一種中紅外單頻光學參量振蕩器，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、準直透鏡、隔離器、聚焦透鏡和晶體溫控爐，本發明專利技術通過注入1.57μm的種子激光器，實現3.3μm的參量光振蕩，可應用于醫療診斷、光譜分辨、軍事偵察等領域。本發明專利技術具有轉換效率高，單頻性好，可調諧等特點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及中紅外激光，特別是一種中紅外單頻光參量振蕩器，通過種子注入實現窄線寬輸出，通過溫度調諧實現波長調諧。適用于中紅外激光器技術研究，應用包括環境監測、光電對抗、激光醫療、光譜分析和激光雷達等領域。
技術介紹
許多氣體分子(如CH4、CO、NH3等)在3～5μm波段存在強烈的吸收峰，強度比近紅外波段高2～3個數量級，因此基于中紅外激光的吸收光譜技術可實現氣體種類、濃度等信息的高靈敏度探測，在環境監測領域具有廣闊的應用前景，也可廣泛應用于激光雷達、軍事偵探、光譜分析和醫學檢測等領域。光參量振蕩器(以下簡稱為OPO)是產生可調諧中紅外激光的裝置，本質是光學差頻的三波混頻過程，利用頻率下轉換技術，將近紅外激光轉換成3～5μm的激光。光參量振蕩器由泵浦激光器、非線性晶體、光學諧振腔等器件組成，自由運轉時，當泵浦光強超過閾值，非線性晶體中產生的信號光、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呈線性增長。但由于非線性轉換所要求的強電場容易引起非線性晶體的損傷，其發展一度受到限制。隨著準相位匹配技術和周期性疇極化反轉晶體制備工藝的不斷成熟，OPO也獲得了新的活力。準相位匹配(以下簡稱為QPM)技術能最大限度地利用晶體的非線性系數，實現所選定方向的匹配，在OPO中獲得極大的應用。方法是在空間上周期性地改變材料非線性系數的方向，引入額外的相位補償，使能量持續地從基頻光向倍頻光轉換。常見的準相位匹配非線性晶體有BBO、LBO、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)為代表的準相位匹配OPO在低峰值功率、高重復頻率、連續波相干輸出方面發展迅速。目前應用較多的是采用1μm激光器作為泵浦源，通過合理選擇晶體的極化周期，利用準相位匹配實現中紅外激光輸出，并可以通過溫度調諧的方式改變輸出波長。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運轉，輸出光譜較寬。種子注入技術可以降低閾值，壓窄線寬，但3μm的激光器由于技術難度大，制作成本高，市場化程度遠不及1.5μm波段的激光器，鍍膜技術和相關光學器件也遠不及近紅外波段普及。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種中紅外單頻光參量振蕩器，實現3.3μm參量光振蕩輸出，通過注入1.57μm的種子激光，實現窄線寬低閾值的中紅外激光輸出，提高激光器的頻率穩定性，避免了3μm波段種子激光器技術難度大、制作成本高的困難，降低了光學鏡片鍍膜的難度，從而降低整體成本。該結構實現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、輸出波長可調諧等特點，應用前景廣闊。本專利技術的技術解決方案如下：一種中紅外光參量振蕩器，其特點在于該振蕩器包括：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、準直透鏡、隔離器、聚焦透鏡、晶體溫控爐，上述元器件的位置關系如下：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；所述的聚焦透鏡對1.064μm激光高透，且焦點位于所述的PPLN晶體的中心；所述的晶體溫控爐對所述的PPLN晶體進行控溫，所述的半波片是1.064μm波長的半波片，安裝在一個可旋轉的支架上，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成光強調節裝置，對1.064μm激光高透；沿種子激光光路方向依次為：DFB種子激光器、準直透鏡、隔離器、聚焦透鏡、平面耦合鏡、平面反射鏡；所述的準直透鏡和聚焦透鏡對1.57μm激光高透，所述的聚焦透鏡的焦點位于所述的PPLN晶體的中心；所述的泵浦激光器為脈沖運轉，輸出激光的波長為1.064μm；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成一個環形腔；所述的平凹部分反射鏡的曲率半徑為230mm，凹面鍍有對1.064μm增透、對1.57μm高反、對3.3μm部分透射的介質膜，所述的平凹全反射鏡的曲率半徑為230mm，緊固在壓電陶瓷環上，鍍有對1.064μm增透、對1.57μm和3.3μm高反的介質膜；所述的平面耦合鏡為平鏡，腔內反光面鍍有對3.3μm高反、對1.57μm部分透射、對1.06μm增透的介質膜，另一面鍍有1.06μm和1.57μm的高透膜；所述的平面反射鏡為平鏡，腔內反光面鍍有對1.57μm、3.3μm高反、對1.06μm增透的介質膜；所述的PPLN晶體的兩個透光端面鍍有對1.064μm、1.572μm、3.29μm增透的介質膜。所述的DFB種子激光器為光纖跳線輸出，中心波長為1.57μm，輸出波長可調諧。所述的溫控爐對所述的PPLN晶體的溫控范圍0～150℃，溫控精度0.1℃。所述的泵浦激光器為激光二極管泵浦的Nd:YAG調Q激光器，輸出波長為1.064μm，重復頻率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。所述的DFB種子激光器帶有軟件控制界面，具有電流參數和溫度參數設定裝置，從而小幅度地改變輸出波長。所述的隔離器對1.57μm激光的隔離度不小于20dB。所述的PPLN晶體的尺寸為50mm×3mm×1mm，極化周期為30.5μm且極化周期均勻分布。本專利技術具有以下優點：1.通過注入1.57μm的連續種子激光器，實現3.3μm的參量光振蕩，避免了3μm波段種子激光器技術難度大、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1nm以下。2.本專利技術的環形腔結構有利于激光模式的穩定振蕩和種子注入。3.本專利技術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4.通過溫控爐改變非線性晶體的溫度，可對本專利技術振蕩器輸出的中紅外波長進行微調。附圖說明圖1是本專利技術中紅外單頻光參量振蕩器實施例的結構示意圖。具體實施方式下面結合實施例和附圖對本專利技術作進一步說明，但不應以此限制本專利技術的包含范圍。圖1是本專利技術中紅外單頻光參量振蕩器實施例的結構示意圖。由圖可見，本發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、準直本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種中紅外光參量振蕩器，其特征在于該振蕩器包括：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系如下：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1.064μm激光高透，且焦點位于所述的PPLN晶體(6)的中心；所述的晶體溫控爐(15)對所述的PPLN晶體(6)進行控溫，所述的半波片(3)是1.064μm波長的半波片，安裝在一個可旋轉的支架上，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)構成光強調節裝置，對1.064μm激光高透；沿種子激光光路方向依次為：DFB種子激光器(11)、準直透鏡(12)、隔離器(13)、聚焦透鏡(14)、平面耦合鏡(9)、平面反射鏡(10)；所述的準直透鏡(12)和聚焦透鏡(14)對1.57μm激光高透，所述的聚焦透鏡(14)的焦點位于所述的PPLN晶體的中心；所述的泵浦激光器(1)為脈沖運轉，輸出激光的波長為1.064μm；所述的平凹部分反射鏡(5)、PPLN晶體(6)、平凹全反射鏡(7)、平面耦合鏡(9)和平面反射鏡(10)構成一個環形腔；所述的平凹部分反射鏡(5)的曲率半徑為230mm，凹面鍍有對1.064μm增透、對1.57μm高反、對3.3μm部分透射的介質膜，所述的平凹全反射鏡(7)的曲率半徑為230mm，緊固在壓電陶瓷環(8)上，鍍有對1.064μm增透、對1.57μm和3.3μm高反的介質膜；所述的平面耦合鏡(9)為平鏡，腔內反光面鍍有對3.3μm高反、對1.57μm部分透射、對1.06μm增透的介質膜，另一面鍍有1.06μm和1.57μm的高透膜；所述的平面反射鏡(10)為平鏡，腔內反光面鍍有對1.57μm、3.3μm高反、對1.06μm增透的介質膜；所述的PPLN晶體(6)的兩個透光端面鍍有對1.064μm、1.572μm、3.29μm增透的介質膜。所述的DFB種子激光器(11)為光纖跳線輸出，中心波長為1.57μm，輸出波長可調諧。...
【技術特征摘要】
1.一種中紅外光參量振蕩器，其特征在于該振蕩器包括：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系如下：
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1.064μm激光高透，且焦點位于所述的PPLN晶體
(6)的中心；所述的晶體溫控爐(15)對所述的PPLN晶體(6)進行控溫，所述
的半波片(3)是1.064μm波長的半波片，安裝在一個可旋轉的支架上，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)構成光強調節
裝置，對1.064μm激光高透；
沿種子激光光路方向依次為：DFB種子激光器(11)、準直透鏡(12)、隔離器
(13)、聚焦透鏡(14)、平面耦合鏡(9)、平面反射鏡(10)；所述的準直透鏡(12)
和聚焦透鏡(14)對1.57μm激光高透，所述的聚焦透鏡(14)的焦點位于所述的
PPLN晶體的中心；
所述的泵浦激光器(1)為脈沖運轉，輸出激光的波長為1.064μm；
所述的平凹部分反射鏡(5)、PPLN晶體(6)、平凹全反射鏡(7)、平面耦合
鏡(9)和平面反射鏡(10)構成一個環形腔；
所述的平凹部分反射鏡(5)的曲率半徑為230mm，凹面鍍有對1.064μm增透、
對1.57μm高反、對3.3μm部分透射的介質膜...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬秀華，朱小磊，姜佳欣，李世光，
申請(專利權)人：中國科學院上海光學精密機械研究所，
類型：發明
國別省市：上海;31
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