中红外单频光学参量振荡器制造技术

一种中红外单频光学参量振荡器，包括：泵浦激光器、聚焦透镜、半波片、起偏器、平凹部分反射镜、PPLN晶体、平凹全反射镜、压电陶瓷、平面耦合镜、平面反射镜、DFB种子激光器、准直透镜、隔离器、聚焦透镜和晶体温控炉，本发明专利技术通过注入1.57μm的种子激光器，实现3.3μm的参量光振荡，可应用于医疗诊断、光谱分辨、军事侦察等领域。本发明专利技术具有转换效率高，单频性好，可调谐等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及中红外激光，特别是一种中红外单频光参量振荡器，通过种子注入实现窄线宽输出，通过温度调谐实现波长调谐。适用于中红外激光器技术研究，应用包括环境监测、光电对抗、激光医疗、光谱分析和激光雷达等领域。
技术介绍
许多气体分子(如CH4、CO、NH3等)在3～5μm波段存在强烈的吸收峰，强度比近红外波段高2～3个数量级，因此基于中红外激光的吸收光谱技术可实现气体种类、浓度等信息的高灵敏度探测，在环境监测领域具有广阔的应用前景，也可广泛应用于激光雷达、军事侦探、光谱分析和医学检测等领域。光参量振荡器(以下简称为OPO)是产生可调谐中红外激光的装置，本质是光学差频的三波混频过程，利用频率下转换技术，将近红外激光转换成3～5μm的激光。光参量振荡器由泵浦激光器、非线性晶体、光学谐振腔等器件组成，自由运转时，当泵浦光强超过阈值，非线性晶体中产生的信号光、闲频光由噪声功率水平逐渐建立起来，并在一定程度下与泵浦光强呈线性增长。但由于非线性转换所要求的强电场容易引起非线性晶体的损伤，其发展一度受到限制。随着准相位匹配技术和周期性畴极化反转晶体制备工艺的不断成熟，OPO也获得了新的活力。准相位匹配(以下简称为QPM)技术能最大限度地利用晶体的非线性系数，实现所选定方向的匹配，在OPO中获得极大的应用。方法是在空间上周期性地改变材料非线性系数的方向，引入额外的相位补偿，使能量持续地从基频光向倍频光转换。常见的准相位匹配非线性晶体有BBO、LBO、KTA、KTP等，从90年代中期开始，以掺氧化镁周期极化铌酸锂晶体(以下简称为PPLN)为代表的准相位匹配OPO在低峰值功率、高重复频率、连续波相干输出方面发展迅速。目前应用较多的是采用1μm激光器作为泵浦源，通过合理选择晶体的极化周期，利用准相位匹配实现中红外激光输出，并可以通过温度调谐的方式改变输出波长。考虑到晶体及膜系的损伤阈值，以往的中红外激光器均为连续运转，输出光谱较宽。种子注入技术可以降低阈值，压窄线宽，但3μm的激光器由于技术难度大，制作成本高，市场化程度远不及1.5μm波段的激光器，镀膜技术和相关光学器件也远不及近红外波段普及。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种中红外单频光参量振荡器，实现3.3μm参量光振荡输出，通过注入1.57μm的种子激光，实现窄线宽低阈值的中红外激光输出，提高激光器的频率稳定性，避免了3μm波段种子激光器技术难度大、制作成本高的困难，降低了光学镜片镀膜的难度，从而降低整体成本。该结构实现信号光和闲散光分别振荡并从不同的腔镜输出，避免了分光镜的额外损耗，光路更为简洁。具有近红外和中红外激光分开输出、效率高、输出波长可调谐等特点，应用前景广阔。本专利技术的技术解决方案如下：一种中红外光参量振荡器，其特点在于该振荡器包括：泵浦激光器、聚焦透镜、半波片、起偏器、平凹部分反射镜、PPLN晶体、平凹全反射镜、压电陶瓷、平面耦合镜、平面反射镜、DFB种子激光器、准直透镜、隔离器、聚焦透镜、晶体温控炉，上述元器件的位置关系如下：沿泵浦光路传播方向依次为：泵浦激光器、聚焦透镜、半波片、起偏器、平凹部分反射镜、PPLN晶体、平凹全反射镜，压电陶瓷环；所述的聚焦透镜对1.064μm激光高透，且焦点位于所述的PPLN晶体的中心；所述的晶体温控炉对所述的PPLN晶体进行控温，所述的半波片是1.064μm波长的半波片，安装在一个可旋转的支架上，所述的起偏器与光路呈布儒斯特角放置，所述的半波片和起偏器构成光强调节装置，对1.064μm激光高透；沿种子激光光路方向依次为：DFB种子激光器、准直透镜、隔离器、聚焦透镜、平面耦合镜、平面反射镜；所述的准直透镜和聚焦透镜对1.57μm激光高透，所述的聚焦透镜的焦点位于所述的PPLN晶体的中心；所述的泵浦激光器为脉冲运转，输出激光的波长为1.064μm；所述的平凹部分反射镜、PPLN晶体、平凹全反射镜、平面耦合镜和平面反射镜构成一个环形腔；所述的平凹部分反射镜的曲率半径为230mm，凹面镀有对1.064μm增透、对1.57μm高反、对3.3μm部分透射的介质膜，所述的平凹全反射镜的曲率半径为230mm，紧固在压电陶瓷环上，镀有对1.064μm增透、对1.57μm和3.3μm高反的介质膜；所述的平面耦合镜为平镜，腔内反光面镀有对3.3μm高反、对1.57μm部分透射、对1.06μm增透的介质膜，另一面镀有1.06μm和1.57μm的高透膜；所述的平面反射镜为平镜，腔内反光面镀有对1.57μm、3.3μm高反、对1.06μm增透的介质膜；所述的PPLN晶体的两个透光端面镀有对1.064μm、1.572μm、3.29μm增透的介质膜。所述的DFB种子激光器为光纤跳线输出，中心波长为1.57μm，输出波长可调谐。所述的温控炉对所述的PPLN晶体的温控范围0～150℃，温控精度0.1℃。所述的泵浦激光器为激光二极管泵浦的Nd:YAG调Q激光器，输出波长为1.064μm，重复频率400Hz，单脉冲能量3mJ，输出脉冲为水平线偏振光，脉宽30ns，线宽接近傅里叶变换极限。所述的DFB种子激光器带有软件控制界面，具有电流参数和温度参数设定装置，从而小幅度地改变输出波长。所述的隔离器对1.57μm激光的隔离度不小于20dB。所述的PPLN晶体的尺寸为50mm×3mm×1mm，极化周期为30.5μm且极化周期均匀分布。本专利技术具有以下优点：1.通过注入1.57μm的连续种子激光器，实现3.3μm的参量光振荡，避免了3μm波段种子激光器技术难度大、制作成本高的困难，并且能够降低激光器阈值，并将光谱宽度压缩到1nm以下。2.本专利技术的环形腔结构有利于激光模式的稳定振荡和种子注入。3.本专利技术的信号光和闲散光分别振荡并从不同的腔镜输出，避免了分光镜的额外损耗，光路更为简洁4.通过温控炉改变非线性晶体的温度，可对本专利技术振荡器输出的中红外波长进行微调。附图说明图1是本专利技术中红外单频光参量振荡器实施例的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的包含范围。图1是本专利技术中红外单频光参量振荡器实施例的结构示意图。由图可见，本发明中红外光参量振荡器，包括：泵浦激光器1、聚焦透镜2、半波片3、起偏器4、平凹部分反射镜5、PPLN晶体6、平凹全反射镜7、压电陶瓷8、平面耦合镜9、平面反射镜10、DFB种子激光器11、准直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中红外光参量振荡器，其特征在于该振荡器包括：泵浦激光器(1)、聚焦透镜(2)、半波片(3)、起偏器(4)、平凹部分反射镜(5)、PPLN晶体(6)、平凹全反射镜(7)、压电陶瓷(8)、平面耦合镜(9)、平面反射镜(10)、DFB种子激光器(11)、准直透镜(12)、隔离器(13)、聚焦透镜(14)、晶体温控炉(15)，上述元器件的位置关系如下：沿泵浦光路传播方向依次为：泵浦激光器(1)、聚焦透镜(2)、半波片(3)、起偏器(4)、平凹部分反射镜(5)、PPLN晶体(6)、平凹全反射镜(7)，压电陶瓷(8)；所述的聚焦透镜(2)对1.064μm激光高透，且焦点位于所述的PPLN晶体(6)的中心；所述的晶体温控炉(15)对所述的PPLN晶体(6)进行控温，所述的半波片(3)是1.064μm波长的半波片，安装在一个可旋转的支架上，所述的起偏器(4)与光路呈布儒斯特角放置，所述的半波片(3)和起偏器(4)构成光强调节装置，对1.064μm激光高透；沿种子激光光路方向依次为：DFB种子激光器(11)、准直透镜(12)、隔离器(13)、聚焦透镜(14)、平面耦合镜(9)、平面反射镜(10)；所述的准直透镜(12)和聚焦透镜(14)对1.57μm激光高透，所述的聚焦透镜(14)的焦点位于所述的PPLN晶体的中心；所述的泵浦激光器(1)为脉冲运转，输出激光的波长为1.064μm；所述的平凹部分反射镜(5)、PPLN晶体(6)、平凹全反射镜(7)、平面耦合镜(9)和平面反射镜(10)构成一个环形腔；所述的平凹部分反射镜(5)的曲率半径为230mm，凹面镀有对1.064μm增透、对1.57μm高反、对3.3μm部分透射的介质膜，所述的平凹全反射镜(7)的曲率半径为230mm，紧固在压电陶瓷环(8)上，镀有对1.064μm增透、对1.57μm和3.3μm高反的介质膜；所述的平面耦合镜(9)为平镜，腔内反光面镀有对3.3μm高反、对1.57μm部分透射、对1.06μm增透的介质膜，另一面镀有1.06μm和1.57μm的高透膜；所述的平面反射镜(10)为平镜，腔内反光面镀有对1.57μm、3.3μm高反、对1.06μm增透的介质膜；所述的PPLN晶体(6)的两个透光端面镀有对1.064μm、1.572μm、3.29μm增透的介质膜。所述的DFB种子激光器(11)为光纤跳线输出，中心波长为1.57μm，输出波长可调谐。...

【技术特征摘要】
1.一种中红外光参量振荡器，其特征在于该振荡器包括：泵浦激光器(1)、聚
焦透镜(2)、半波片(3)、起偏器(4)、平凹部分反射镜(5)、PPLN晶体(6)、
平凹全反射镜(7)、压电陶瓷(8)、平面耦合镜(9)、平面反射镜(10)、DFB种
子激光器(11)、准直透镜(12)、隔离器(13)、聚焦透镜(14)、晶体温控炉(15)，
上述元器件的位置关系如下：
沿泵浦光路传播方向依次为：泵浦激光器(1)、聚焦透镜(2)、半波片(3)、
起偏器(4)、平凹部分反射镜(5)、PPLN晶体(6)、平凹全反射镜(7)，压电陶
瓷(8)；所述的聚焦透镜(2)对1.064μm激光高透，且焦点位于所述的PPLN晶体
(6)的中心；所述的晶体温控炉(15)对所述的PPLN晶体(6)进行控温，所述
的半波片(3)是1.064μm波长的半波片，安装在一个可旋转的支架上，所述的起偏
器(4)与光路呈布儒斯特角放置，所述的半波片(3)和起偏器(4)构成光强调节
装置，对1.064μm激光高透；
沿种子激光光路方向依次为：DFB种子激光器(11)、准直透镜(12)、隔离器
(13)、聚焦透镜(14)、平面耦合镜(9)、平面反射镜(10)；所述的准直透镜(12)
和聚焦透镜(14)对1.57μm激光高透，所述的聚焦透镜(14)的焦点位于所述的
PPLN晶体的中心；
所述的泵浦激光器(1)为脉冲运转，输出激光的波长为1.064μm；
所述的平凹部分反射镜(5)、PPLN晶体(6)、平凹全反射镜(7)、平面耦合
镜(9)和平面反射镜(10)构成一个环形腔；
所述的平凹部分反射镜(5)的曲率半径为230mm，凹面镀有对1.064μm增透、
对1.57μm高反、对3.3μm部分透射的介质膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：马秀华，朱小磊，姜佳欣，李世光，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31