一种中红外飞秒激光器及其参量放大器制造技术

本发明专利技术涉及一种中红外飞秒激光器及其参量放大器，其包括：OPA飞秒泵浦激光器、信号光光源、设置在OPA飞秒泵浦激光器和信号光光源的出射通道上并用于叠加OPA飞秒泵浦激光器发出的泵浦光和信号光光源发出的信号光的波长组束功能的器件、以及用于将叠加后的泵浦光和信号光进行转化输出闲频光的周期性极化二次非线性晶体，结构简单，成本低，调制简单，抗环境干扰能力强，高光学质量输出，高转化效率，高重复频率，利于小型化和便携化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光器
，具体是中红外飞秒激光器及其参量放大器。
技术介绍
中红外飞秒激光器在医疗成像、生物医药监测、大气监测、红外雷达、红外激光制导以及天体探测等领域具有广泛的应用。目前生成红外飞秒激光的方法主要有两种，分别为参量振荡(OPO)和参量放大(OPA)。两者都是利用二次非线性原理，在满足相位匹配的基础上，通过频率差分法产生中红外激光，其频率转换公式为λp为泵浦光波长，λs为信号光波长，λi为闲频光波长。目前基于OPO和OPA的中红外飞秒激光器，结构复杂，造价昂贵，调制难度高。同时激光器的性能在波长覆盖范围，输出功率，重复频率，抗环境干扰能力等方面都存在缺陷。OPO原理激光器利用谐振腔振荡原理，激发二次非线性晶体的自发辐射效应。其系统结构对谐振腔精度要求极高，因而导致抗环境干扰能力差，湿度，温度等环境变化都会引发输出功率的急剧衰减。同时由于采用自发辐射原理，目前OPO的中红外激光器输平均出功率为几十毫瓦，无法满足实际应用需求。OPA原理激光器采用混合注入式方法，通过泵浦光和信号光在二次非线性晶体中的差频作用，产生中红外闲频光。然而在参量放大过程中泵浦光和信号光之间会发生的逆转换效应，严重破坏输出光的时域波形和相干性。为保持输出光的光学质量，传统OPA需要将转换效率压制在较低的水平，大约5％～10％，进一步增加转换效率，就会引起“逆转换效应”，破坏输出光光学质量。为了提高输出功率，目前OPA系统多采用二级或多级放大技术，大大增加了系统成本和复杂度，同时造成调制难度提升。在OPA多级放大技术中，为了保证泵浦光和信号光时域同步，每级放大前还需要添加相位延迟组件，这在进一步提升复杂度和调制难度的同时，还严重限制了OPA系统的重复频率。目前多级OPA系统重复频率停滞在1000Hz～10KHz，限制了信号采样密度，导致其实际应用中受限。同时多级放大和相位延迟组件也降低了OPA系统的抗环境干扰能力，增加了系统规模，不利于便携式包装。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种中红外飞秒激光器及其参量放大器，结构简单，成本低，调制简单，抗环境干扰能力强，高光学质量输出，高转化效率，高重复频率，利于小型化和便携化。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种中红外飞秒参量放大器，其包括：OPA飞秒泵浦激光器1、信号光光源5、设置在OPA飞秒泵浦激光器1和信号光光源5的出射通道上并用于叠加OPA飞秒泵浦激光器1发出的泵浦光和信号光光源5发出的信号光的波长组束功能的器件10、用于将叠加后的泵浦光和信号光进行转化输出闲频光的周期性极化二次非线性晶体11，其中：泵浦光波长、信号光波长、闲频光波长需要满足二次非线性差频过程中频率转换公式(1)为：λp，λs，λi分别为泵浦光、信号光、闲频光的频率；根据泵浦光波长、信号光波长、闲频光波长和周期性极化二次非线性晶体的材料折射率决定晶体极化周期，其决定的公式(2)为：其中np，ns，ni分别为泵浦光、信号光、闲频光对应的材料折射率，m为准相位匹配级数，Λ为极化周期；泵浦光、信号光、闲频光和周期性极化二次非线性晶体的材料折射率必须满足材料色散条件，公式(3)如下：(ni-np)(ns-np)+nsλp∂np∂λp+npλi∂ni∂λi<......]]>(ni-np)(λs∂ns∂λs-λp∂np∂λp)+nsλi∂ni∂λi+npλp∂np∂λp+.......]]>(λp∂np∂λp-λi∂ni∂λi)(λs∂ns∂λs-λp∂np∂λp)]]>其中：表示nx对λx的一阶求导，其中，x为i，s，或p。优选地，所述波长组束功能的器件10为：分色镜、分光光栅或分光棱镜。优选地，还包括：第一半波片2，所述第一半波片2设置在OPA飞秒泵浦激光器1与周期性极化二次非线性晶体11之间。优选地，还包括：第一光学隔离器3，所述第一光学隔离器3设置在所述OPA飞秒泵浦激光器1的出射光路上。优选地，还包括：第一光斑控制器4，所述第一光斑控制器4设置在OPA飞秒泵浦激光器1与周期性极化二次非线性晶体11之间。优选地，还包括：第二半波片6，所述第二半波片6设置在信号光光源5的出射光路上。优选地，还包括：第二光学隔离器7，所述第二光学隔离器7设置在信号光光源5的出射光路上。优选地，还包括：第二光斑控制器8，所述第二光斑控制器8设置在信号光光源5与周期性极化二次非线性晶体11之间。优选地，还包括：第一反光镜9，所述第一反光镜9设置在信号光光源5的出射光路上。优选地，还包括：第二反光镜12，所述第二反光镜12设置在周期性极化二次非线性晶体11的出射光路上。优选地，还包括：中红外滤波片13，所述中红外滤波片13设置在周期性极化二次非线性晶体11的出射光路上。本专利技术实施例还提供一种中红外飞秒激光器，包括上述任一技术方案所述的中红外飞秒参量放大器。实施本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：本专利技术提供的中红外飞秒激光器及其参量放大器，通过一个OPA飞秒泵浦激光器、一个信号光光源和一个周期性极化二次非线性晶体实现一级OPA放大技术，同时泵浦光、信号光、闲频光和周期性极化二次非线性晶体的材料折射率必须满足公式(3)的材料色散条件以实现色散相位延迟技术，成功抑制了OPA中的“逆转换效应”，在保持输出光高光学质量的同时，在一级OPA放大中实现了50％～80％的转换效率。有效提高了OPA系统的输出功率。该中红外飞秒激光器及其参量放大器摒弃了OPO的谐振腔设计。色散相位延迟技术能够有效提高转换效率，使一级OPA系统便可以达到实际应用的功率需求，避免了二级或多级放大系统，有效的降低了OPA系统的复杂度，成本，以及调制难度。该中红外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中红外飞秒参量放大器，其特征在于，包括：OPA飞秒泵浦激光器(1)、信号光光源(5)、设置在OPA飞秒泵浦激光器(1)和信号光光源(5)的出射通道上并用于叠加OPA飞秒泵浦激光器(1)发出的泵浦光和信号光光源(5)发出的信号光的波长组束功能的器件(10)、用于将叠加后的泵浦光和信号光进行转化输出闲频光的周期性极化二次非线性晶体(11)，其中：泵浦光波长、信号光波长、闲频光波长需要满足二次非线性差频过程中频率转换公式(1)为：λp、λs、λi分别为泵浦光、信号光、闲频光的频率；根据泵浦光波长、信号光波长、闲频光波长和周期性极化二次非线性晶体的材料折射率决定晶体极化周期，其决定的公式(2)为：其中np，、ns、ni分别为泵浦光、信号光、闲频光对应的材料折射率，m为准相位匹配级数，Λ为极化周期；泵浦光、信号光、闲频光和周期性极化二次非线性晶体的折射率必须满足材料色散条件，公式(3)如下：(ni-np)(ns-np)+nsλp∂np∂λp+npλi∂ni∂λi&lt;......]]>(ni-np)(λs∂ns∂λs-λp∂np∂λp)+nsλi∂ni∂λi+npλp∂np∂λp+......]]>(λp∂np∂λp-λi∂ni∂λi)(λs∂ns∂λs-λp∂np∂λp)]]>其中：表示nx对λx的一阶求导，其中，x为i，s，或p。...

【技术特征摘要】
1.一种中红外飞秒参量放大器，其特征在于，包括：OPA飞秒泵浦激
光器(1)、信号光光源(5)、设置在OPA飞秒泵浦激光器(1)和信号光光
源(5)的出射通道上并用于叠加OPA飞秒泵浦激光器(1)发出的泵浦光和
信号光光源(5)发出的信号光的波长组束功能的器件(10)、用于将叠加后的
泵浦光和信号光进行转化输出闲频光的周期性极化二次非线性晶体(11)，其
中：
泵浦光波长、信号光波长、闲频光波长需要满足二次非线性差频过程中频
率转换公式(1)为：λp、λs、λi分别为泵浦光、信号光、闲频光
的频率；
根据泵浦光波长、信号光波长、闲频光波长和周期性极化二次非线性晶体
的材料折射率决定晶体极化周期，其决定的公式(2)为：其
中np，、ns、ni分别为泵浦光、信号光、闲频光对应的材料折射率，m为准相位
匹配级数，Λ为极化周期；
泵浦光、信号光、闲频光和周期性极化二次非线性晶体的折射率必须满足
材料色散条件，公式(3)如下：
(ni-np)(ns-np)+nsλp∂np∂λp+npλi∂ni∂λi<......]]>(ni-np)(λs∂ns∂λs-λp∂np∂λp)+nsλi∂ni∂λi+npλp∂np∂λp+......]]>(λp∂np∂λp-λi∂ni∂λi)(λs∂ns&...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖鑫，
申请(专利权)人：盖鑫，
类型：发明
国别省市：浙江;33