一种种子光注入的纳秒脉冲窄线宽光学参量振荡器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种种子光注入的纳秒脉冲窄线宽光学参量振荡器，包括：种子光源装置，用于产生单频连续激光作为光学参量过程闲频光的种子，并对其光斑尺寸以及偏振方向和能量进行调节；泵浦激光源装置，产生光学参量过程所需的泵浦光；泵浦光控制装置，连接至泵浦激光源装置，对泵浦光的能量、偏振方向以及光斑尺寸进行调节；谐振腔装置，连接至泵浦光控制装置及种子光源装置，用于实现非线性光学转换的光能增益与反馈并形成放大振荡，最终稳定输出激光；监测控制系统，用于实时监测输出激光的波长以及实现激光波长的连续调谐。通过合理配置谐振腔结构以及种子光注入的方式，提高了能量转换效率、窄线宽脉冲激光输出稳定性和输出激光波长调谐性能。

【技术实现步骤摘要】
一种种子光注入的纳秒脉冲窄线宽光学参量振荡器
本技术涉及激光器领域，尤其涉及一种种子光注入的纳秒脉冲窄线宽光学参量振荡器。
技术介绍
激光器的结构主要包括：增益介质、谐振腔和泵浦源。一般激光器的工作原理是基于增益介质的粒子数反转，通过谐振腔的选频和反馈进行受激辐射放大后输出相干激光。光学参量振荡器原理上是基于非线性介质的二阶非线性光学转换，泵浦激光在非线性介质内转换产生两束激光，一束为信号光，另一束为闲频光，然后通过谐振腔的选频和反馈进行非线性光学转换放大后输出相干激光。光学参量振荡器光源具有波长调谐范围宽、能量转换效率高、能同时产生两束相纠缠的相干光、全固态结构等优点，在激光化学、量子相干、医学等领域具有广泛的应用。具有窄线宽和高峰值功率纳秒脉冲激光输出的光学参量振荡器在高分辨分子光谱、大气传感器以及激光雷达等领域具有很大的应用需求。近年来得益于非线性光学晶体生长技术的成熟，光学参量振荡器的设计取得了重要的进展。目前，脉冲窄线宽光学参量振荡器在窄线宽产生方式上主要有两种技术方案：一种是在谐振腔中加入色散元件来获得窄线宽激光输出；另外一种是采用低功率单频连续激光作为种子光注入到谐振腔中并与谐振腔的其中一个腔纵模匹配，然后通过竞争压制其它腔纵模，从而获得窄线宽激光输出。对于通过加入色散元件产生窄线宽激光的技术方案，由于色散元件的损耗在一定程度上限制了激光产生的转换效率。对于单频连续光种子注入光学参量振荡器的技术方案，目前主要是采用单频连续激光注入环形光学谐振腔并作为光学参量过程信号光的种子的方式，该方式需要通过实时调节谐振腔腔长来保证种子光波长与谐振腔的一个纵模匹配来获得有效的种子光注入，并且腔长调节精度需要达到亚微米量级，这在结构上比较复杂，同时也比较难于实现输出激光的稳定性。另外，单频连续光作为环形腔光学参量过程信号光种子的技术方案中泵浦激光和种子激光都是单向通过非线性光学晶体，由于晶体材料的光折射效应，激光在单向通过晶体时会产生一定的光路走离，因此激光波长的连续调谐范围受到相应的限制。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术提供了一种种子光注入的纳秒脉冲窄线宽光学参量振荡器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本技术的一个方面，提供了一种种子光注入的纳秒脉冲窄线宽光学参量振荡器，包括：种子光源装置，用于产生单频连续激光作为光学参量过程闲频光的种子，并对其光斑尺寸以及偏振方向和能量进行调节；泵浦激光源装置，用于产生光学参量过程所需的泵浦光；泵浦光控制装置，连接至所述泵浦激光源装置，用于对泵浦光的能量、偏振方向以及光斑尺寸进行调节；谐振腔装置，连接至所述泵浦光控制装置及种子光源装置，用于实现非线性光学转换的光能增益与反馈并形成放大振荡，最终稳定输出激光，所述谐振腔装置包括输出耦合镜、偏振分束立方体、双色镜、非线性光学晶体及高反射率腔镜。监测控制系统，用于实时监测输出激光的波长以及实现激光波长的连续调谐。在本技术一些实施例中，所述谐振腔装置中所述偏振分束立方体包括第一偏振分束立方体和第二偏振分束立方体，所述双色镜包括第一双色镜和第二双色镜，所述输出耦合镜、第一偏振分束立方体、第一双色镜、非线性光学晶体、第二双色镜、第二偏振分束立方体及高反射率腔镜依次连接；其中，所述第一偏振分束立方体用于接收种子光源装置导出的低功率单频连续种子激光，并将其导出至第一双色镜；所述第一双色镜用于接收第一偏振分束立方体导出的种子光以及泵浦光控制装置导出的泵浦光，并将种子光和泵浦光导出至非线性光学晶体；所述非线性光学晶体用于接收第一双色镜导出的泵浦光和种子光并实现非线性光学转换生成信号光和闲频光，并将剩余泵浦光、种子光、信号光以及闲频光导出至第二双色镜；第二双色镜将剩余泵浦光反射并导出至激光能量收集器，并将剩余种子光以及信号光和闲频光透射并导出至第二偏振分束立方体；所述第二偏振分束立方体将闲频光和剩余种子光导出至闲频光/种子高反射镜，并将信号光导出至高反射率腔镜；所述高反射率腔镜用于接收第二偏振分束立方体导出的信号光并将其沿原光路反射回第一双色镜，第一双色镜将返回的信号光导出至第一偏振分束立方体，第一偏振分束立方体将返回的信号光导出至输出耦合镜；所述输出耦合镜为信号光部分反射镜，将部分信号光透射导出，并将剩余信号光沿原光路反射回高反射率腔镜形成放大振荡。在本技术一些实施例中，所述谐振腔装置还包括电动旋转系统，用于承载非线性光学晶体，并带动非线性光学晶体旋转，实现输出激光的波长调谐。在本技术一些实施例中，所述种子光源装置沿光路方向依次包括低功率单频连续光种子激光器、准直透镜、第一种子激光半波片、光源偏振分束立方体及第二种子激光半波片，且所述第一种子激光半波片和第二种子激光半波片可旋转，其中，所述种子激光器用于产生低功率单频连续激光作为光学参量过程闲频光的种子，所述准直透镜用于准直种子激光器产生的单频连续激光，并调节其光斑尺寸，所述第一种子激光半波片、第二种子激光半波片用于旋转种子激光的线偏振方向，所述光源偏振分束立方体用于将种子激光的水平偏振成分和竖直偏振成分分开，并将种子激光的水平偏振成分发送至第二种子激光半波片。在本技术一些实施例中，所述种子光源装置还包括多个种子激光高反射镜，用于改变种子激光的传播方向。在本技术一些实施例中，所述泵浦光控制装置沿光路方向依次包括第一泵浦光半波片、泵浦光偏振分束立方体、第二泵浦光半波片、第一光路校准光阑、透镜和第二光路校准光阑，且所述第一泵浦光半波片和第二泵浦光半波片可旋转，从第二光路校准光阑出射的泵浦光通过第一双色镜导入谐振腔装置，其中，所述第一泵浦光半波片、第二泵浦光半波片用于旋转泵浦光的线偏振方向；所述泵浦光偏振分束立方体用于将泵浦光的水平偏振成分和竖直偏振成分分开，并将泵浦光的水平偏振成分发送至第二泵浦光半波片；所述第一光路校准光阑、第二光路校准光阑用于校准泵浦光路；所述透镜用于调节泵浦光的光斑尺寸。在本技术一些实施例中，所述透镜包括平凸透镜和平凹透镜，平凸透镜和平凹透镜的平面部分相对平行设置且其之间的距离为所述平凸透镜和平凹透镜的焦距之和。在本技术一些实施例中，所述泵浦光控制装置还包括：激光能量收集器，用于收集泵浦光偏振分束立方体分出的竖直偏振泵浦光，以及谐振腔装置中由双色镜导出的剩余泵浦光和种子光源装置中光源偏振分束立方体分出的竖直偏振种子激光。在本技术一些实施例中，所述泵浦光控制装置还包括多个泵浦激光高反射镜，用于改变泵浦光的传播方向。在本技术一些实施例中，所述监测控制系统包括光束取样镜、波长计和控制电脑，其中，所述光束取样镜用于反射部分闲频光至所述波长计；所述波长计用于测量闲频光的波长；所述控制电脑用于实时显示波长并控制电动旋转系统旋转，实现波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种种子光注入的纳秒脉冲窄线宽光学参量振荡器，其特征在于，包括：/n种子光源装置(100)，用于产生单频连续激光作为光学参量过程闲频光的种子，并对其光斑尺寸以及偏振方向和能量进行调节；/n泵浦激光源装置(200)，用于产生光学参量过程所需的泵浦光；/n泵浦光控制装置(300)，连接至所述泵浦激光源装置(200)，用于对泵浦光的能量、偏振方向以及光斑尺寸进行调节；/n谐振腔装置(400)，连接至所述泵浦光控制装置(300)及种子光源装置(100)，用于实现非线性光学转换的光能增益与反馈并形成放大振荡，最终稳定输出激光，所述谐振腔装置(400)包括输出耦合镜(401)、偏振分束立方体(402)、双色镜(403)、非线性光学晶体(404)及高反射率腔镜(405)；/n监测控制系统(500)，用于实时监测输出激光的波长以及实现激光波长的连续调谐。/n

【技术特征摘要】
1.一种种子光注入的纳秒脉冲窄线宽光学参量振荡器，其特征在于，包括：
种子光源装置(100)，用于产生单频连续激光作为光学参量过程闲频光的种子，并对其光斑尺寸以及偏振方向和能量进行调节；
泵浦激光源装置(200)，用于产生光学参量过程所需的泵浦光；
泵浦光控制装置(300)，连接至所述泵浦激光源装置(200)，用于对泵浦光的能量、偏振方向以及光斑尺寸进行调节；
谐振腔装置(400)，连接至所述泵浦光控制装置(300)及种子光源装置(100)，用于实现非线性光学转换的光能增益与反馈并形成放大振荡，最终稳定输出激光，所述谐振腔装置(400)包括输出耦合镜(401)、偏振分束立方体(402)、双色镜(403)、非线性光学晶体(404)及高反射率腔镜(405)；
监测控制系统(500)，用于实时监测输出激光的波长以及实现激光波长的连续调谐。


2.根据权利要求1所述的纳秒脉冲窄线宽光学参量振荡器，其特征在于，所述谐振腔装置(400)中所述偏振分束立方体(402)包括第一偏振分束立方体(4021)和第二偏振分束立方体(4022)，所述双色镜(403)包括第一双色镜(4031)和第二双色镜(4032)，所述输出耦合镜(401)、第一偏振分束立方体(4021)、第一双色镜(4031)、非线性光学晶体(404)、第二双色镜(4032)、第二偏振分束立方体(4022)及高反射率腔镜(405)依次连接；其中，
所述第一偏振分束立方体(4021)用于接收种子光源装置(100)导出的低功率单频连续种子激光，并将其导出至第一双色镜；
所述第一双色镜(4031)用于接收第一偏振分束立方体(4021)导出的种子光以及泵浦光控制装置(300)导出的泵浦光，并将种子光和泵浦光导出至非线性光学晶体(404)；
所述非线性光学晶体(404)用于接收第一双色镜(4031)导出的泵浦光和种子光并实现非线性光学转换生成信号光和闲频光，并将剩余泵浦光、种子光、信号光以及闲频光导出至第二双色镜(4032)；
第二双色镜(4032)将剩余泵浦光反射并导出至激光能量收集器(304)，并将剩余种子光以及信号光和闲频光透射并导出至第二偏振分束立方体(4022)；
所述第二偏振分束立方体(4022)将闲频光和剩余种子光导出至闲频光/种子高反射镜(504)，并将信号光导出至高反射率腔镜(405)；
所述高反射率腔镜(405)用于接收第二偏振分束立方体(4022)导出的信号光并将其沿原光路反射回第一双色镜(4031)，第一双色镜(4031)将返回的信号光导出至第一偏振分束立方体(4021)，第一偏振分束立方体(4021)将返回的信号光导出至输出耦合镜(401)；
所述输出耦合镜(401)为信号光部分反射镜，将部分信号光透射导出，并将剩余信号光沿原光路反射回高反射率腔镜(405)形成放大振荡。


3.根据权利要求2所述的纳秒脉冲窄线宽光学参量振荡器，其特征在于，所述谐振腔装置(400)还包括电动旋转系统(406)，用于承载非线性光学晶体(404)，并带动非线性光学晶体(404)旋转，实现输出激光的波长调谐。


4.根据权利要求1所述的纳秒脉冲窄线宽光学参量振荡器，其特征在于，
所述种子光源装置(100)沿光路方向依次包括低功率单频连续光种子激光器(101)、准直透镜(102)、第一种子激光半波片(1031)、光源偏振分束立方体(105)及第二种子激光半波片(1032)，且所述第一种子...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵东锋，肖增军，陈旸，朱波星，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34