一种轻量级小型光学参量振荡器制造技术

一种轻量级小型光学参量振荡器装置，包括温控炉、环形腔、光纤准直器、非线性晶体和结构件，所述环形腔由两平凹透镜和两平镜构成；所述非线性晶体放置于环形腔的两平凹镜之间，其中凹面朝向非线性晶体；非线性晶体和环形腔组合成光参量振荡器；泵浦光经过光纤准直器的光束整形后从第一平凹镜的平面进入环形腔内，通过非线性晶体产生非线性效应，环形腔的两平凹透镜和两平镜四个腔镜选择对闲频光高反，在环形腔内对闲频光振荡，从而输出信号光；非线性晶体放置于温控炉上，温控炉装在轨道上可控移动；温控炉装置的上下盖板内均有水道，通过水流控制温场恒定。

【技术实现步骤摘要】
一种轻量级小型光学参量振荡器
本专利技术涉及激光技术和非线性频率变换领域，尤其是一种基于环形腔的光参量振荡器。
技术介绍
光谱学中将波长范围为0.75微米到1000微米的光称为红外线，其中一般将3至20微米的光称为中红外光。此波段的光有很多特性，尤其是3至5微米波段，此波段的光在大气中传输时损耗较低，是十分重要的大气红外窗口；除此，该波段还覆盖了很多碳氢气体和其他很多有毒气体的吸收峰。因此该波段的激光可以用于定向红外干扰、激光测距、光谱分析、大气污染物监测、有毒气体探测等。目前获得中红外激光的方式大致有下面几种：气体激光器、量子级联激光器、二极管激光器、固体激光器及其抽运光的光参量振荡器(OPO)，其中随着作为OPO抽运源的固体激光器和光纤激光器的迅猛发展、新型非线性晶体材料的不断出现，光参量振荡技术取得了重大进展，成为了获得中红外激光输出的重要手段。光参量振荡器在产生激光输出时具有很多优势：调谐范围广、不受抽运波长约束；可使用多种非线性晶体，而且调谐方式多样，包括温度调谐、周期调谐、角度调谐等；结构紧凑、可全固化，系统稳定性增强；可实现大功率、高光束质量、窄线宽输出等。OPO技术早在1962年就被提出来了，理论被不断完善，实验上受限于抽运源和非线性晶体，一直很难有重大突破。直到上世纪80年代，随着基于双折射位相匹配(BPM)的晶体的出现，及半导体抽运的全固态激光器的发展，OPO技术有了很大的突破。上世纪90年代发展起来的基于准位相匹配(QPM)技术的光学超晶格材料，如周期极化的钽酸锂(PPLT)、铌酸锂(PPLN)、掺镁铌酸锂(PPMgO:LN)、磷酸钛氧钾等，具有透光范围宽、有效二阶非线性系数大、吸收损耗小、抗光损伤阈值高的优点，把OPO技术推向了一个新的高度。环形腔光参量振荡方法是获得大功率中红外激光的方法之一，目前中红外激光器普遍为硬铝，钢等金属材料。这样在输出激光时热量的积蓄会使金属材料发生热形变，金属的热形变会使泵浦激光束通过晶体的位置发生改变，从而对输出激光的波长功率产生影响，无法达到相关激光应用领域如探测气体的光学要求，除此之外，普遍的中红外激光器光学系统繁琐，这也在一定程度上增大的激光器的体积和重量，对于中行外激光器的应用推广带来了阻碍。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题：针对中红外激光的应用条件，及现有产品参数的不足出发，本专利技术提供了一种全新的光参量振荡器，从材料以及部件的选择，光学系统调整上做出革新性改进，解决了现有OPO变频激光器低稳定性输出，体积大，重量大的技术缺陷。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种轻量级小型光学参量振荡器装置，其特征在于：包括温控炉、环形腔、光纤准直器、非线性晶体和结构件，所述环形腔由两平凹透镜和两平镜构成；所述非线性晶体放置于环形腔的两平凹镜之间，其中凹面朝向非线性晶体；非线性晶体和环形腔组合成光参量振荡器；泵浦光经过光纤准直器的光束整形后从第一平凹镜的平面进入环形腔内，通过非线性晶体产生非线性效应，环形腔的两平凹透镜和两平镜四个腔镜选择对闲频光高反，在环形腔内对闲频光振荡，从而输出信号光；非线性晶体放置于温控炉上，温控炉装在轨道上可控移动；温控炉装置的上下盖板内均有水道，通过水流控制温场恒定。温控炉通过轴承与连杆与外部的舵机相连，舵机控制温控炉在轨道上一维移动。所述光纤准直器在调试光路准直后粘合在碳纤板，结构件之上，构成整体装置的一部分，整体装置材质为碳纤维板粘合而成。温控炉的控制系统设有温度反馈装置。所述非线性晶体为周期性极化的钽酸锂晶体、铌酸锂晶体、掺镁铌酸锂晶体或磷酸钛氧钾晶体中的一种；以上晶体均为基于准位相匹配原理实现频率转换的非线性晶体。腔镜的镜片为半英寸镜片，镜片在调试合适后直接高强度胶装在作为结构件的碳纤板上。温控炉通过轴承与连杆与外部的舵机相连，进而控制温控炉一维移动。进一步的，在本专利技术中，温控炉，装置的上下盖板内均有水道，通过水流控制温场恒定，减小了外界温场等因素的影响，环境适应性更高。有益效果，本专利技术制备成一种高稳定性小型全新的光参量振荡器，从材料以及部件的选择，以及光学系统调整上做出革新性改进，解决了现有OPO变频激光器低稳定性输出，体积大，重量大的技术缺陷，便于制备成商业化应用的产品且成本低、性能稳定。所述整体装置的材质为碳纤维材质。实验证明，本专利技术最终得到高效率，高稳定的连续激光输出，且整体装置轻，体积小。附图说明图1、环形腔光参量振荡器(opo)垂直方向的示意图；图2、光纤准直器示意图；图3、通道控制系统示意图；图4、为图1的立体图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。如图1所示，一种轻量级高稳定性小型光学参量振荡器，包括四个腔镜L1-L4，LI-L4之间的直线表示光路；温控炉5，光纤准直器3，通道控制系统7。该装置的材质为碳纤维材料，结构为13块碳纤板高强度胶粘而成。OPO中的腔镜直接胶粘到装置之上，结构紧凑，光学性能稳定，OPO大小既为装置大小。本专利技术装置直接将环形腔6选用同等大小器件，且与外壳的尺寸同等大小；四个腔镜镜片为小镜片(即图中4表示)粘连装夹；修改商用电动设施2运用于本专利技术装置；采用光纤准直器3直接泵浦，温控炉5控制变频晶体温度。光学参量振荡器整体结构件为碳纤板1相互高强度胶粘而成。整体装置为双层结构，两层之间由碳纤管胶粘支撑，使结构稳定性更高。光纤准直器、四个腔镜装置的镜片为半英寸镜片，镜片在调试合适后直接高强度胶装在碳纤板上。温控炉5安装在装置的第一层地板的滑轨上，可一维滑动；控制系统有温度反馈装置，可使炉子温度恒定不变。在于电动设施2为商用的廉价舵机，适当修改舵机，并通过轴承，连杆对温控炉进行一维调节。避免了步进电机复杂的控制系统给装置体积带来的增大。本专利技术新设计光学方案，摈弃采用商用准直器加透镜的光学方式。利用自主研制的光纤准直器3直接将光准直射入环形腔内。大大减少了整体装置大小。温控炉底板、装置的下地板上顶板均有水道，通过软水管对整个系统进行水冷却，使内部温场稳定，提高了环境抗干扰性。如图1所示，该新型环形器光参量振荡器采用环形腔，该振荡器由自制的光纤准直器直接将商用的激光器准直成一定束腰大小的准直光打入OPO中，控制光线准直器的位置使束腰位于晶体中心。L1、L2为平凹透镜，凹面朝向晶体1.泵浦光在一次通过晶体1时会发生非线性光学过程产生闲频光及信号光。为使得到信号光放大输出，L1、L2、L3、L4对闲频光高反，L2、L3、L4对信号光高反，L1信号光高透。以此闲频光会在环形腔中多次振荡，而信号光则会在L1处输出，从而实现信号光的放大输出。如图2所示，为光纤准直器的透视图，由陶瓷插芯3.1，内套管3.2，外套管3.3，非球面镜3.4组成。OPO对中心光斑的大小具有一定的要求，所以一般的激光器常采用前置聚焦透镜汇聚，这大大增加了光程，即增大了整体结构的长度。本专利技术通过计算OPO所需光斑大小为100μm左右，选择小焦距的非球面镜3.4，将泵浦激光器的光纤插入插芯3.1之中，再将插芯插入内套管3.2之中通过控制非球面镜与插芯的距离使激光准直输出。内外套管可旋转，目的是可以调节激光的偏振，当调整到竖直偏振时，胶装固定。OPO产生的激光波段可通过控制非线性晶体温度小范围调节，而控制激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻量级小型光学参量振荡器装置，其特征在于：包括温控炉、环形腔、光纤准直器、非线性晶体和结构件，所述环形腔由两平凹透镜和两平镜构成；所述非线性晶体放置于环形腔的两平凹镜之间，其中凹面朝向非线性晶体；非线性晶体和环形腔组合成光参量振荡器；泵浦光经过光纤准直器的光束整形后从第一平凹镜的平面进入环形腔内，通过非线性晶体产生非线性效应，环形腔的两平凹透镜和两平镜四个腔镜选择对闲频光高反，在环形腔内对闲频光振荡，从而输出信号光；非线性晶体放置于温控炉上，温控炉装在轨道上可控移动；温控炉装置的上下盖板内均有水道，通过水流控制温场恒定。

【技术特征摘要】
1.一种轻量级小型光学参量振荡器装置，其特征在于：包括温控炉、环形腔、光纤准直器、非线性晶体和结构件，所述环形腔由两平凹透镜和两平镜构成；所述非线性晶体放置于环形腔的两平凹镜之间，其中凹面朝向非线性晶体；非线性晶体和环形腔组合成光参量振荡器；泵浦光经过光纤准直器的光束整形后从第一平凹镜的平面进入环形腔内，通过非线性晶体产生非线性效应，环形腔的两平凹透镜和两平镜四个腔镜选择对闲频光高反，在环形腔内对闲频光振荡，从而输出信号光；非线性晶体放置于温控炉上，温控炉装在轨道上可控移动；温控炉装置的上下盖板内均有水道，通过水流控制温场恒定。2.根据权利要求1所述的振荡器装置，其特征在于：温控炉通过轴承与连杆与外部的舵机相连，舵机控制温控炉在轨道上一维移动。3.根据权利要求1所述的振荡器装置，其特征在于：所述光纤准直器在调整光路准直后粘合在碳纤板，结构件之上，构成整体装置的一部分，整体装置材质为碳纤维板粘合而成。4.根据权利要求1所述的振荡器装置，其特征在于：温控炉的控制系统设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢臻达，刘奕辰，谢旭凯，杜正婷，贾琨鹏，祝世宁，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32