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一种可调谐双波长超快光参量振荡器制造技术

技术编号:15513161 阅读:345 留言:0更新日期:2017-06-04 05:32
本发明专利技术适用于激光技术领域,提供了一种可调谐双波长超快光参量振荡器,包括:依次放置的脉冲激光泵浦源、输入耦合镜、带扇形结构的周期性极化晶体、色散补偿装置、输出耦合镜、分光镜,以及晶体控温装置,相较于现有技术,本发明专利技术利用脉冲激光的群速度与晶体温度之间的色散关系,通过调控周期性极化晶体的工作温度,消除周期性极化晶体内信号光与闲频光间的群速度失配。信号光与闲频光的同步放大,不但可以提升光参量振荡器的匹配带宽,更是避免了由于时间走离造成的脉冲畸变,使光参量振荡器能够同时输出两路高质量的超短脉冲激光。

A tunable dual wavelength ultrafast optical parametric oscillator

The invention is applicable to the field of laser technology, provides a tunable dual wavelength femtosecond optical parametric oscillator, including: placed pulse laser pump source, input coupler, fan-shaped periodically poled crystal, dispersion compensation device, output coupling mirror, beam splitter, and the crystal temperature control device, compared with the existing technology. The invention utilizes the dispersion relation between the laser pulse and the group velocity of the crystal temperature, through the regulation of periodically poled crystal temperature, eliminate periodic poled crystal in the signal light and the idle frequency light group velocity mismatch between. Simultaneous amplification of signal and idler, can not only enhance the matching bandwidth of optical parametric oscillator, is to avoid the time off caused by the pulse distortion, the optical parametric oscillator of ultrashort pulse laser can output two lines of high quality.

【技术实现步骤摘要】
一种可调谐双波长超快光参量振荡器
本专利技术涉及激光
,尤其涉及一种可调谐双波长超快光参量振荡器。
技术介绍
激光介质的能级结构和荧光发射谱线对能够产生何种波长的激光起着决定性的作用。不同激光介质可以产生不同波长的激光,但是,大多数情况下,使用单一激光介质的激光器,通常也只能输出一种特定波长的激光。然而,从物理、化学学科的基础研究到医学,甚至工业应用,越来越多的研究或者应用领域需要同时用到两束不同波长的激光。比如广泛应用于超快动力学过程研究的泵浦探测(pump-probe)技术,就需要用一束超快激光激发样品,再用另一束波长不同的超快激光探测其发出的受激信号,以此确定被测样品的状态。此外,通过非线性差频产生中红外,甚至太赫兹(THz)波段的辐射源;基于被测气体对不同波长的激光存在吸收差异的差分吸收式激光雷达;CARS(相干反斯托克斯喇曼散射)显微成像技术等都需要同时使用不同波长的激光。人们已经在固体激光系统,例如钛宝石激光器,利用分裂(self-spectrumsplitting),受激粒子的能级分裂以及布里渊散射等方法实现了双波长的激光输出。但是,基于非线性频率转换的光参量振荡器(OPO),仍是目前获得双波长激光最有效的途径之一。利用二阶非线性效应,OPO能够将入射激光(称为泵浦光)转变为两束波长各异的出射激光,对于单谐振的OPO,一般将在谐振腔内来回振荡的激光称为信号光,将与信号光共存的另一束激光称为闲频光。信号光、闲频光与泵浦光之间始终满足能量守恒。OPO天然具有双波长激光输出的特点,因此被广泛用作双波长激光器。随着科技的进步,人们对医学、生物、物理等学科的研究已进入纳米、原子尺度,无论是泵浦探测,还是CARS,都需要借助超短脉冲激光来获得更高的分辨率,这对双波长激光器的输出脉宽以及光束质量均提出了更高的要求。但是,通常情况下,在光参量振荡过程中,相互作用的泵浦光、信号光和闲频光在晶体中的速度(即群速度)并不相同,一般称之为群速度失配(GVM)。当OPO工作在超快时间尺度(例如飞秒,即10-15秒)的时候,由于会在光参量振荡过程中相互走离,信号光与闲频光都会出现不同程度的脉冲畸变,尤其是闲频光。泵浦光的脉宽越短,群速度失配的影响越显著。这极大限制了飞秒OPO输出的信号光与闲频光的脉宽,以及光束质量。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种可调谐双波长超快光参量振荡器,旨在解决现有技术中的双波长光参量振荡器无法有效地产生脉冲波形无畸变的双波长飞秒脉冲激光的问题。本专利技术实施例提供了一种可调谐双波长超快光参量振荡器,包括:依次放置的脉冲激光泵浦源、输入耦合镜、带扇形结构的周期性极化晶体、输出耦合镜及分光镜;所述脉冲激光泵浦源输出的泵浦光经过所述输入耦合镜进入所述带扇形结构的周期性极化晶体,在所述带扇形结构的周期性极化晶体中产生来回振荡的信号光,以及闲频光,并从所述输出耦合镜输出混合光,所述混合光经所述分光镜分离后,分别得到信号光脉冲激光和闲频光脉冲激光;所述带扇形结构的周期性极化晶体为满足II类准位相匹配的周期性极化晶体,所述信号光与所述闲频光在预置温度下在所述带扇形结构的周期性极化晶体中的群速度匹配,所述混合光中包含所述信号光、所述闲频光以及残留的所述泵浦光。进一步地,所述可调谐双波长超快光参量振荡器,还包括:晶体控温装置,用于调控所述带扇形结构的周期性极化晶体的温度。进一步地,所述带扇形结构的周期性极化晶体的极化周期能够连续调谐。进一步地,根据所述脉冲激光泵浦源输出的泵浦光的波长及预置的调谐规则,对所述带扇形结构的周期性极化晶体的温度以及极化周期联动调谐,以使调谐范围内的任意波长的所述信号光与所述闲频光在所述带扇形结构的周期性极化晶体中的群速度始终匹配。进一步地,所述可调谐双波长超快光参量振荡器还包括:色散补偿装置,所述色散补偿装置设置在所述周期性极化晶体与所述输出耦合镜之间的光路上,用于补偿所述信号光在所述周期性极化晶体内累积的群速度色散。进一步地,所述信号光在所述输入耦合镜和所述输出耦合镜之间来回振荡,所述输入耦合镜对所述信号光高反射,对所述泵浦光高透射,所述输出耦合镜对所述信号光部分透射,对所述泵浦光和所述闲频光高透射。从上述本专利技术实施例可知,本专利技术提供了一种可调谐双波长超快光参量振荡器,包括:依次放置的脉冲激光泵浦源、输入耦合镜、带扇形结构的周期性极化晶体、色散补偿装置、输出耦合镜、分光镜,以及晶体控温装置,相较于现有技术,本专利技术利用脉冲激光的群速度与晶体温度之间的色散关系,通过调控周期性极化晶体的工作温度,消除周期性极化晶体内信号光与闲频光间的群速度失配。信号光与闲频光的同步放大,不但可以提升光参量振荡器的匹配带宽,更是避免了由于时间走离造成的脉冲畸变,使光参量振荡器能够同时输出两路高质量的超短脉冲激光。附图说明图1是当脉冲激光泵浦源的波长为1064nm时,周期性极化晶体内3.5μm-2.9μm的e偏振光信号光和与之对应的1.5μm-1.7μm的o偏振闲频光满足群速度匹配所需工作温度随波长的变化曲线;图2是当脉冲激光泵浦源的波长为790nm时,周期性极化晶体内3.1μm-1.7μm的e偏振信号光和与之对应的1μm-1.5μm的o偏振闲频光满足群速度匹配所需工作温度随波长的变化曲线;图3是本专利技术实施例提供的可调谐双波长超快光参量振荡器的结构示意图;图4是本专利技术实施例中的双波长超快光参量振荡器的转换效率,以及中红外信号光与近红外闲频光的光谱带宽随泵浦光强的变化曲线,其中,泵浦光波长为1064nm,信号光波长为3.2μm,对应的,闲频光波长为1.59μm;图5是本专利技术实施例中的双波长超快光参量振荡器输出的信号光与闲频光的时间波形图,其中,泵浦光波长为1064nm,信号光波长为3.2μm,对应的,闲频光波长为1.59μm;图6是本专利技术实施例中的双波长超快光参量振荡器输出的信号光与闲频光的光谱带宽随信号光/闲频光波长的变化曲线。其中,泵浦光波长为1064nm。具体实施方式为使得本专利技术实施例的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。如图1、图2所示,图中给出了当泵浦源的激光波长分别为1064nm和790nm的时候,周期性极化晶体内e偏振信号光和与之对应的o偏振闲频光满足群速度匹配所需工作温度随波长的变化曲线,周期性极化晶体在本实施例中选用的是8%掺杂MgO:PPLN晶体。从图中可以看出,仅考虑以1064nm和790nm的脉冲激光器为泵浦源,就可实现输出激光波长从1μm到3.5μm,近红外到中红外波段的全覆盖。若再配合其它波长的泵浦源,其应用范围可以扩展到5μm(MgO:PPLN晶体的极限透射波长)。请参阅图3,图3是本专利技术实施例提供的可调谐双波长超快光参量振荡器的结构示意图,为了便于说明,仅示出了与本专利技术实施例相关的部分。图3示例的可调谐双波长超快光参量振荡器,主要包括:脉冲激光泵浦源101、输入耦合镜102、带扇形结构的周期性极化晶体103本文档来自技高网
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一种可调谐双波长超快光参量振荡器

【技术保护点】
一种可调谐双波长超快光参量振荡器,包括:依次放置的脉冲激光泵浦源、输入耦合镜、带扇形结构的周期性极化晶体、输出耦合镜及分光镜;所述脉冲激光泵浦源输出的泵浦光经过所述输入耦合镜进入所述带扇形结构的周期性极化晶体,在所述带扇形结构的周期性极化晶体中产生来回振荡的信号光,以及闲频光,并从所述输出耦合镜输出混合光,所述混合光经所述分光镜分离后,分别得到信号光脉冲激光和闲频光脉冲激光;所述带扇形结构的周期性极化晶体为满足II类准位相匹配的周期性极化晶体,所述信号光与所述闲频光在预置温度下在所述带扇形结构的周期性极化晶体中的群速度匹配,所述混合光中包含所述信号光、所述闲频光以及残留的所述泵浦光。

【技术特征摘要】
1.一种可调谐双波长超快光参量振荡器,包括:依次放置的脉冲激光泵浦源、输入耦合镜、带扇形结构的周期性极化晶体、输出耦合镜及分光镜;所述脉冲激光泵浦源输出的泵浦光经过所述输入耦合镜进入所述带扇形结构的周期性极化晶体,在所述带扇形结构的周期性极化晶体中产生来回振荡的信号光,以及闲频光,并从所述输出耦合镜输出混合光,所述混合光经所述分光镜分离后,分别得到信号光脉冲激光和闲频光脉冲激光;所述带扇形结构的周期性极化晶体为满足II类准位相匹配的周期性极化晶体,所述信号光与所述闲频光在预置温度下在所述带扇形结构的周期性极化晶体中的群速度匹配,所述混合光中包含所述信号光、所述闲频光以及残留的所述泵浦光。2.根据权利要求1所述的可调谐双波长超快光参量振荡器,其特征在于,所述可调谐双波长超快光参量振荡器,还包括:晶体控温装置,用于调控所述带扇形结构的周期性极化晶体的温度。3.根据权利要求2所述的可调谐双波长超快光参量振荡器,其特征在于,所述带扇...

【专利技术属性】
技术研发人员:钟亥哲李瑛杨建龙章礼富梁宇海范滇元
申请(专利权)人:深圳大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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