基于体光栅构成环形腔光学参量振荡器的2μm可调谐激光器制造技术

基于体光栅构成环形腔光学参量振荡器的2μm可调谐激光器，包括1μm激光器和环形腔光学参量振荡器，所述环形腔光学参量振荡器包括第一平面镜、非线性晶体、体光栅和反射装置；所述第一平面镜对1μm激光具有高透射率且对2μm激光具有高反射率；所述非线性晶体设置在1μm激光束光腰的位置；所述体光栅部分透射及部分反射2μm激光；所述1μm激光器发出的激光进入所述环形腔光学参量振荡器后依次在所述第一平面镜、非线性晶体、体光栅和反射装置之间单方向环形振荡，最后从所述体光栅输出；所述体光栅与进入所述体光栅的激光之间的角度以及与所述反射装置之间的角度配合，产生波长可调谐的输出激光。本发明专利技术的2μm可调谐激光器可输出高光束质量、较大功率、窄线宽且波长可调谐的2μm激光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光
，尤其涉及一种基于体光栅构成环形腔光学参量振荡器的2μm可调谐激光器。
技术介绍
2μm激光源在军事上有重要的应用价值，且它是泵浦磷锗锌光学参量振荡器（OPO，OpticalParametricOscillator）产生中红外激光（3-5μm激光）的理想光源。进一步，在医疗、遥感和材料科学等领域，2μm激光源也都有巨大的潜力。因此，2μm激光源一直是国内外研究的热点。目前，产生2μm激光的方法主要有三种：1）使用掺Tm或掺Ho的固体激光器产生2μm激光；2）使用掺Tm光纤激光器产生2μm激光；3）使用掺铷的1μm固体激光器，泵浦KTPOPO或PPLNOPO等，将1μm激光转换成2μm激光。对于前两种激光器直接产生2μm激光的技术尚未十分成熟，其设备昂贵，成本较高。而第三种利用1μm固体激光器泵浦OPO产生2μm激光的结构简单，技术成熟，成本较低廉，且能够产生较高的功率输出，因此其应用较为广泛。光学参量振荡器（OPO）技术是一种能够产生宽带连续可调谐激光的技术，其利用非线性晶体的二阶非线性效应，在非线性晶体内传播的泵浦光与两个参量光发生三波耦合相互作用，从而实现光能量从高频泵浦光转换成两个低频参量光，其非常适合用于产生红外及中、远红外波段的激光。使用周期性极化晶体作为非线性晶体，匹配方式满足e→e+e，产生的2μm信号光与闲频光可以全部用来泵浦磷锗锌光学参量振荡器，获得极高效率。为了利用最大非线性系数，克服走离效应，提高转换效率，得到高功率输出，一般采用周期性极化铌酸锂（PPLN）、周期性极化磷酸氟钛钾（PPKTP）和周期性极化钽酸锂（PPLT）作为周期性极化晶体。但是，基于PPLN、PPKTP和PPLT等周期性极化晶体的普通光学参量振荡器输出的2μm激光的线宽都非常宽，一般超过60nm，超出了磷锗锌光学参量振荡器的小于7nm的接收线宽。因此，为了提高中红外激光的转换效率，需要进一步对2μm激光源进行线宽窄化。利用光学参量振荡器产生2μm激光的激光器的结构可以采用外腔式或内腔式，外腔式结构是指光学参量振荡器设置在1μm激光器的外部，内腔式结构是指光学参量振荡器设置在1μm激光器的内部。在内腔式结构中，为了降低阈值、提高泵浦光的转换效率，使泵浦激光往返通过非线性晶体，输出镜通常对泵浦激光反射，回光打到泵浦激光器上会影响泵浦激光器的使用寿命。另外，光束质量因子是激光光束质量的评估和控制理论基础，其定义为M2=R×θR0×θ0]]>其中，R为实际光束的束腰半径，R0为基膜高斯光束的束腰半径，θ为实际光束的远场发散角，θ0为基膜高斯光束的远场发散角。光束质量为1时，具有最好的光束质量。目前由光学参量振荡器产生2μm激光的光束质量与理想情况还有较大差距，仍未能完全满足目前应用的需要。总体来看，目前基于光学参量振荡器技术得到的光束质量不够好，输出功率不够高，且波长调谐范围也比较小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种高效率、高光束质量、线宽窄且波长可调谐的2μm激光器。本专利技术是通过以下技术方案实现的：基于体光栅构成环形腔光学参量振荡器的2μm可调谐激光器，包括1μm激光器和环形腔光学参量振荡器，所述环形腔光学参量振荡器包括第一平面镜、非线性晶体、体光栅和反射装置；所述第一平面镜对1μm激光具有高透射率且对2μm激光具有高反射率；所述非线性晶体设置在1μm激光束光腰的位置；所述体光栅部分透射及部分反射2μm激光；所述1μm激光器发出的激光进入所述环形腔光学参量振荡器后依次在所述第一平面镜、非线性晶体、体光栅和反射装置之间单方向环形振荡，最后从所述体光栅输出；所述体光栅与进入所述体光栅的激光之间的角度以及与所述反射装置之间的角度配合，产生波长可调谐的输出激光。相对于现有技术，本专利技术的2μm可调谐激光器可输出高光束质量、较大功率及窄线宽的2μm激光，且采用环形腔结构设计，配合调谐体光栅与进入体光栅的激光之间的角度以及与反射装置之间的角度，使激光在腔内保持环形振荡，可以实现2μm附近范围波长的调谐。进一步，所述反射装置为一凹面腔镜，所述凹面腔镜对2μm激光具有高反射率，从所述体光栅衍射出来的激光经过所述凹面腔镜反射至所述第一平面镜。进一步，从所述体光栅衍射出来的激光经过所述非线性晶体到达所述凹面腔镜，再由所述凹面腔镜反射至所述第一平面镜。进一步，所述反射装置为一由至少三个光学镜组成的光学镜组。进一步，所述光学镜组包括第二平面镜、第三平面镜、腔内正透镜和第四平面镜，所述第二平面镜、第三平面镜和第四平面镜对2μm激光具有高反射率，所述腔内正透镜对2μm激光具有高透射率，从所述体光栅衍射出来的激光经过所述第二平面镜反射至所述第三平面镜，再由所述第三平面镜反射至所述腔内正透镜，再经过所述腔内正透镜聚焦至所述第四平面镜，再由所述第四平面镜反射至所述第一平面镜。进一步，所述2μm可调谐激光器还包括一双色镜，所述双色镜设于所述环形腔光学参量振荡器后端，对1μm激光具有高反射率且对2μm激光具有高透射率。所述双色镜用于过滤剩余的1μm激光，输出纯净的2μm激光。进一步，所述2μm可调谐激光器还包括一隔离器，所述隔离器设于所述1μm激光器与所述环形腔光学参量振荡器之间。所述隔离器用于防止返回的1μm激光对激光器以及光路系统产生的不良影响。进一步，所述隔离器包括第一半波片、分束立方体、45°法拉第旋转器和第二半波片，所述1μm激光器发出的激光依次通过所述第一半波片、分束立方体、45°法拉第旋转器和第二半波片。进一步，所述2μm可调谐激光器还包括一正透镜，所述正透镜设于所述隔离器与所述环形腔光学参量振荡器之间，对1μm激光具有高透射率。从所述隔离器输出的1μm激光经过所述正透镜聚焦。进一步，所述体光栅对2μm激光的透射率为30%，反射率为70%。为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本专利技术。附图说明图1是本专利技术的基于体光栅构成环形腔光学参量振荡器的2μm可调谐激光器的实施例1的结构示意图。图2是图1所示环形腔光学参量振荡器400内的光束半径分布图。图3是图1所示2μm可调谐激光器输出的激光光束质量测量图。图4是本专利技术的基于体光栅构成环形腔光学参量振荡器的2μm可调谐激光器的实施例2的结构示意图。图5是图4所示环形腔光学参量振荡器400’内的光束半径分布图。具体实施方式本专利技术设计特殊环形行波腔结构，采用体光栅作为线宽窄化和波长调谐元件，通过体光栅的激光波长满足布拉格条件：2nΛcosθ=λ，n是折射率，Λ是体光栅周期，λ是衍射激光波长。体光栅对不同的入射激光，在不同的入射角下，只有单一波长的激光能够从体光栅中按特定方向衍射出来。通过体光栅与入射激光之间的角度调谐，实现对输出激光的波长调谐。以下，通过具体实施例进行详细说明。实施例1请参阅图1，其是本专利技术的基于体光栅构成环形腔光学参量振荡器的2μm可调谐激光器的实施例1的结构示意图，包括沿光路前进方向依次排列的1μm激光器100、隔离器200、正透镜300、环形腔光学参量振荡器400和双色镜500。具体的，在本实施例中，所述1μm激光器100为Nd:YVO4激光器，输出线偏振的1μm本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于体光栅构成环形腔光学参量振荡器的2μm可调谐激光器，其特征在于：包括1μm激光器和环形腔光学参量振荡器，所述环形腔光学参量振荡器包括第一平面镜、非线性晶体、体光栅和反射装置；所述第一平面镜对1μm激光具有高透射率且对2μm激光具有高反射率；所述非线性晶体设置在1μm激光束光腰的位置；所述体光栅部分透射及部分反射2μm激光；所述1μm激光器发出的激光进入所述环形腔光学参量振荡器后依次在所述第一平面镜、非线性晶体、体光栅和反射装置之间单方向环形振荡，最后从所述体光栅输出；所述体光栅与进入所述体光栅的激光之间的角度以及与所述反射装置之间的角度配合，产生波长可调谐的输出激光。

【技术特征摘要】
1.基于体光栅构成环形腔光学参量振荡器的2μm可调谐激光器，其特征在于：包括1μm激光器和环形腔光学参量振荡器，所述环形腔光学参量振荡器包括第一平面镜、非线性晶体、体光栅和反射装置；所述第一平面镜对1μm激光具有高透射率且对2μm激光具有高反射率；所述非线性晶体设置在1μm激光束光腰的位置；所述体光栅部分透射及部分反射2μm激光；所述1μm激光器发出的激光进入所述环形腔光学参量振荡器后依次在所述第一平面镜、非线性晶体、体光栅和反射装置之间单方向环形振荡，最后从所述体光栅输出；所述体光栅与进入所述体光栅的激光之间的角度以及与所述反射装置之间的角度配合，产生波长可调谐的输出激光。2.根据权利要求1所述的2μm可调谐激光器，其特征在于：所述反射装置为一凹面腔镜，所述凹面腔镜对2μm激光具有高反射率，从所述体光栅衍射出来的激光经过所述凹面腔镜反射至所述第一平面镜。3.根据权利要求2所述的2μm可调谐激光器，其特征在于：从所述体光栅衍射出来的激光经过所述非线性晶体到达所述凹面腔镜，再由所述凹面腔镜反射至所述第一平面镜。4.根据权利要求1所述的2μm可调谐激光器，其特征在于：所述反射装置为一由至少三个光学镜组成的光学镜组。5.根据权利要求4所述的2μm可调谐激光器，其特征在于：所述光学镜组包括第二平面镜、第三平面镜、...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭靖，王彪，焦中兴，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44