本发明专利技术涉及一种以化学计量比钽酸锂超晶格为变频晶体的光参量振荡激光器。该激光器以化学计量比钽酸锂光学超晶格为非线性变频晶体，采用５３２ｎｍ激光器为抽运光源，通过改变周期（在周期超晶格中），或者使用准周期、非周期结构，并辅助以温度调节，能实现从可见光到中红外（３至４微米）范围宽调谐激光输出。输出的激光可以是连续的，也可以是脉冲的，可以是高重复频率，也可以是低重复频率，取决于抽运光源的工作特性。并且可以通过设计不同的谐振腔来满足不同的应用需求。由于化学计量比钽酸锂晶体存在比较弱的光折变效应，调节温度范围为８０℃－２５０℃。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种以化学计量比钽酸锂超晶格为变频晶体的光参量振荡激光器。该激光器以化学计量比钽酸锂光学超晶格为非线性变频晶体，采用532nm激光器为抽运光源，通过改变周期(在周期超晶格中)，或者使用准周期、非周期结构，并辅助以温度调节，能实现从可见光到中红外(3至4微米)范围宽调谐激光输出。
技术介绍
近十年，已经有以高功率二极管激光器为抽运光源，利用电场极化的方法制造周期铁电光学超晶格如周期极化同成份钽酸锂(PPLT)和周期极化同成份铌酸锂(PPLN)，以准位相匹配(QPM)方法制造有效的结构紧凑的全固态光参量振荡(OPO)激光器。但是因为同成份钽酸锂和同成份铌酸锂矫顽场比较高(＞20KV/mm)，极化比较困难，特别是极化周期小于10μm的结构更加困难，另外受材料本身光折变损伤和可见光引起的红外吸收的影响，所以制造的OPO激光器只能工作在红外光区。目前也有一些报道用PPLT和PPLN作为增益介质产生近红外光，但是输出功率只能处于毫瓦量级。具有高重复频率、高功率和可调范围从可见光到中红外的OPO激光器将会是一种新的激光光源，它可以替代目前的激光器应用在从可见光到中红外这一特殊波长范围，从事线性和非线性光谱学研究及一些其它应用。化学计量比钽酸锂(U.S.patent 6211999)对光折变损伤和可见光引起的红外吸收有很强的抑制作用。在化学计量比钽酸锂中非化学计量比的缺陷数量大大减少，从而相对于同成份钽酸锂，其矫顽场降低了一个数量级以上，极化周期已经可以做到10μm以下，同时它的抗光损伤域值提高了两到三个数量级。因此，周期极化化学计量比钽酸锂(PPSLT)已经开始在倍频和和频产生绿光和蓝光中有所应用。在这些应用中绿光和蓝光的峰值功率密度都处在光折变损伤域值2-3MW/cm2之下。Takaaki Hatanaka等人制造出了应用PPSLT超晶格为频率转换介质以高平均功率近红外光(1064nm)作为抽运光源的OPO系统，重复频率为1KHz，样品尺寸是18mm×8mm×1mm(长×宽×厚)，利用28、29和30μm的周期在100到250℃可以实现1.43--1.457，1.471--1.51和1.533--1.589μm的信号光和相应波长的闲置光输出，转换效率为27％。在该系统正常工作时并没有出现光折变损伤或光折变损伤现象并不明显。PPSLT光学器件在U.S.patent 6211999中也提到在可见光功率密度大于15MW/cm2仍然可以避免光折变损伤和可见光引起的红外吸收。所以PPSLT超晶格应该可以作为一个非常好的选择用来制造高功率可调范围从可见光到中红外的OPO激光器系统。(参见Topics Appl.Phys.89，141 周期结构的光学超晶格可以用于倍频，和频和差频等参量过程的频率转换。周期结构超晶格的倒格矢可以表示为G=m2πΛ]]>，其中Λ为周期，m为一整数，也就是说所有的倒格矢是一阶倒格矢的整数倍。利用超晶格的参量过程是实现激光变频输出的重要手段。利用多通道的周期、准周期或非周期超晶格来实现以532nm激光为抽运光源的可调波长激光输出。为了利用最大的有效非线性系数，得到最高的转换效率，可以利用周期结构提供的一阶倒格矢来匹配参量过程中的位相失配，从而得到最高的转换效率(Appl.Phys.Lett.，85，188(2004).Ferroelectrics，273，199(2002).Opt.Lett.，29，1775(2004))。周期结构正负电畴的宽度比取为1∶1，使用了周期结构提供的一阶倒格矢(即m＝1)来补偿抽运光和参量光的位相失配。对于用来实现参量转换周期结构，有2π-2πΛ=0]]>其中λpump、λsignal和λidler为抽运光、信号光和闲置光的波长，ne(λpump)、ne(λsignal)和ne(λidler)分别为它们的折射率，Λ为超晶格的周期。利用如下的色散公式来计算折射率ne2(λ,T)=A+B+b(T)λ2-2+Eλ2-F2+Gλ2-H2+Dλ2]]>其中的参数为A＝4.502483B＝7.294×10-3C＝0.185087D＝-2.357×10-2E＝7.3423×10-2F＝0.199595G＝0.001H＝7.99724b(T)＝3.483933×10-8(T+273.15)2c(T)＝1.607839×10-8(T+273.15)21.用一个PPSLT样品，经过仔细的研究和测量，发现光折变损伤在这种铁电材料应用在光参量放大和光参量振荡过程中仍然存在。但是在温度高于80℃时，光折变损伤已经降低到光参量过程正常工作可以接受的程度。而且在一个设定好的谐振腔中在参量振荡产生以后上述光折变损伤现象已经消失。上述色散方程中存在两个未知参量λ和T，λ为所计算波的波长，T为温度。实验中设计了多个通道的结构，这样做的原因是对于单个通道通过调节温度可以使参量光波长在一定范围内可调，通过多通道的设计就可以利用不同的周期结构并辅以温度调谐使参量光可以在比较大的范围内可调，以至于在较大范围内连续可调。从而构造出能实现高效参量光连续可调输出的小型固态激光器。根据以上公式的计算，可以设计一个多通道周期结构，周期分别为8μm，8.5μm，9μm，9.5μm，10μm，10.5μm，11μm。这样通过调整不同的周期，在工作温度从80℃到200℃的情况下，参量光的调谐范围如下表。表一 这个PPSLT样品的尺寸是20mm×8mm×0.83mm(长×宽×厚)。以重复频率为3.5KHz的532nm抽运光为激发光源，经过透镜聚焦在谐振腔中的样品上，可以实现648-940nm信号光和1230-2980nm闲置光输出，光子转换效率达到40％--60％。图2为利用9.5μm周期，样品温度为170℃，输出信号光波长为713.6nm，闲置光波长为2095nm。在谐振腔腔长为40mm时，输入抽运光能量1W时，可以输出信号光318mW，闲置光121mW，能量转换效率44％，斜率效率可以达到63.6％。典型的OPO系统是用周期极化的反转畴结构来实现可调波长输出。每个周期的可调范围受限于晶体的光散射性质随温度的变化程度。如表一中采用七个周期结构，在650nm到3μm的调谐范围内还是会有一些间断。对于SLT晶体，通过计算可以知道要想得到从650nm到3μm的连续可调，至少需要10个周期结构。为了用更少的通道数量，可以设计一个复合结构包含两个或两个以上周期结构的倒格失，这种复合结构可以利用准周期或非周期等结构。设计这样的准周期或非周期结构来减少通道数，将会更加容易应用。如采用准周期结构，要实现从650nm到3μm的连续可调，用一个准周期结构来实现两个周期结构的作用。二组元准周期光学超晶格结构由图2(a)中所示A、B两个基元排列而成，每个基元由一对正负畴构成。设定A、B基元中的正畴宽度相等，用l表示。理论计算准周期结构的倒格矢可以写作如下形式Gm,n=2πm+n&am本文档来自技高网...
【技术保护点】
以化学计量比钽酸锂超晶格为变频晶体的光参量振荡激光器的设置方法：激光器以化学计量比钽酸锂光学超晶格为非线性变频晶体，采用激光器为抽运光源，通过在周期超晶格中改变周期、使用准周期或非周期结构，并辅助以温度调节，实现从可见光到中红外范围宽调谐激光输出。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：祝世宁，高志达，章晨，孔庆昌，塗时雨，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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