一种小型化三腔镜环形腔中红外光参量振荡器制造技术

本发明专利技术提供了一种小型化三腔镜环形腔中红外光参量振荡器的技术方案，该方案采用三腔镜环形腔结构，减小逆转换效应，提高转换效率，避免隔离系统，减小OPO系统的体积。与四腔镜环形腔OPO相比，三腔镜环形腔OPO减小了激光器的出光阈值，提高了转换效率，降低了环形腔的复杂度，提高了OPO系统的可靠性，同时减小了OPO系统的体积和重量。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化三腔镜环形腔中红外光参量振荡器
本专利技术涉及的是激光器技术，尤其是一种小型化三腔镜环形腔中红外光参量振荡器。
技术介绍
在现有技术中，公知的技术是3-5μm的中红外激光广泛应用于光电对抗、大气监测、分子光谱学、激光医疗等国防、科研及民用领域。随着应用领域的不断扩展和深入，具有一定功率水平、可调谐、小型化中红外固体激光器近年来备受关注。基于频率变换的光参量振荡器（OPO）是产生高功率、可调谐中红外激光的有效途径之一。OPO系统主要由泵浦激光器、耦合隔离系统、非线性晶体和谐振腔镜组成。而OPO仅由非线性晶体和腔镜组成，其结构简单、紧凑，非常有利于向小型化方向发展。但是其泵浦激光器却相对复杂和庞大，难以与OPO集成实现整体小型化。随着1μm和2μm光纤激光技术的发展，为中红外OPO的小型化提供了另一种思路，即将作为泵浦源的光纤激光器与OPO分离集成，从而实现OPO的小型化。在直线腔OPO中，为了降低阈值、提高泵浦光的转换效率，输出镜通常对泵浦激光反射，使泵浦激光往返通过非线性晶体。然而为了防止回光对泵浦激光器的影响，则须在泵浦激光器和OPO之间加入隔离系统。这将增加OPO的重量和体积，以及系统的复杂性。特别地，当OPO处于简并波长附近时，直线腔OPO将存在严重的逆转换效应，降低泵浦光的转换效率。为了减小逆转换效应，避免回光对泵浦激光的影响，提出了在小型化OPO中采用环形腔的设计思路。而小型化OPO对体积、重量和可靠性方面的提出了严格要求，常见的四腔镜环形腔（矩形或X型）并不完全适用，需要专门针对小型化进行优化设计，这是现有技术所存在的不足之处。专利技术内容本专利技术的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种小型化三腔镜环形腔中红外光参量振荡器的技术方案，该方案能够实现OPO小型化，减小了激光器的出光阈值，提高了转换效率，降低了环形腔的复杂度，提高了OPO系统的可靠性，同时减小了OPO系统的体积和重量。本方案是通过如下技术措施来实现的：一种小型化三腔镜环形腔中红外光参量振荡器，包括有作为OPO泵浦源的光纤激光器和OPO系统外壳，OPO系统外壳内包括有泵浦耦合系统和OPO环形腔；泵浦耦合系统内设置有前耦合透镜和后耦合透镜；OPO环形腔内设置有OPO反射镜、OPO全反镜、OPO输出镜和非线性晶体；光纤激光器发出的激光束依次穿过前耦合透镜和后耦合透镜后进入OPO环形腔；激光束进入OPO环形腔后依次穿过OPO全反镜、非线性晶体和OPO输出镜后射出；激光束穿过OPO输出镜时，一部分激光束被OPO输出镜反射至OPO反射镜再经过OPO反射镜反射至OPO全反镜后经OPO全反镜反射至非线性晶体。作为本方案的优选：前耦合透镜与后耦合透镜焦距之比为激光束的纤芯大小与期望腰斑大小之比。作为本方案的优选：前耦合透镜与光纤激光器之间的距离等于前耦合透镜的焦距长度。作为本方案的优选：前耦合透镜和后耦合透镜同轴放置，所述非线性晶体置于后耦合透镜的焦点位置。作为本方案的优选：通过调整前耦合透镜与光纤输出端之间的距离能粗调激光通过泵浦耦合系统后的腰斑位置及大小；通过调整前耦合透镜和后耦合透镜之间的相对距离能微调腰斑位置及大小。作为本方案的优选：前耦合透镜与后耦合透镜选用两块短焦距的凸透镜组合。本方案根据光纤激光器的数值孔径及纤芯大小等参数，对多种不同短焦距透镜组合进行模拟计算与优化设计，在满足装调条件的前提下尽可能缩短两块镜片间距及后耦合透镜与腰斑位置的距离，并获得合适的腰斑大小以优化泵浦功率密度，在避免晶体损伤的同时提高转换效率。具体实施过程中，选择两块焦距之比为实际纤芯大小与期望腰斑大小之比的短焦距透镜，前耦合透镜与光纤输出端间的距离为其焦距大小时，改变两块透镜相对距离对通过耦合系统后的腰斑大小及位置影响较小，因此将两块透镜尽可能紧凑同轴放置，非线性晶体置于后耦合透镜焦点位置，需注意后耦合透镜焦距要大于一块成角度放置的腔镜装调所需长度。当缩小前耦合透镜与光纤输出端之间的距离使其小于前耦合透镜焦距时，通过耦合系统后的腰斑位置离透镜越远，腰斑越大；当前耦合透镜与光纤输出端之间的距离大于其焦距时，通过耦合系统后的腰斑位置离透镜越近，腰斑越小，通过调整两块透镜相对距离可微调腰斑位置及大小。本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中将作为泵浦源的光纤激光器与OPO分离，实现了OPO的小型化，集成装箱后的OPO系统仅包含有透镜组成的耦合系统和OPO环形腔；优化了泵浦耦合系统，采用两块短焦距的透镜组合，通过优化两块透镜的焦距和相对距离，将泵浦激光的光斑大小、束腰位置、发散角等在OPO环形腔中实现最佳匹配，而后实现模块化装夹，提高OPO系统的可靠性；采用三腔镜环形腔结构，减小逆转换效应，提高转换效率，避免隔离系统，减小OPO系统的体积。与四腔镜OPO环形腔相比，三腔镜OPO环形腔减小了激光器的出光阈值，提高了转换效率，降低了环形腔的复杂度，提高了OPO系统的可靠性，同时减小了OPO系统的体积和重量。由此可见，本专利技术与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。附图说明图1为本专利技术具体实施方式的结构示意图。图中，1为光纤激光器，2为前耦合透镜，3为后耦合透镜，4为OPO反射镜，5为OPO环形腔，6为OPO系统外壳，7为OPO输出镜，8为非线性晶体，9为OPO全反镜，10为泵浦耦合系统。具体实施方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。本专利技术提供的小型化三腔镜环形腔中红外光参量振荡器包括：作为泵浦源的光纤激光器1，前耦合透镜2，后耦合透镜3，OPO反射镜4，OPO全反镜9，OPO输出镜7，非线性晶体8，泵浦耦合系统10，环形腔OPO5，OPO系统外壳6。泵浦耦合系统10由前耦合透镜2，后耦合透镜3组成，它们的焦距和相对位置都经过严格设定，而且为了减小系统体积，泵浦耦合系统10的长度尽量减小。环形腔OPO5由OPO反射镜4，OPO全反镜9，OPO输出镜7，非线性晶体8组成，OPO反射镜4，OPO全反镜9，OPO输出镜7的相对位置和角度将根据具体的实施方式而进行调整。具体实施方式一：作为泵浦源的光纤激光器1采用2mm脉冲光纤激光器，重复频率为1-100kHz可调，脉冲宽度百纳秒级，采用保偏光纤实现线偏振输出，以达到OPO的相位匹配条件。泵浦耦合系统10实现对光纤激光器输出的2mm脉冲激光进行准直和扩束，前耦合透镜2，后耦合透镜3双面均镀有2mm的增透膜。环形腔OPO5中的非线性晶体8采用两块光轴方向相对放置的ZGP晶体（ZnGeP2，磷锗锌），以补偿双折射相位匹配下的走离补偿，同时增加光参量转换的增益长度，降低出光阈值，提高转换效率。OPO全反镜9对2mm激光具有高透射率，对4mm附近的激光具有高反射率，成一定角度放置。OPO反射镜4对4mm附近的激光具有高反射率，成水平角度放置。OPO输出镜7对2mm激光具有高透射率，对4mm附近的激光具有部分反射率，成一定角度放置。通过调整OPO反射镜4，OPO全反镜9，OPO输出镜7的相对位置和角度，实现三腔镜环形腔OPO的高效运转。通过改变ZGP晶体的角度和工作温度，可以实现3~5mm波段的调谐。环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型化三腔镜环形腔中红外光参量振荡器，包括有作为OPO泵浦源的光纤激光器和OPO系统外壳，其特征是：所述OPO系统外壳内包括有泵浦耦合系统和OPO环形腔；所述泵浦耦合系统内设置有前耦合透镜和后耦合透镜；所述OPO环形腔内设置有OPO反射镜、OPO全反镜、OPO输出镜和非线性晶体；所述光纤激光器发出的激光束依次穿过前耦合透镜和后耦合透镜后进入OPO环形腔；所述激光束进入OPO环形腔后依次穿过OPO全反镜、非线性晶体和OPO输出镜后射出；所述激光束穿过OPO输出镜时，一部分激光束被OPO输出镜反射至OPO反射镜再经过OPO反射镜反射至OPO全反镜后经OPO全反镜反射至非线性晶体。

【技术特征摘要】
1.一种小型化三腔镜环形腔中红外光参量振荡器，包括有作为OPO泵浦源的光纤激光器和OPO系统外壳，其特征是：所述OPO系统外壳内包括有泵浦耦合系统和OPO环形腔；所述泵浦耦合系统内设置有前耦合透镜和后耦合透镜；所述OPO环形腔内设置有OPO反射镜、OPO全反镜、OPO输出镜和非线性晶体；所述光纤激光器发出的激光束依次穿过前耦合透镜和后耦合透镜后进入OPO环形腔；所述激光束进入OPO环形腔后依次穿过OPO全反镜、非线性晶体后射入OPO输出镜；所述激光束穿过OPO输出镜时，一部分激光束被OPO输出镜反射至OPO反射镜再经过OPO反射镜反射至OPO全...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，彭跃峰，魏星斌，罗兴旺，彭珏，高剑蓉，李德明，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51