一種光參量激光裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，具體地，涉及一種多波段超寬調(diào)諧光參量激光裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]自1960年第一臺紅寶石激光器問世以來，人們就開始了可調(diào)諧激光器的研宄。目前，人們已能控制十余種激光器的輸出波長和線寬，例如有機染料激光器(可見/近紅外)、色心激光器(可見/近紅外)、分子氣體激光器(紅外/遠紅外)、半導(dǎo)體激光器(可見/紅外)、固體可調(diào)諧激光器(近紅外)、光參量激光器(紫外/中紅外)和自由電子激光器(全波段)等等。從原理上看，自由電子激光器調(diào)諧范圍最寬，但至今尚在實驗開發(fā)階段。其次為光參量激光器，光參量激光器因其調(diào)諧范圍寬，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便以及功率高，波長覆蓋范圍寬等諸多優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于各科研領(lǐng)域(新材料，生物，化學(xué)，共振光譜等)O
[0003]光參量激光器技術(shù)，是一束入射光與兩束出射光的三波相互作用過程。入射光波長固定，稱為“泵浦光”。變換后的出射光分別為“信號光”和“閑頻光”，按照能量守恒，信號光和閑頻光波長可實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧。光參量激光器包括光參量產(chǎn)生器(Optical ParametricGenerat1n, OPG)、光參量放大器(Optical Parametric Amplifier, OPA)和光參量振蕩器(Optical Parametric Oscillator, ΟΡΟ)。目前，光參量激光器主要通過晶體角度/溫度的改變來實現(xiàn)信號光與閑頻光波長的調(diào)諧輸出。一方面，通過調(diào)節(jié)晶體角度實現(xiàn)相位匹配時，參與非線性作用的光束由于存在空間走離效應(yīng)，使得有限孔徑內(nèi)的光束之間發(fā)生分離，造成參量光轉(zhuǎn)換效率降低，光束質(zhì)量變差。而溫度調(diào)諧只能作用于折射率與色散量對溫度變化較敏感的非線性光學(xué)晶體，而大多數(shù)非線性晶體并不符合，并且晶體溫度調(diào)諧輸出波長范圍相對較窄，難以獲得超寬調(diào)諧輸出。光參量振蕩器一般需泵浦光聚焦泵浦，參量光束之間的空間走離嚴重，為了降低光束在晶體內(nèi)的空間走離，一般采用兩塊晶體以走離補償?shù)姆绞竭\轉(zhuǎn)，但是兩塊晶體角度的同步級聯(lián)調(diào)節(jié)嚴重影響了波長的快速及準確調(diào)節(jié)，難以實用化。種子注入的光參量激光放大器一般涉及到兩塊及以上同種晶體或者不同的晶體，需精確同步匹配調(diào)節(jié)種子激光的波長及光參量放大晶體的角度(或者溫度)，導(dǎo)致其波長的快速準確調(diào)節(jié)更加難以實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明提供一種多波段超寬調(diào)諧光參量激光裝置，以解決目前寬調(diào)諧光參量激光器存在光束的空間走離效應(yīng)及多塊晶體間同步角度/溫度級聯(lián)調(diào)節(jié)難以實現(xiàn)導(dǎo)致的波長調(diào)諧極其復(fù)雜，難以實用化等問題。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種光參量激光裝置，其特征在于，包括:泵浦激光器、在所述泵浦激光器輸出激光方向依次設(shè)置的光束匹配調(diào)控模塊、光參量產(chǎn)生非線性光學(xué)晶體器件、可變孔徑光闌、光參量放大光學(xué)晶體器件組以及光束分光整形準直單元;
[0008]所述泵浦激光器用于產(chǎn)生波長可調(diào)的泵浦激光光束；
[0009]所述光束匹配調(diào)控模塊用于對所述泵浦激光光束進行準直和整形；
[0010]所述光參量產(chǎn)生非線性光學(xué)晶體器件，用于在所述泵浦激光光束泵浦條件下輻射產(chǎn)生參量超熒光；
[0011]所述可變孔徑光闌用于對所述參量超熒光進行空間濾波和頻率濾波；
[0012]所述光參量放大非線性光學(xué)晶體器件組，包括至少一個光參量放大非線性光學(xué)晶體器件，用于對通過所述可變孔徑光闌的參量超熒光進行無空間走離放大，得到放大的光參量激光光束；
[0013]所述光束分光整形準直單元，用于將未參與光參量過程的泵浦激光光束與所述放大的光參量激光光束分束輸出；
[0014]其中，所述光參量產(chǎn)生非線性光學(xué)晶體器件及光參量放大非線性光學(xué)晶體器件均采用在晶體主平面內(nèi)切割的非線性光學(xué)晶體。
[0015]其中，所述光參量產(chǎn)生非線性光學(xué)晶體器件與所述光參量放大非線性光學(xué)晶體器件使用相同的非線性光學(xué)晶體。
[0016]其中，所述泵激光器為寬調(diào)諧納秒(ns)、皮秒(ps)、飛秒(fs)脈寬的T1:S激光器、Cr3+ = LiSrAlF6激光器、染料激光器和可見-近紅外光參量激光器中的任一種。
[0017]其中，所述光參量產(chǎn)生非線性光學(xué)晶體器件及光參量放大非線性光學(xué)晶體器件均使用KT1PO4 (磷酸氧鈦鉀，KTP)、RbT1AsO4 (砷酸鈦氧銣，RTP)、KT1AsO4 (砷酸鈦氧鉀，KTA)、LiNbO3 (鈮酸鋰，LN)、LiInS2 (硫銦鋰，LIS)、LiGaSe2 (砸鎵鋰，LGSe)、BaGa4S7 (硫化鎵鋇)、BaGa4Se7 (砸化鎵鋇)和SiC (碳化硅)晶體中的任一種。
[0018]其中，所述泵浦激光器為單波長Nd激光器、單波長光纖激光器和單波長Tm激光器中的任一種。
[0019]其中，所述裝置還包括設(shè)置在所述光參量放大非線性光學(xué)晶體器件組前端的腔鏡，和設(shè)置在所述光參量放大非線性光學(xué)晶體器件組后端的輸出鏡，所述腔鏡、所述光參量放大非線性光學(xué)晶體器件組與所述輸出鏡形成光參量激光諧振腔，所述光參量激光諧振腔用于將所述放大的光參量激光光束振蕩輸出。
[0020]其中，所述光參量放大非線性光學(xué)晶體器件組包括多個順序排列的光參量放大非線性光學(xué)晶體器件，并且多個所述光參量放大非線性光學(xué)晶體之間的距離可調(diào)。
[0021](三)有益效果
[0022]本發(fā)明通過使用泵浦光波長調(diào)諧和非臨界相位匹配技術(shù)實現(xiàn)參量激光器波長超寬調(diào)諧輸出，不用調(diào)節(jié)晶體角度和/或溫度，即可實現(xiàn)波長精確調(diào)諧，避免了多塊晶體角度和/或溫度需同步級聯(lián)調(diào)節(jié)的問題，以及利用兩塊以上晶體難以實現(xiàn)精確同步轉(zhuǎn)動帶來的波長不匹配的問題。同時，采用在晶體主平面內(nèi)切割的非線性光學(xué)晶體實現(xiàn)非臨界相位匹配，避免了非線性過程中參量光的空間走離效應(yīng)，有利于高效率、高光束質(zhì)量參量激光輸出。另外，本發(fā)明可以同時實現(xiàn)三個波長輸出，并且這三個波長均可以實現(xiàn)大范圍調(diào)諧，實現(xiàn)從可見到中紅外超寬調(diào)諧輸出。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1示出了本發(fā)明第一實施例的光參量激光器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0025]圖2示出了本發(fā)明第一實施例中KTA晶體的相位匹配曲線圖；
[0026]圖3示出了本發(fā)明第二實施例的光參量激光器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0027]圖4示出了本發(fā)明第二實施例中KTP晶體的相位匹配曲線圖；
[0028]圖5示出了本發(fā)明第三實施例的光參量激光器的結(jié)構(gòu)框圖。
[0029]圖6示出了本發(fā)明第三實施例中LN晶體的相位匹配曲線圖。
【具體實施方式】
[0030]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，以下實施例用于說明本發(fā)明，但不是限制本發(fā)明的范圍?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0031]本發(fā)明通過寬調(diào)諧輸出的泵浦激光器泵浦一組彼此間放置距離優(yōu)化的在晶體主平面內(nèi)切割的非線性光學(xué)晶體，實現(xiàn)寬調(diào)諧的光參量激光產(chǎn)生及高效放大，解決了目前寬調(diào)諧光參量激光器存在光束空間走離效應(yīng)，以及多塊晶體間同步角度/溫度級聯(lián)調(diào)節(jié)難以實現(xiàn)導(dǎo)致的波長調(diào)諧極其復(fù)雜，難以實用化等問題。
[0032]本發(fā)明提供的光參量激光裝置，包括:泵浦激光器、在泵浦激光器輸出激光方向依次設(shè)置的光束匹配調(diào)控模塊、光參量產(chǎn)生非線性光學(xué)晶體器件、可變孔徑光闌、光參量放大光學(xué)晶體器件組以及光束分光整形準直單元；
[0033]其中，泵浦激光器用于產(chǎn)生波長可調(diào)的泵浦激光光束；本發(fā)明的實施例的泵浦激光器可以為T1: S激光器、Cr3+= LiSrAlF6激光器、染料激光器和可見-近紅外光參量激光器中的任一種，并且上述激光器均可以是寬調(diào)諧納秒、皮秒或飛秒脈寬的激光器；另外，本實施例的泵浦激光器也可以為泵浦激光器為單波長Nd激光器、單波長光纖激光器和單波長Tm激光器中的任一種。
[0034]光束匹配調(diào)控模塊用于對所述泵浦激光光束進行準直和整形；
[0035]光參量產(chǎn)生非線性光學(xué)晶體器件，采用在晶體主平面內(nèi)切割的非線性光學(xué)晶體，用于在泵浦激光光束泵浦條件下輻射產(chǎn)生參量超熒光；
[0036]可變孔徑光闌用于對參量超熒光進行空間濾波和頻率濾波；
[0037]所述光參量放大非線性光學(xué)晶體器件組，包括至少一個在晶體主平面內(nèi)切割的光參量放大非線性光學(xué)晶體器件，用于對通過所述可變孔徑光闌的參量超熒光進行無空間走離放大，得到放大的光參量激光光束；例如，光參量放大非線性光學(xué)晶體器件組可以包括多個順序排列的在晶體主平面內(nèi)切割的光參量放大非線性光學(xué)晶體器件，并且多個所述光參量放大非線性光學(xué)晶體之間的距離可調(diào)。
[0038]本發(fā)明的實施例的光參量產(chǎn)生非線性光學(xué)晶體器件與光參量放大非線性光學(xué)晶體器件使用相同的非線性光學(xué)晶體，如可以使用KTP、RTP、KTA、LN、LIS、LGSe、BGS、BGSe和SiC晶體中的任一種。
[0039]光束分光整形準直單元，用于將未參與光參量過程的泵浦激光光束與所述放大的光參量激光光束分束輸出。
[0040]另外，上述裝置還可以包括設(shè)置在所述光參量放大非線性光學(xué)晶體器件組前端的腔鏡，和設(shè)置在所述光參量放大非線性光學(xué)晶體器件組后端的輸出鏡，腔鏡、光參量放大非線性光學(xué)晶體器件組與輸出鏡形成光參量激光諧振腔，所述光參量激光諧振腔用于將所述放大的光參量激光光束振蕩輸出。
[0041]本發(fā)明的激光裝置的工作原理為:
[0042]泵浦激光器輸出波長可調(diào)的泵浦激光光束，其輸出的激光光束通過光束匹配