冲装置原理光路图图4.双向泵浦纳秒脉冲光参量振荡放大装置的一种实施例图图5.双向泵浦纳秒脉冲光参量振荡放大装置的一种实施例图图6.双向泵浦纳秒脉冲光参量振荡放大装置的一种实施例图图7.双向泵浦纳秒脉冲光参量振荡放大装置的一种实施例图图8.双向泵浦纳秒脉冲光参量振荡放大装置的一种实施例图图面说明如下(1)输出耦合镜(宽带谐振腔镜)，全反信号光或闲置光；(2)非线性光学晶体；(3)带宽全反腔镜，同(1)；(4)双色镜，全反泵光，透过参量光；(5)双色镜，同(4)；(6)全反泵光平面镜；(7)泵光；(8)输出参量光；(9)分束器(复合腔用)；(10)色散元件(或其组合)及宽带全反腔镜，压窄参量光线宽用；(11)光栅；(12)宽带全反镜，同(1)；(13)宽带部分反射镜，输出耦合用；(14)宽带部分反射镜，输入耦合用；实施例1按图3制做一台双向泵浦纳秒脉冲光参量振荡放大装置。输出耦合镜(1)、色散元件及宽带全反腔镜(10)组成振荡腔，泵光(7)由双色镜反射而通过非线性光学晶体(2)，然后被双色镜(5)反射而射到泵光全反镜(6)上，泵光全反镜(6)将剩余泵光原路反射回非线性光学晶体(2)，实现逆向泵浦。色散元件(10)中的调谐元件可以是棱镜、光栅、标准具、双折射滤光片及它们的组合。图4为其中一例。调谐方式可用掠入射光栅(11)、输出耦合镜(1)和宽带全反镜(12)形成振荡。用光栅的零级衍射作为输出光。非线性光学晶体包括磷酸二氢钾KTP、铌酸锂、LiNdO3、偏硼酸钡BBO、三硼酸锂LBO、掺氧化镁铌酸锂MgO2LiNbO3、碘酸锂LilO3。这种窄带光参量振荡器当用双向泵浦时，其阈值比单向泵浦低近一倍，效率可提高30-50％。
实施例2、按图5可建造各种双向泵浦复合腔光参量振荡器。分束器(9)将参量光分成两部分，分别射向色散元件及宽带全反腔镜(10)及宽带全反腔镜(3)。(10)和输出耦合镜(1)形成一谐振腔，(3)和(1)形成另一谐振腔，从而构成复合腔光参量振荡器。图6为其中一例。图中，光栅(11)将参量光衍射射向宽带全反镜(12)，并被(12)原路反射回，(12)和(1)形成一个谐振腔。光栅(11)同时又将参量光反射(零级衍射)，射向宽带全反镜(3)并被(3)原路返回，(3)和(1)同时起分光、调谐及压窄线宽的作用。
在本例中非线性光学晶体是磷酸二氢钾KTP、铌酸锂、LiNdO3、偏硼酸钡BBO、三硼酸锂LBO、掺氧化镁铌酸锂MgO2LiNbO3、碘酸锂LilO3。本实施例的效果同实施例1。
实施例3、按图7建造双晶体消除走离角效应的各类双向泵浦复合腔光参量振荡器。其工作原理同实施例2。但其中用两块非线性光学晶体，以消除走离角效应。
实施例4、按图8建造高增益双向泵浦光参量注入放大器。被放大种子光通过宽带部分反射镜(14)耦合到非线性光学晶体(2)中，在由双色镜(4)耦合进来的泵光(7)的作用下被放大。被放大的种子光通过宽带部分反射镜(3)输出。泵光全反射镜(6)将剩余泵光原路反射回非线性光学晶体(2)，实现双向泵浦。其效果明显地优于单向泵浦，转换效率可提高30％。
本实施例中非线性光学晶体是磷酸二氢钾KTP、铌酸锂LiNdO3、偏硼酸钡BBO、三硼酸锂LBO、掺氧化镁铌酸锂MgO2LiNbO3、碘酸锂LilO3。
权利要求1.一种包括输出耦合镜(1)、非线性光学晶体(2)、双色镜(4)和(5)、宽带全反射镜(3)、泵光(7)组成的双向泵浦纳秒脉冲光参量振荡放大装置，其特征在于在双色镜(5)旁边安置一块泵光全反镜(6)，光从双色镜(5)反射出的剩余泵光原路返回，双色镜(5)、(6)之间的光程等于双色镜(5)与宽带全反镜(10)之间的光程。双色镜(4)与(5)在光路上安置位置为对光参量泵光光轴的入射角包括45°或布儒斯特角。
2.按权利要求1所述光路的双向泵浦纳秒脉冲光参量振荡放大装置，其特征在于宽带全反腔镜(3)可以用色散元件及宽带全反镜(10)取代，其安置位置垂直于光参量泵光。
3.按权利要求1所述的双向泵浦纳秒脉冲光参量振荡放大装置，其特征在于宽带全反腔镜(3)可以改用光栅(11)，并在光栅一级衍射光方向上安置一块宽带全反镜(12)，安置角度0°，或者在光栅(11)零级衍射方向上安置一块宽带全反镜(3)。
4.按权利要求1所述的双向泵浦纳秒脉冲光参量振荡放大装置，其特征在于宽带全反腔镜(3)可以改用分束器(9)，经分束器(9)分出光的两光轴方向上，一束光路上安置一块色散元件(10)，另一束光路上安置一宽带全反镜(3)。
5.按权利要求1所述的双向泵浦纳秒脉冲光参量振荡放大装置，其特征在于所述非线性光学晶体可以是一块，也可以是两块。
专利摘要本实用新型涉及一种双向泵浦脉冲光参量振荡放大装置。本实用新型的目的在于克服已有技术仅对非线性光学晶体进行单向泵浦的缺点，和为了提高参量转换效率，从而提供一种由在两块双色镜中间安置一块非线性光学晶体，一块双色镜前安置一输出耦合镜，另一块双色镜后固定一宽带全反镜，并在垂直该双色镜光路方向上安置一块泵光全反镜组成的“双向泵浦纳秒脉冲参量振荡放大装置”。本实用新型的优点在于逆向传播参量光亦获得增益，可降低阈值40％和提高参量转换效率30％，并有利于实现连续宽调谐。
文档编号H01S3/00GK2271222SQ9624117
公开日1997年12月24日 申请日期1996年10月22日 优先权日1996年10月22日
发明者许祖彦, 周翊, 孔羽飞, 邓道群, 朱湘安, 张东香, 张秀兰, 冯宝华, 肖莹, 何京良, 张黎, 徐瑶, 徐秀俐, 张恒利, 陶世平, 侯玮 申请人:中国科学院物理研究所