基于内腔自倍频的可调谐蓝光辐射源制造技术

本实用新型专利技术涉及属于非线性光学领域，为实现波长连续可调谐的蓝光输出，具有转换效率高、结构简单、价格低廉、小型化等高技术性能，更具有实用价值和产业化价值。为此，本实用新型专利技术采用的技术方案是，基于内腔自倍频的可调谐蓝光辐射源，包括以下步骤：采用Nd:YAG(掺钕石榴石)调Q激光器产生偏振方向沿竖直方向的1064nm线偏振光，经过聚焦透镜组缩束，经1064nm半波片条调整激光偏振态并入射到满足Ⅱ类相位匹配条件的倍频KTP晶体当中，经倍频产生偏振态沿竖直方向的532nm激光，经45°高反镜反射进入OPO系统，泵浦由电动振镜旋转平台控制的OPO内腔KTP晶体。本实用新型专利技术主要应用于可调谐蓝光辐射源设计制造。

Tunable blue light source based on inner cavity self frequency doubling

The utility model belongs to the field of nonlinear optics, which has high conversion efficiency, simple structure, low price and miniaturization in order to realize the continuous tunable blue light output of wavelengths, and has more practical value and industrialization value. Therefore, the technical scheme adopted by the utility model is a tunable blue light source based on the self frequency doubling of the inner cavity, including the following steps: the polarization direction of the polarization direction in the vertical direction is generated by the Nd:YAG (Nd: garnet) Q laser, and the polarization state of the laser is adjusted through the focusing lens group and the 1064nm half wave strip. In the frequency doubling KTP crystal which meets the phase matching condition of class II, the 532nm laser with polarization state in the vertical direction is produced by frequency doubling, and the 45 degree high reverse mirror is reflected into the OPO system, and the KTP crystal of the OPO cavity controlled by the rotating platform of the electric vibrating mirror is pumped. The utility model is mainly applied to the design and manufacture of a tunable blue light source.

【技术实现步骤摘要】
基于内腔自倍频的可调谐蓝光辐射源
本技术涉及属于非线性光学领域，具体讲,涉及基于内腔自倍频的可调谐蓝光辐射源及实现方法。
技术介绍
蓝光是指波长处于400-480nm之间的电磁波。蓝光凭借其独特物理性质，在诸多实用领域有着巨大的应用潜力。首先，蓝光作为三原色之一，高亮度蓝色激光可以有效提高彩色显示的色彩范围和亮度，具有提高彩色显示效果的能力；其次，与红光相比蓝光具有更短的波长，因此其具有衍射效应小、分辨率高、聚焦光斑尺寸小等特点，这些特点使得其在高密度光存储以及数字视频技术等领域中可以将信息容量提高近一个数量级；蓝色激光是海洋传输的窗口，衰减系数小、抗干扰能力强，适用于水下通信以及感知海洋信息；另外，蓝色激光可用于捕获和阻尼铯原子的热振动，消除热振动引起的多普勒展宽，为光谱线的精确测定提供保证；此外，蓝色激光在医学检测以及激光娱乐等领域也有重要应用。蓝色激光在以上领域具有巨大的应有优势，但是与成熟的532nm绿色激光技术相比，蓝色激光缺乏有效获得方式，应用成本较高。目前，获得全固态蓝色激光的主要手段主要包括：(1)利用GaN(氮化镓)等半导体材料直接实现蓝光波段激光输出的半导体激光器，该方式具有体积小，效率高等优势，但是光斑质量较差；(2)基于单频、高光束质量的红外半导体激光器倍频产生蓝光激光，但是输出功率较低；(3)基于上转换材料为增益介质的蓝光激光器，但是输出蓝光的稳定性较差；(4)基于固体激光器倍频和频以及三倍频等非线性光学频率变换方式产生蓝色激光，但是涉及的非线性过程较多，转换效率较低。此外，还有一种基于周期极化晶体的倍频蓝光产生理念。以上方案均可以获得单一波长的蓝光激光输出。上述各过程是目前蓝色激光领域内最高效使用的获取手段。中国专利技术专利201510923025.3公开了一种基于扇形周期极化晶体的可调谐蓝光辐射源，该光源包括一波长可调谐的红外半导体激光器；一准直聚焦系统以及一扇形周期极化晶体，扇形周期极化晶体作为红外泵浦光的倍频晶体可以针对不同红外波长调节晶体周期以实现可调谐蓝光输出。这个系统的缺点是，可调谐红光半导体激光器调谐范围较小，导致蓝光调谐范围受限，同时周期极化晶体制作难度大且损伤阈值低，限制了可调谐蓝光系统的实用性以及输出功率。当前实现可调谐蓝光的方法较少，且技术并不成熟。激光自倍频晶体指晶体同时作为激光增益介质，同时作为非线性光学倍频晶体。基于自倍频晶体可以直接实现倍频激光输出，系统结构紧凑，但是基于激光自倍频晶体的激光器调谐特性有限且晶体种类较少。相较于激光晶体，非线性光学参量增益晶体应用更为灵活，且种类较多，若使非线性光学参量增益晶体同时作为倍频晶体工作，即可实现非线性光学自倍频晶体。无机晶体，如KTP(磷酸钛氧钾)晶体、BBO(偏硼酸钡)晶体以及PPLN(周期极化铌酸锂)晶体等，凭借其较大的非线性系数、较小的吸收系数以及相位配条件，是非线性频率变换中非常常用的晶体。其中KTP晶体是的典型晶体。KTP晶体为KTiOPO4(磷酸钛氧钾)晶体的缩写，属于正交晶系，空间群Pna21，点群mm2，其具有较大的非线性系数，较宽的允许温度与允许角度，较高的损伤阈值，较宽的透光范围，良好的物理、化学以及机械性能。由于KTP晶体的双折射特性，基于KTP晶体的角度相位匹配技术较为成熟，适用于倍频(SHG)、和频(SFG)以及光学参量振荡(OPO)等各种非线性光学频率变换方式。在KTP晶体合适的切割角度下，KTP晶体中可以同时满足多个相位匹配过程，多个非线性频率转化过程得以实现。如果可以通过设计晶体切角与激光波长，使一块KTP晶体同时满足OPO过程、SHG过程以及SFG过程，既使KTP晶体成为非线性自倍频晶体，便可以获得可调谐多波长的激光输出。实际上可以根据蓝色激光的波长要求设计晶体的参数，从而使得一块KTP晶体即作为OPO晶体同时作为SHG以及SFG晶体，实现OPO腔内自倍频获取多波长可调谐蓝光输出。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本技术旨在提出一种获得波长连续可调谐的蓝光辐射源的方法及装置，实现波长连续可调谐的蓝光输出。该蓝光获取方法具有转换效率高、结构简单、价格低廉、小型化等高技术性能，使之更具有实用价值和产业化价值。为此，本技术采用的技术方案是，基于内腔自倍频的可调谐蓝光辐射源，结构是：泵浦源采用Nd:YAG调Q激光器；泵浦光倍频晶体采用KTP晶体，倍频晶体切角满足Ⅱ类相位匹配条件；OPO系统，该系统内部设置有KTP晶体，切角为θ＝65.2°，对侧面进行光学抛光并进行特殊镀膜，所述内腔KTP晶体置于可旋转振镜平台之上，可旋转振镜平台与计算机相连，采用计算机控制改变其外机电压，从而实现旋转角度。具体地，所述的激光器为掺钕钇铝石榴石Nd:YAG调Q激光器，输出波长为1064nm，脉宽为ns量级，偏振态为沿竖直方向偏振的线偏振光；还包括接收所述激光器出射光的由聚焦凸透镜和聚焦凹透镜组成的聚焦透镜组，1064nm半波片，设置在聚焦透镜组之后，用于调整1064nm激光的偏振态以满足倍频KTP晶体中的Ⅱ类相位匹配条件；OPO内腔自倍频KTP晶体尺寸10×10×2mm3，对侧面进行光学抛光并进行特殊镀膜满足400～532nm、700～900nm以及1300～1500nm波段高透，通过振镜旋转平台旋转晶体角度可以改变晶体的相位匹配条件，进而实现波长调谐；。所述倍频KTP晶体，切角为θ＝90°，尺寸15×15×10mm3用于对1064nm激光倍频产生高能量532nm激光，产生的532nm激光为沿竖直方向偏振的线偏振光，经过45°高反镜反射进入OPO系统，泵浦OPO系统；45°高反镜6进行特殊镀膜满足532nm与1300～1500nm高反，400～500nm与1064nm高透剩余的1064nm基频光经吸收体吸收。OPO系统包括有依次设置并与所述内腔自倍频KTP晶体共同形成直腔光路的前腔镜、旋转振镜系统以及后腔镜，其中，前腔镜7作为532nm泵浦光输入镜以及可调谐蓝光输出镜，特殊镀膜要求为400～532nm以及1300-1500nm波段高透，700～900nm波段高反，后腔镜9作为全反镜，镀膜要求为全波段高反。本技术的特点及有益效果是：本技术利用KTP晶体的非线性光学特性以及OPO的可调谐特性以及内腔高功率密度特性获取波长可调谐的蓝光，实现具有转换效率高、室温运转、调谐速度快、输出蓝光线偏振，可以在一定波长范围内获得波长任意的蓝光，同时通过优化可同时获得多波长可调谐蓝光。同时，该方法还为基于OPO内腔自倍频获取任意波长输出提供了可行性方案。附图说明：图1为本技术基于内腔自倍频的快速可调谐蓝光辐射源装置。图中：1为激光器，2为聚焦凸透镜，3为聚焦凹透镜，4为1064nm半波片，5为倍频KTP晶体，6为高反镜，7为前腔镜，8为内腔自倍频KTP晶体，9为后腔镜，10为旋转振镜系统，11为计算机，12为吸收体。图2为本技术中内腔自倍频KTP晶体的参数图。图3为本技术可以用作多波长可调谐蓝光辐射源装置结构示意图。具体实施方式本技术的目的在于提供一种获得波长连续可调谐的蓝光辐射源的方法及装置，将OPO中KTP晶体设计成为非线性光学自倍频晶体，即使其同时作为参量增益晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于内腔自倍频的可调谐蓝光辐射源，其特征是，结构是：泵浦源采用Nd:YAG调Q激光器；泵浦光倍频晶体采用KTP晶体，倍频晶体切角满足Ⅱ类相位匹配条件；OPO系统，该系统内部设置有KTP晶体，切角为θ＝65.2°，

【技术特征摘要】
1.一种基于内腔自倍频的可调谐蓝光辐射源，其特征是，结构是：泵浦源采用Nd:YAG调Q激光器；泵浦光倍频晶体采用KTP晶体，倍频晶体切角满足Ⅱ类相位匹配条件；OPO系统，该系统内部设置有KTP晶体，切角为θ＝65.2°，对侧面进行光学抛光并进行镀膜，所述内腔KTP晶体置于可旋转振镜平台之上，可旋转振镜平台与计算机相连，采用计算机控制改变其外机电压，从而实现旋转角度。2.如权利要求1所述的基于内腔自倍频的可调谐蓝光辐射源，其特征是，具体地，所述的激光器为掺钕钇铝石榴石Nd:YAG调Q激光器，输出波长为1064nm，脉宽为ns量级，偏振态为沿竖直方向偏振的线偏振光；还包括接收所述激光器出射光的由聚焦凸透镜和聚焦凹透镜组成的聚焦透镜组，1064nm半波片，设置在聚焦透镜组之后，用于调整1064nm激光的偏振态以满足倍频KTP晶体中的Ⅱ类相位匹配条件；OPO内腔自倍频KTP晶体尺寸10×10×2mm3，对侧面进行光学抛光并进行镀膜满足400～532nm、700～900nm以及1300～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺奕焮，徐德刚，王与烨，闫超，唐隆煌，严德贤，姚建铨，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12