多级参量模块和包括该模块的皮秒脉冲激光源制造技术

一种多级光学参数(OP)模块，该多级OP模块被配置有上游光学参量放大(OPA)级、多个中间OPA级和输出OPA级，这些OPA级沿着单个光路径布置并且与在相应λp、λ3和λ

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多级参量模块和包括该模块的皮秒脉冲激光源


[0001]本公开涉及皮秒激光器。具体地，本公开涉及一种基于光学参量模块的大功率准连续(QCW)皮秒激光器，该光学参量模块被配置有多个基于非线性晶体的参量放大器(OPA)级，以及利用该OPA模块的应用。

技术介绍

[0002]许多科学和工业应用需要具有可调中心波长、可变光谱宽度以及在可见频率范围中具有不同的脉冲持续时间的高平均功率脉冲激光器。虽然已经开发了红外频率范围内的大功率单模(SM)激光器并且将其广泛应用于各种工业中，但是总体而言，大功率蓝光激光器并且特别是超快大功率蓝光激光器还没有执行在任何期望功率范围内，期望功率范围在几百瓦到至少1kW之间。
[0003]几乎没有用于产生蓝色激光的实际技术方法。一种方法包括制造基于氮化镓(GaN)的蓝色二极管激光器。具有长寿命的基于GaN的二极管激光器是未知的，并且基于GaN的二极管激光器受到有限的光学效率的影响。
[0004]多年来，开发基于超快蓝光激光器的源的最有效方法是基于非线性转换，即，锁模激光器的三倍频和四倍频，锁模激光器包括Kerr透镜锁模(KLM)Ti：蓝宝石激光器，Nd：YAG激光器、锁模EDFA、以及最近的纳秒(ns)Yb光纤激光器。
[0005]另一种流行的用于开发超快蓝光激光源的方法是基于参量(parametric)非线性光学设备。特别地，由于宽的调谐范围和平均功率可缩放性，绿光泵浦OPA、光学参量振荡器(OPO)和OP生成器(OPG)是有吸引力的激光源。例如，同步泵浦光学参量设备是可调相干辐射的可用超快源，其提供跨越宽光谱区域的平均功率。
[0006]参量过程中的能量守恒定律如下：
[0007][0008]信号/闲频的二次谐波生成SHS/SHI：
[0009][0010]信号/闲频和IR激光波长的和频生成SFS/SFI：
[0011][0012]图1示出基于USP 7,106,498中公开的分级和频参量放大器的蓝光激光源的示例性示意图。该示意图相当好地代表了现有的蓝光激光源，并且包括分束器1，分束器1借助于多个反射镜9沿着两个不同的光学臂分别引导基频和泵浦频率下的光部分。在和频可调生成器(SFG)14中以光学方式组合在一起，输出包括以激光器领域的普通技术人员公知的方式生成的在相应不同频率处的四个光信号17、18、19和20。所示的具有分束器、合束器和多个反射镜的双臂示意图具有大的覆盖区和复杂的配置，这是已知的基于参量放大的蓝光激
光器的极大缺点。
[0013]在参量过程中使用的各种NLO中，三硼酸锂LiB3O5(LBO)NL晶体已被证明特别抗损坏且无吸收，因此，适用于否则可能容易损坏的大功率参量设备。其它硼酸盐NL晶体(β
‑
硼酸钡，BaB2O4或BBO和硼酸铋，BiB3O6或BiBO)和周期极化的NL晶体(PPTL，PPLN和PPKTP)可能同样有效，并且对于参量放大，有时甚至优于LBO晶体，这主要由于它们较大的非线性系数d
eff
。不幸的是，由于所采用的临界相位匹配条件，当使用BBO和BIBO时的期望最小脉冲峰值功率相对较高。最常见的周期性极化的晶体易于受到光折射或光致变色损坏，这限制了平均功率的缩放。然而，各种应用仅可以受益于高平均功率的蓝光。参量转换不限于蓝光生成。借助于参量过程生成的其它波长可以有利地用于各种工业中。
[0014]因此，期望提供一种具有紧凑结构的可调超短参量模块，其不以分光器和合光器为特征。
[0015]还期望提供一种与所公开的参量模块组合的ps脉冲光纤激光源。

技术实现思路

[0016]根据本公开的一个方面，多级光学参量(OP)模块被配置有上游光学参量放大(OPA)级、多个中间光学参量放大级和输出光学参量放大级，这些OPA级沿着单个光路布置并且与在相应λp、λ3和λ
f
波长下的泵浦、信号和IR光束相互作用。OPA级各自被设置有时间延迟补偿(TDC)组件，该TDC组件沿着单个光路径与OPA级交替。TDC组件各自被配置为补偿泵浦光束与信号光束之间的群速度失配，并且沿着OPA级之间的光路引导IR光束、泵浦光束和信号光束，同时防止闲频光束在每个后续参量交互作用之后的传播。
[0017]根据本公开的另一方面，光学泵浦被配置有泵浦光学参量模块的线性偏振(LP)ps光纤激光源。有利地，但不排他地，所公开的源可以用于同时输出红、绿和蓝光。ps激光源被配置有使用啁啾脉冲放大(CPA)技术的锁模ps光纤激光器，以在1μm光谱范围内的基本波长下生成输出。通过适当地选择期望的基本波长，源可以同时输出平均脉冲功率超过100W的红光和蓝光。例如，基本波长可以选自由1030nm、1048nm、1060nm和1071nm构成的组中。
[0018]上述方面各自的特征在于如以下具体描述和权利要求中详述的全部在结构上可彼此组合的过多特征。每个方面的特征可以以激光器领域的普通技术人员容易辨别的方式组合。
附图说明
[0019]结合以下附图，本公开的上述和其他方面和特征将变得更加显而易见，其中：
[0020]图1是根据已知现有技术的蓝光激光器的光学示意图；
[0021]图2是本专利技术的光纤光源的示意图；
[0022]图3A是结合在图2的本公开的光纤激光源中的红光生成OPA模块的示意图；
[0023]图3B是与图3A的红光生成模块组合的参量蓝光生成模块的一个示例；
[0024]图3C是与图3A的红光生成模块组合的蓝光生成模块的另一示例；
[0025]图3D是OPA模块的又一示例；
[0026]图3E是本专利技术OPA模块的再一示例；
[0027]图4A是根据一个具体示例的本专利技术的蓝光激光器的详细光学示意图；
[0028]图4B是根据另一示例的本专利技术的蓝光激光器的详细光学示意图；
[0029]图5示出所公开的RG光源的蓝
‑
红波长关系；
[0030]图6是所公开的基于ps光纤激光器的泵浦模块的光学示意图；
[0031]图7是根据本专利技术的方面的脉冲复制器模块的一个示例的示意性表示；以及
[0032]图8是根据本专利技术的方面的脉冲复制器模块的另一示例的示意性表示。
具体实施例
[0033]现在将详细参考所公开的系统。在可能的情况下，在附图和描述中使用相同或相似的附图标记来指代相同或相似的部分或步骤。附图为简化形式，远非精确比例。仅为了方便和清楚的目的，术语“连接”、“耦合”、“组合”和类似术语与它们的词形变化词素不一定表示直接和直接连接，而是还包括通过中间元件或设备的连接。
[0034]图2示意性地示出本专利技术的光源10，光源10包括几个彼此光学耦合的模块。光纤激光源模块12被操作为生成沿着光路径以选自例如1030nm、1048nm、1060nm或1071nm的基本波长λf传播的ps IR脉冲的序列。IR光束与泵浦14的NLO相互作用，以通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多级光学参量OP模块，包括：上游光学参量放大OPA级，所述上游OPA级接收泵浦波长λp的线性偏振的泵浦光束，并且被配置为生成在相应波长λ3和λ4下的信号光束和闲频光束，其中所述泵浦光束、所述信号光束和所述闲频光束的一部分沿着单个光路径传播；多个中间OPA级，所述多个中间OPA级沿着光路径彼此光学耦合，并且每个后续OPA级从在先OPA级接收所述泵浦光束和经放大的信号光束的逐渐变弱部分；多个时间延迟补偿TDC组件，所述TDC组件沿着路径与所述OPA级交替，并且被配置为补偿所述泵浦光束与所述信号光束之间的群速度失配，并且沿着光路径引导所述泵浦光束和所述信号光束，同时防止所述闲频光束在每个后续参量交互作用之后传播；以及输出OPA级，所述输出OPA级接收所述泵浦光束和经放大的信号光束的一部分，并且被配置为生成在期望输出波长λo下的输出光束，所述期望输出波长λo不同于所述信号光束的波长λ3。2.根据权利要求1所述的OP模块，其中所述信号光束在至少两个或多个中间OPA级中被逐渐放大，每个中间OPA级被配置有光学参量放大器，每个光学参量放大器包括非线性晶体，所述非线性晶体选自LBO、BBO、BiBO、KTP、KTA、周期性极化的铌酸锂PPLN、或周期性极化的钽酸锂PPLT。3.根据权利要求2所述的OP模块，其中生成所述输出光束的所述输出OPA级包括至少一个或多个和频生成SFG参量设备、至少一个或多个二次谐波生成SHG参量设备、或者SFG参量设备和SHG参量设备的组合，每个参量设备包括所述非线性晶体。4.根据权利要求1所述的OP模块，其中所述输出OPA级被配置有用于修改所述输出光束的偏振的半波片和合束器，所述合束器被配置为组合所述输出光束的两个偏振，使得所述输出光束是交叉偏振的。5.根据权利要求1所述的OP模块，其中所述输出OPA级被配置有两个间隔开的上游SFG设备和下游SFG设备以及在SFG设备之间的半波片。6.根据权利要求1所述的OP模块，其中所述TDC组件各自被配置有啁啾镜、分色镜或双折射窗口、或者反射镜和双折射窗口的组合。7.根据权利要求1所述的OP模块，其中泵浦波长λp在以515nm波长为中心的绿光范围内且输出波长λo在蓝光443
‑
467nm波长范围内，或者泵浦波长λp在以1030nm波长为中心的IR光范围内且输出波长λo在1700
‑
2500nm范围内。8.根据权利要求1所述的OP模块，其中所述上游OPA级、所述中间OPA级和所述输出OPA级以及所述TDC组件全部沿着直的单个光成直线，或者沿着成角度的单个光路径定位。9.根据权利要求1所述的OP模块，还包括至少一个输出波长滤波器，所述至少一个输出波长滤波器提供用于泵浦光束、信号光束和输出光束的输出分离。10.根据权利要求1所述的OP模块，其中OPA级沿着成角度的单个光路径彼此间隔开，所述上游OPA级和所述中间OPA级各自包括光学参量放大器OPA，所述OPA由所述泵浦光束和所述信号光束沿着成角度的单个光路径在一个方向穿过且在相反、非平行方向上穿过；所述输出OPA级包括：至少一个或多个和频生成SFG参量设备、至少一个或多个二次谐波生成SHG参量设备、或SFG参量设备和SHG参量设备的组合，所述泵浦光束、所述信号光束
和所述输出光束的一部分在一个方向上和在相反方向上与所述输出OPA级十字交叉，使得OPA级生成在输出波长λo下的两个输出光束；以及偏振组件，所述偏振组件被配置为使所述输出光束之一的线性偏振偏移，并且进一步组合具有不同的偏振的输出光束，以提供组合的交叉偏振输出光束。11.一种皮秒ps单模SM脉冲激光源，包括：基于ps光纤激光器的光学泵浦，所述基于ps光纤激光器的光学泵浦被操作为沿着单个光路径生成在泵浦波长λp下的线性偏振脉冲泵浦光束；波长转换参量模块，所述波长转换参量模块接收来自所述光学泵浦的下游的泵浦光束，并且被配置有：上游光学参量放大OPA级，所述上游OPA级接收在泵浦波长λp下的线性偏振泵浦光束，并且被配置为生成在相应波长λ3和λ4下的信号光束和闲频光束，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘乔，
申请(专利权)人：IPG光子公司，
类型：发明
国别省市：