中紅外單頻光學(xué)參量振蕩器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及中紅外激光，特別是一種中紅外單頻光參量振蕩器，通過種子注入實(shí)現(xiàn)窄線寬輸出，通過溫度調(diào)諧實(shí)現(xiàn)波長調(diào)諧。適用于中紅外激光器技術(shù)研宄，應(yīng)用包括環(huán)境監(jiān)測、光電對抗、激光醫(yī)療、光譜分析和激光雷達(dá)等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]許多氣體分子(如CH4、CO、見13等)在3?5 μ m波段存在強(qiáng)烈的吸收峰，強(qiáng)度比近紅外波段高2?3個(gè)數(shù)量級，因此基于中紅外激光的吸收光譜技術(shù)可實(shí)現(xiàn)氣體種類、濃度等信息的高靈敏度探測，在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，也可廣泛應(yīng)用于激光雷達(dá)、軍事偵探、光譜分析和醫(yī)學(xué)檢測等領(lǐng)域。
[0003]光參量振蕩器(以下簡稱為OPO)是產(chǎn)生可調(diào)諧中紅外激光的裝置，本質(zhì)是光學(xué)差頻的三波混頻過程，利用頻率下轉(zhuǎn)換技術(shù)，將近紅外激光轉(zhuǎn)換成3?5 μ m的激光。光參量振蕩器由泵浦激光器、非線性晶體、光學(xué)諧振腔等器件組成，自由運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)泵浦光強(qiáng)超過閾值，非線性晶體中產(chǎn)生的信號光、閑頻光由噪聲功率水平逐漸建立起來，并在一定程度下與泵浦光強(qiáng)呈線性增長。但由于非線性轉(zhuǎn)換所要求的強(qiáng)電場容易引起非線性晶體的損傷，其發(fā)展一度受到限制。隨著準(zhǔn)相位匹配技術(shù)和周期性疇極化反轉(zhuǎn)晶體制備工藝的不斷成熟，OPO也獲得了新的活力。
[0004]準(zhǔn)相位匹配(以下簡稱為QPM)技術(shù)能最大限度地利用晶體的非線性系數(shù)，實(shí)現(xiàn)所選定方向的匹配，在OPO中獲得極大的應(yīng)用。方法是在空間上周期性地改變材料非線性系數(shù)的方向，引入額外的相位補(bǔ)償，使能量持續(xù)地從基頻光向倍頻光轉(zhuǎn)換。
[0005]常見的準(zhǔn)相位匹配非線性晶體有BBO、LB0, KTA, KTP等，從90年代中期開始，以摻氧化鎂周期極化鈮酸鋰晶體(以下簡稱為PPLN)為代表的準(zhǔn)相位匹配OPO在低峰值功率、高重復(fù)頻率、連續(xù)波相干輸出方面發(fā)展迅速。目前應(yīng)用較多的是采用I μm激光器作為泵浦源，通過合理選擇晶體的極化周期，利用準(zhǔn)相位匹配實(shí)現(xiàn)中紅外激光輸出，并可以通過溫度調(diào)諧的方式改變輸出波長。
[0006]考慮到晶體及膜系的損傷閾值，以往的中紅外激光器均為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出光譜較寬。種子注入技術(shù)可以降低閾值，壓窄線寬，但3 μπι的激光器由于技術(shù)難度大，制作成本高，市場化程度遠(yuǎn)不及1.5 μπι波段的激光器，鍍膜技術(shù)和相關(guān)光學(xué)器件也遠(yuǎn)不及近紅外波段普及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種中紅外單頻光參量振蕩器，實(shí)現(xiàn)3.3 μπι參量光振蕩輸出，通過注入1.57 ym的種子激光，實(shí)現(xiàn)窄線寬低閾值的中紅外激光輸出，提高激光器的頻率穩(wěn)定性，避免了 3 μπι波段種子激光器技術(shù)難度大、制作成本高的困難，降低了光學(xué)鏡片鍍膜的難度，從而降低整體成本。該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)信號光和閑散光分別振蕩并從不同的腔鏡輸出，避免了分光鏡的額外損耗，光路更為簡潔。具有近紅外和中紅外激光分開輸出、效率高、輸出波長可調(diào)諧等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0009]一種中紅外光參量振蕩器，其特點(diǎn)在于該振蕩器包括:泵浦激光器、聚焦透鏡、半波片、起偏器、平凹部分反射鏡、PPLN晶體、平凹全反射鏡、壓電陶瓷、平面耦合鏡、平面反射鏡、DFB種子激光器、準(zhǔn)直透鏡、隔離器、聚焦透鏡、晶體溫控爐，上述元器件的位置關(guān)系如下:
[0010]沿泵浦光路傳播方向依次為:泵浦激光器、聚焦透鏡、半波片、起偏器、平凹部分反射鏡、PPLN晶體、平凹全反射鏡，壓電陶瓷環(huán)；所述的聚焦透鏡對1.064 μπι激光高透，且焦點(diǎn)位于所述的PPLN晶體的中心；所述的晶體溫控爐對所述的PPLN晶體進(jìn)行控溫，所述的半波片是1.064ym波長的半波片，安裝在一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的支架上，所述的起偏器與光路呈布儒斯特角放置，所述的半波片和起偏器構(gòu)成光強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置，對1.064 μ m激光高透；
[0011]沿種子激光光路方向依次為:DFB種子激光器、準(zhǔn)直透鏡、隔離器、聚焦透鏡、平面耦合鏡、平面反射鏡；所述的準(zhǔn)直透鏡和聚焦透鏡對1.57 μπι激光高透，所述的聚焦透鏡的焦點(diǎn)位于所述的PPLN晶體的中心；
[0012]所述的泵浦激光器為脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出激光的波長為1.064 μπι ;
[0013]所述的平凹部分反射鏡、PPLN晶體、平凹全反射鏡、平面耦合鏡和平面反射鏡構(gòu)成一個(gè)環(huán)形腔；
[0014]所述的平凹部分反射鏡的曲率半徑為230mm，凹面鍍有對1.064μπι增透、對1.57 μπι高反、對3.3 μπι部分透射的介質(zhì)膜，所述的平凹全反射鏡的曲率半徑為230mm，緊固在壓電陶瓷環(huán)上，鍍有對1.064 μπι增透、對1.57 μπι和3.3 μπι高反的介質(zhì)膜；所述的平面耦合鏡為平鏡，腔內(nèi)反光面鍍有對3.3 μ m高反、對1.57 μ m部分透射、對1.06 μ m增透的介質(zhì)膜，另一面鍍有1.06 μπι和1.57 μπι的高透膜；所述的平面反射鏡為平鏡，腔內(nèi)反光面鍍有對1.57 μ m、3.3 μ m高反、對1.06 μ m增透的介質(zhì)膜；
[0015]所述的PPLN晶體的兩個(gè)透光端面鍍有對1.064 μm、1.572 μπι,3.29 μπι增透的介質(zhì)膜。
[0016]所述的DFB種子激光器為光纖跳線輸出，中心波長為1.57 μπι，輸出波長可調(diào)諧。
[0017]所述的溫控爐對所述的PPLN晶體的溫控范圍O?150°C，溫控精度0.1°C。
[0018]所述的泵浦激光器為激光二極管泵浦的Nd:YAG調(diào)Q激光器，輸出波長為
1.064 μ m，重復(fù)頻率400Hz，單脈沖能量3mJ，輸出脈沖為水平線偏振光，脈寬30ns，線寬接近傅里葉變換極限。
[0019]所述的DFB種子激光器帶有軟件控制界面，具有電流參數(shù)和溫度參數(shù)設(shè)定裝置，從而小幅度地改變輸出波長。
[0020]所述的隔離器對1.57 μ m激光的隔離度不小于20dB。
[0021]所述的PPLN晶體的尺寸為50mmX3mmX 1mm，極化周期為30.5 μ m且極化周期均勻分布O
[0022]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023]1.通過注入1.57 ym的連續(xù)種子激光器，實(shí)現(xiàn)3.3 ym的參量光振蕩，避免了 3 ym波段種子激光器技術(shù)難度大、制作成本高的困難，并且能夠降低激光器閾值，并將光譜寬度壓縮到Inm以下。
[0024]2.本發(fā)明的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)有利于激光模式的穩(wěn)定振蕩和種子注入。
[0025]3.本發(fā)明的信號光和閑散光分別振蕩并從不同的腔鏡輸出，避免了分光鏡的額外損耗，光路更為簡潔
[0026]4.通過溫控爐改變非線性晶體的溫度，可對本發(fā)明振蕩器輸出的中紅外波長進(jìn)行微調(diào)。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明中紅外單頻光參量振蕩器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的包含范圍。
[0029]圖1是本發(fā)明中紅外單頻光參量振蕩器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明中紅外光參量振蕩器，包括:泵浦激光器1、聚焦透鏡2、半波片3、起偏器4、平凹部分反射鏡
5,PPLN晶體6、平凹全反射鏡7、壓電陶瓷8、平面耦合鏡9、平面反射鏡10、DFB種子激光器
11、準(zhǔn)直透鏡12、隔離器13、聚焦透鏡14、晶體溫控爐15，上述元器件的位置關(guān)系如下:
[0030]沿泵浦光路傳播方向依次為:泵浦激光器1、聚焦透鏡2、半波片3、起偏器4、平凹部分反射鏡5、PPLN晶體6、平凹全反射鏡7，壓電陶瓷8 ;所述的聚焦透鏡2對1.064 μπι激光高透，且焦點(diǎn)位于所述的PPLN晶體6的中心；所述的晶體溫控爐15對所述的PPLN晶體6進(jìn)行控溫，所述的半波片3是1.064 μπι波長的半波片，安裝在一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的支架上，所述的起偏器4與光路呈布儒斯特角放置，所述的半波片3和起偏器4構(gòu)成光強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置，對1.064 μπι激光高透；
[0031]沿種子激光光路方向依次為:DFB種子激光器11、準(zhǔn)直透鏡12、隔離器13、聚焦透鏡14、平面耦合鏡9、平面反射鏡10 ;所述的準(zhǔn)直透鏡12和聚焦透鏡14對1.57 μ m激光高透，所述的聚焦透鏡14