專利名稱：一種內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一種內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤鳎婕耙环N激光裝置，屬于光 電子領(lǐng)域
背景技術(shù)：
光參量振蕩器具有可調(diào)諧的優(yōu)點(diǎn)，且其調(diào)諧范圍可從紫外到遠(yuǎn)紅外，彌補(bǔ)了普通 激光器只能輸出一種波長激光的缺點(diǎn)，是獲得寬帶可調(diào)諧、高相干輻射光源和新波段激光 系統(tǒng)的重要途徑，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。尤其是近年來，隨著一批新型非線性光學(xué)晶體的出 現(xiàn)以及光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)的日益成熟，光學(xué)參量振蕩技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展，廣泛應(yīng)用 于環(huán)境監(jiān)測、材料處理、數(shù)據(jù)通信、光電測量、激光測距及激光雷達(dá)等領(lǐng)域。目前光學(xué)參量振蕩器主要可分為外腔式和內(nèi)腔式兩種方式實(shí)現(xiàn)。光學(xué)參量振蕩器 主要由泵浦光(對于內(nèi)腔式光學(xué)參量振蕩器，泵浦光又稱基頻光)泵浦產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)光和 閑頻光。外腔式光參量振蕩器把泵浦光經(jīng)過聚焦耦合到光參量振蕩器內(nèi)，可方便實(shí)現(xiàn)泵浦 光與光參量振蕩器腔模的模式匹配。但外腔式光參量振蕩器泵浦光功率較低，采用聚焦系 統(tǒng)來提高功率密度使得系統(tǒng)變得復(fù)雜。內(nèi)腔式光參量振蕩器把光參量振蕩器振蕩腔(下文 簡稱光參量振蕩腔)置于基頻激光諧振腔(下文簡稱基頻腔)內(nèi)，可利用基頻光(又稱光參 量振蕩器的泵浦光)腔內(nèi)的高功率密度來提高光參量振蕩的轉(zhuǎn)換，但基頻腔和光參量振蕩 腔的模式匹配困難。我們通過理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)當(dāng)在光參量振蕩腔引入一個(gè)可變焦距透鏡(隨 著泵浦功率的升高，透鏡焦距變短)，可有效緩減模式失配的問題。當(dāng)內(nèi)腔式光參量振蕩器 的光參量振蕩腔內(nèi)引入一個(gè)透鏡，如圖1所示。根據(jù)圖1的激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算了基頻腔和 光參量振蕩腔在非線性光學(xué)晶體上的腔模半徑，如圖2所示。由圖2可知，隨著泵浦功率的 升高，基頻腔在非線性光學(xué)晶體上的腔模半徑變小，但光參量振蕩腔在非線性光學(xué)晶體上 的腔模半徑不變。所以隨著泵浦功率的升高，兩個(gè)腔模模式失配越來越嚴(yán)重。當(dāng)縮短光參 量振蕩腔內(nèi)引入的透鏡焦距，將有利于緩減高功率下兩個(gè)腔模模式失配，但會(huì)導(dǎo)致低功率 下的兩個(gè)腔模模式失配。所以如果采用可變焦距透鏡，將有利于實(shí)現(xiàn)隨著泵浦功率升高的 激光的有效輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤?，有效緩減內(nèi)腔式 光參量振蕩器模式失配問題，從而提高光參量振蕩器的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明技術(shù)方案結(jié)合附圖描述如下本發(fā)明的內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤鳎饴分幸来畏胖萌辞荤R1，激光 晶體2，聲光Q開關(guān)3，復(fù)合腔鏡4，對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7，非線性光學(xué)晶體5，輸出腔 鏡6。其中全反腔鏡1和輸出腔鏡6組成基頻腔，由復(fù)合腔鏡4和輸出腔鏡6組成光參量振 蕩腔。所述的對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7具有一定的厚度，厚度可以選擇2mm到IOmm
3之間.所述的全反腔鏡1鍍對基頻激光高反射的膜系；所述的輸出腔鏡6鍍對基頻激光 高反射并對信號(hào)光部分透過的膜系；所述的復(fù)合腔鏡4鍍對基頻激光高透射，同時(shí)對信號(hào) 光高反射的膜系；所述的對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7鍍同時(shí)對信號(hào)光、閑頻光和基頻激 光增透的膜系。本發(fā)明的內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤鲗?shí)現(xiàn)方式為由激光晶體2產(chǎn)生的 基頻光在全反腔鏡1和輸出腔鏡6組成基頻腔內(nèi)諧振，并由聲光Q開關(guān)進(jìn)行調(diào)制來提高基 頻腔內(nèi)基頻光峰值功率，同時(shí)由非線性光學(xué)晶體5光參量變換產(chǎn)生信號(hào)光和閑頻光。信號(hào) 光在復(fù)合腔鏡4和輸出腔鏡6組成光參量振蕩腔內(nèi)振蕩加強(qiáng)，并由輸出腔鏡6輸出信號(hào)光。 對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7將對通過的閑頻光吸收從而發(fā)熱，熱量由中心向外擴(kuò)散造成 折射率的梯度變化，起到一個(gè)起到類似可變焦距透鏡的作用。由于激光泵浦功率的升高，基頻光增強(qiáng)，從而信號(hào)光和閑頻光也增強(qiáng)，所以對閑頻 光吸收的平面介質(zhì)鏡7引起的熱透鏡作用的熱焦距變短，即對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7 起到焦距隨著泵浦功率升高而變短的透鏡作用。根據(jù)前面理論計(jì)算，引入對閑頻光吸收的 平面介質(zhì)鏡7可起到補(bǔ)償模式失配的作用。本發(fā)明的另一種改進(jìn)型的內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤?，光路中可以不?復(fù)合腔鏡4，對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7的靠近聲光Q開關(guān)3的一面改鍍對基頻激光高透 射，同時(shí)對信號(hào)光高反射的膜系，起到代替復(fù)合腔鏡4的作用。


圖1，內(nèi)腔式光參量振蕩器腔內(nèi)引入一個(gè)透鏡的示意圖；圖2，基頻腔和光參量振蕩腔在非線性光學(xué)晶體上的腔模半徑的計(jì)算結(jié)果圖；圖3，一種內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤鞯氖疽鈭D；圖4，一種改進(jìn)型內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤鞯氖疽饷嬲f明1為全反腔鏡，2為激光晶體，3為聲光Q開關(guān)，4為復(fù)合腔鏡，5為非線 性光學(xué)晶體，6為輸出腔鏡，7為對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 按照圖3的光路制作一臺(tái)內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤?，用于?出1.5微米激光。激光晶體2采用NchYVO4 ；非線性光學(xué)晶體5采用按θ = 90°，Φ = 0°的非臨 界相位匹配切割的KTP ；對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7采用4mm厚的BK7玻璃鏡片。全反 腔鏡1鍍對1. 06微米基頻激光高反射的膜系；輸出腔鏡6鍍對1. 06微米基頻激光高反射 并對1. 5微米信號(hào)光透過率為13%的膜系；復(fù)合腔鏡4鍍對1. 06微米基頻激光高透射，同 時(shí)對1. 5微米信號(hào)光高反射的膜系；對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7鍍同時(shí)對1. 5微米信號(hào) 光、3. 5微米閑頻光和1. 06微米基頻激光增透的膜系。由激光晶體Nd:YV042產(chǎn)生的1. 06微米基頻光在全反腔鏡1和輸出腔鏡6組成的 基頻腔內(nèi)諧振，并由聲光Q開關(guān)進(jìn)行調(diào)制來提高基頻腔內(nèi)基頻光峰值功率，同時(shí)由非線性 光學(xué)晶體KTP5光參量變換產(chǎn)生1. 5微米信號(hào)光和3. 5微米閑頻光。1. 5微米信號(hào)光在復(fù)合腔鏡4和輸出腔鏡6組成光參量振蕩腔內(nèi)振蕩加強(qiáng)，并由輸出腔鏡6輸出1. 5微米信號(hào) 光。對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7將對通過的3. 5微米閑頻光吸收從而發(fā)熱，熱量由中心 向外擴(kuò)散造成折射率的梯度變化，起到一個(gè)熱透鏡的作用，從而有效的補(bǔ)償緩減了沒有加 對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7時(shí)的模式失配問題。采用光纖耦合的半導(dǎo)體激光器泵浦，在 20W的泵浦功率下，實(shí)現(xiàn)了 3W以上1. 5微米信號(hào)光，光光轉(zhuǎn)化效率15%以上，相對沒有進(jìn)行 模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤鳎侍岣呓槐?。?shí)施例2 按照圖4的光路制作一臺(tái)內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤?，用于?出1.5微米激光。激光晶體2采用NchYVO4 ；非線性光學(xué)晶體5采用按θ = 90°，Φ = 0°的非臨 界相位匹配切割的KTP ；對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7采用6mm厚的BK7玻璃鏡片。全反腔 鏡1鍍對1. 06微米基頻激光高反射的膜系；輸出腔鏡6鍍對1. 06微米基頻激光高反射并 對1. 5微米信號(hào)光透過率為13%的膜系；對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7的靠近聲光Q開關(guān) 3的一面(左面)鍍對1. 06微米基頻激光高透射，同時(shí)對1. 5微米信號(hào)光高反射的膜系， 另一面(右面)鍍同時(shí)對1. 5微米信號(hào)光、3. 5微米閑頻光和1. 06微米基頻激光增透的膜 系。由激光晶體Nd: YV042產(chǎn)生的1. 06微米基頻光在全反腔鏡1和輸出腔鏡6組成的 基頻腔內(nèi)諧振，并由聲光Q開關(guān)進(jìn)行調(diào)制來提高基頻腔內(nèi)基頻光峰值功率，同時(shí)由非線性 光學(xué)晶體KTP5光參量變換產(chǎn)生1. 5微米信號(hào)光和3. 5微米閑頻光。1. 5微米信號(hào)光在對閑 頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7的左面和輸出腔鏡6組成光參量振蕩腔內(nèi)振蕩加強(qiáng)，并由輸出腔 鏡6輸出1. 5微米信號(hào)光。對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7將對通過的3. 5微米閑頻光吸收 從而發(fā)熱，熱量由中心向外擴(kuò)散造成折射率的梯度變化，起到一個(gè)熱透鏡的作用，從而有效 的補(bǔ)償緩減了沒有加對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7時(shí)的模式失配問題。采用光纖耦合的半 導(dǎo)體激光器泵浦，在20W的泵浦功率下，實(shí)現(xiàn)了 3W以上1. 5微米信號(hào)光，光光轉(zhuǎn)化效率15% 以上，相對沒有進(jìn)行模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤鳎侍岣呓槐?。?shí)施例3 按照圖3(或圖4)的光路制作一臺(tái)內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷?器，用于輸出1.5微米激光。與實(shí)施例1、2不同的是所述激光晶體2采用Nd:YAG或Nd:YAP或Nd:KGW或 Nd GdVO4,制作一臺(tái)內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤?。?shí)施例4 按照圖3 (或圖4)的光路制作一臺(tái)內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷?器，用于輸出1.5微米激光。與實(shí)施例1、2不同的是所述非線性光學(xué)晶體采用采用按θ = 90°，Φ = 0°的 非臨界相位匹配切割的ΚΤΑ，制作一臺(tái)內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤?。?shí)施例5 按照圖3的光路制作一臺(tái)內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤鳎糜谳?出2微米激光。激光晶體2采用NchYVO4 ；非線性光學(xué)晶體5采用按θ = 90°，Φ = 0°的非臨 界相位匹配切割的KTP ；對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7采用4mm厚的BK7玻璃鏡片。全反 腔鏡1鍍對1. 3微米基頻激光高反射的膜系；輸出腔鏡6鍍對1. 3微米基頻激光高反射并 對2微米信號(hào)光透過率為13%的膜系；復(fù)合腔鏡4鍍對1. 3微米基頻激光高透射，同時(shí)對2 微米信號(hào)光高反射的膜系；對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7鍍同時(shí)對2微米信號(hào)光、3. 5微米附近閑頻光和1. 3微米基頻激光增透的膜系。由激光晶體Nd:YV042產(chǎn)生的1. 3微米基頻光在全反腔鏡1和輸出腔鏡6組成的 基頻腔內(nèi)諧振，并由聲光Q開關(guān)進(jìn)行調(diào)制來提高基頻腔內(nèi)基頻光峰值功率，同時(shí)由非線性 光學(xué)晶體KTP5光參量變換產(chǎn)生2微米信號(hào)光和3. 5微米附近閑頻光。2微米信號(hào)光在復(fù) 合腔鏡4和輸出腔鏡6組成光參量振蕩腔內(nèi)振蕩加強(qiáng)，并由輸出腔鏡6輸出2微米信號(hào)光。 對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7將對通過的3. 5微米附近閑頻光吸收從而發(fā)熱，熱量由中心 向外擴(kuò)散造成折射率的梯度變化，起到一個(gè)熱透鏡的作用，從而有效的補(bǔ)償緩減了沒有加 對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7時(shí)的模式失配問題。采用光纖耦合的半導(dǎo)體激光器泵浦，在 20W的泵浦功率下，實(shí)現(xiàn)了 2W以上2微米信號(hào)光，光光轉(zhuǎn)化效率10%以上，相對沒有進(jìn)行模 式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤?，效率提高近一倍。?shí)施例6 按照圖4的光路制作一臺(tái)內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤鳎糜谳?出2微米激光。激光晶體2采用NchYVO4 ；非線性光學(xué)晶體5采用按θ = 90°，Φ = 0°的非臨 界相位匹配切割的KTP ；對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7采用6mm厚的BK7玻璃鏡片。全反 腔鏡1鍍對1. 3微米基頻激光高反射的膜系；輸出腔鏡6鍍對1. 3微米基頻激光高反射并 對2微米信號(hào)光透過率為13%的膜系；對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7的靠近聲光Q開關(guān)3 的一面(左面)鍍對1. 3微米基頻激光高透射，同時(shí)對2微米信號(hào)光高反射的膜系，另一面 (右面)鍍同時(shí)對2微米信號(hào)光、3. 5微米附近閑頻光和1. 3微米基頻激光增透的膜系。由激光晶體Nd: YV042產(chǎn)生的1. 3微米基頻光在全反腔鏡1和輸出腔鏡6組成的基 頻腔內(nèi)諧振，并由聲光Q開關(guān)進(jìn)行調(diào)制來提高基頻腔內(nèi)基頻光峰值功率，同時(shí)由非線性光 學(xué)晶體KTP5光參量變換產(chǎn)生2微米信號(hào)光和3. 5微米附近閑頻光。2微米信號(hào)光在對閑頻 光吸收的平面介質(zhì)鏡7的左面和輸出腔鏡6組成光參量振蕩腔內(nèi)振蕩加強(qiáng)，并由輸出腔鏡 6輸出2微米信號(hào)光。對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7將對通過的3. 5微米附近閑頻光吸收 從而發(fā)熱，熱量由中心向外擴(kuò)散造成折射率的梯度變化，起到一個(gè)熱透鏡的作用，從而有效 的補(bǔ)償緩減了沒有加對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡7時(shí)的模式失配問題。采用光纖耦合的半 導(dǎo)體激光器泵浦，在20W的泵浦功率下，實(shí)現(xiàn)了 2W以上2微米信號(hào)光，光光轉(zhuǎn)化效率10%以 上，相對沒有進(jìn)行模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤?，效率提高近一倍。?shí)施例7 按照圖3(或圖4)的光路制作一臺(tái)內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷?器，用于輸出2微米激光。與實(shí)施例1、2不同的是所述激光晶體2采用Nd:YAG或Nd:YAP或Nd:KGW或 Nd GdVO4,制作一臺(tái)內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤?。?shí)施例8 按照圖3 (或圖4)的光路制作一臺(tái)內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷?器，用于輸出2微米激光。與實(shí)施例1、2不同的是所述非線性光學(xué)晶體采用采用按θ = 90°，Φ = 0°的 非臨界相位匹配切割的ΚΤΑ，制作一臺(tái)內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤鳌?br> 權(quán)利要求
一種內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤?，光路中依次放置全反腔鏡，激光晶體，聲光Q開關(guān)，復(fù)合腔鏡，對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡，非線性光學(xué)晶體，輸出腔鏡。其中全反腔鏡和輸出腔鏡組成基頻腔，由復(fù)合腔鏡和輸出腔鏡組成光參量振蕩腔。其特征在于光路放置對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡。
2.按權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤鳎龅娜辞荤R鍍 對基頻激光高反射的膜系；輸出腔鏡鍍對基頻激光高反射并對信號(hào)光部分透過的膜系；復(fù) 合腔鏡鍍對基頻激光高透射，同時(shí)對信號(hào)光高反射的膜系；對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡鍍 同時(shí)對信號(hào)光、閑頻光和基頻激光增透的膜系。
3.按權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤?，其特征在于?dāng)光路 中不用復(fù)合腔鏡，則對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡的靠近聲光Q開關(guān)的一面改鍍對基頻激光 高透射，同時(shí)對信號(hào)光高反射的膜系，起到代替復(fù)合腔鏡的作用。
4.按權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤?，其特性在于其光?量振蕩器可用于產(chǎn)生1. 5微米或2微米激光。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)腔式模式失配補(bǔ)償?shù)墓鈪⒘空袷幤?，光路中依次放置全反腔鏡，激光晶體，聲光Q開關(guān)，復(fù)合腔鏡，對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡，非線性光學(xué)晶體，輸出腔鏡。其特征在于光路放置對閑頻光吸收的平面介質(zhì)鏡利用吸收閑頻光，起到類似可變焦距透鏡的作用，用于補(bǔ)償非線性光學(xué)晶體上基頻激光諧振腔和光參量振蕩器振蕩腔的模式失配的作用?？捎行岣吖鈪⒘空袷幤鞯霓D(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01S3/082GK101986486SQ20091011227
公開日2011年3月16日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者張戈, 朱海永, 段延敏, 魏勇, 黃呈輝 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所