多波长同时输出全固态可调谐激光光源制造技术

一种多波长同时输出全固态可调谐激光光源，包括一级泵浦源，一级耦合系统，二级泵浦源，二级耦合系统，光学参量振荡腔。一级泵浦源包括由第一平面镜和第二平面镜（Ｍ２）构成的平－平腔结构，在第一平面镜和第二平面镜之间自第一平面镜开始依次设有对基频光进行调制的开关器件、最初光学泵浦源、谐波反射镜和倍频晶体。二级泵浦源的谐振腔由第三、第四两个平面镜和第五平面镜构成，在上述第一耦合透镜的焦点处设置钛宝石晶体，在第三、第四两个平面镜和钛宝石晶体之间设有棱镜。光学参量振荡腔由后镜和输出镜构成，在第二耦合透镜焦点附近设置ＰＰＬＮ晶体。本发明专利技术的多波长同时输出可调谐激光光源可获得０．７～５μｍ的高功率、高光束质量的１０波长同时输出可调谐光源，可作为光通信波分复用系统中的信号源、信号转换器或放大器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光光源，尤其涉及一种多波长同时输出全固态可调谐激光光源。
技术介绍
目前的可调谐光源多为单波长、双波长或宽谱带运转，但是，在光通讯、光动力学医疗、光计算、非线性频率变换、军事对抗、环境监测、激光遥感、激光雷达及光谱学研究等许多重要领域，往往希望一台激光器能够同时输出两种或两种以上波长的可调谐激光。申请号为94119042，名称为“多波长光参量激光器”的专利，利用非线性光学晶体在光参量过程中的角度调谐相位区配折返现象。调节非线性晶体的匹配角度，产生不同频率的参量激光。根据该专利提供的技术方案，在折反区内只能同时得到四个不同频率的相干光构成多波长光参量激光器。申请号为01106708，名称为“全固体多波长激光器”是一种全固态激光器，具有结构紧凑、性能稳定、操作简单、转换效率高的优点，但其能实现的415nm及倍频得到的208nm紫外光在大气污染检测方面没有应用价值。申请号为01119589，名称为“一种声光调Q的多波长激光器”，采用了五块激光晶体来实现多个基频光输出，还需要另外采用倍频晶体，这会给系统构造复杂，增加不稳定性，不易于操作。申请号为03125088，名称为“多波长同时运转的连续激光器”的专利公开了一种多波长同时运转的连续激光器，使用一台激光器同时实现三种基频波长的运转，进而通过倍频方式在同一台激光器上同时实现红、绿、蓝三基色激光输出。该专利仅实现红、绿、蓝三个可见光波长，而且由于一种连续运转的激光器，输出功率受到限制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提出一种全固态激光器功率水平高、结构简单紧凑而体积小，多波长同时输出的全固态可调谐激光光源。本专利技术采用的技术方案是一种多波长同时输出全固态可调谐激光光源，包括一级泵浦源，一级耦合系统，二级泵浦源，二级耦合系统，光学参量振荡腔。一级泵浦源包括由第一平面镜(M1)和第二平面镜(M2)构成的平—平腔结构，在第一平面镜(M1)和第二平面镜(M2)之间自第一平面镜(M1)开始依次设有对基频光进行调制的开关器件(Q)、最初光学泵浦源、谐波反射镜和倍频晶体。一级耦合系统包括第一耦合透镜，用以将一级泵浦源产生的泵浦光耦合进二级泵浦源的谐振腔。二级泵浦源的谐振腔由第三、第四两个平面镜(M3，M4)和第五平面镜(M5)构成，在上述第一耦合透镜(L1)的焦点处设置钛宝石晶体，在第三、第四两个平面镜(M3，M4)和钛宝石晶体之间设有棱镜。二级耦合系统包括第二耦合透镜(L2)，用以将二级泵浦源产生的泵浦光耦合进光学参量振荡腔。光学参量振荡腔由后镜(M6)和输出镜(M7)构成，在第二耦合透镜(L2)焦点附近设置PPLN(周期极化铌酸锂)晶体其中，最初光学泵浦源为按照等边三角形排列、采用侧向泵浦方式泵浦激光介质的激光二极管阵列，激光介质为Nd:YAG，尺寸为φ3×80mm，两端磨成平面，镀基频光的增透膜，由流动的冷却水对激光二极管阵列和激光介质提供冷却。倍频晶体为KTP晶体，采用II类相位匹配，切割角为θ＝90°，φ＝23.6°，尺寸为6×6×10mm，两面镀基频光和倍频光的增透膜。钛宝石晶体的中心轴线垂直于晶轴，具有两个以布儒斯特角切割的通光端面，且所述两个通光端面的法线均与晶轴处于同一平面内，在布儒斯特入射面内的泵浦光的偏振方向与晶轴一致。钛宝石晶体通光方向长度为15mm，截面是边长为5mm的正方形。构成二级泵浦源谐振腔的第三和第四两个平面镜(M3，M4)的空间位置均可以调节。PPLN晶体的极化周期为20.5um，其端面镀750～850nm和OPO输出波段镀增透膜，固定在温控炉中，温控炉温度在常温到473K可以连续变化。作为更进一步的优化方案第一平面镜(M1)镀1064nm高反膜；开关器件(Q)的重复频率为5kHz，镀1064nm增透膜；谐波反射镜镀1064nm增透膜和532nm高反膜；构成谐振腔的第三和第四两个平面镜(M3，M4)镀700～900nm高反膜；构成谐振腔的第五平面镜(M5)镀532nm高反膜，镀700～900nm的半透膜，透过率为20％；后镜(M6)镀750～850nm以及OPO输出波段的高反膜；输出镜(M6)，曲率半径为60mm，镀750～850nm高反膜和OPO输出波段的半透膜，透过率约为15％。本专利技术所带来的有益效果(1)本专利技术全部采用全固态器件，其结构紧凑、牢固耐用、价格较低。(2)一级泵浦装置采用LD作为原始泵浦源，倍频晶体为KTP，用声光Q开关进行频率调制以实现高峰值功率的准连续运转。(3)二级泵浦装置所产生的钛宝石激光的脉宽与一级泵浦源所产生的泵浦光相比可降低一个数量级，极大地提高了峰值功率，是PPLN参量振荡器的理想泵浦源。(4)利用钛宝石双波长激光器波长泵浦PPLN-OPO，利用波长调谐曲线具有ε型回转的特性，不改变PPLN的极化周期，双波长泵浦可实现4组信号光和闲频光共八个波长，再考虑两束泵浦光，获得覆盖0.7～5μm的高功率、高光束质量的10波长同时输出可调谐光源。附图说明图1为本专利技术的整体结构图具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术的整体结构图如图1所示。M1是1064nm全反镜，M2是钛宝石激光器的532nm泵浦光输出镜，对1064nm光全反，对532nm光高透。M1，M2组成钛宝石激光器的绿光泵浦源，采用具有增益高、激光介质内部模体积大的传统直腔型平-平腔结构，整个谐振腔长定为330mm。采用中科院半导体所生产的高功率半导体阵列激光器作为最初光学泵浦源，为按照等边三角形排列、采用侧向泵浦方式泵浦激光介质的激光二极管阵列，四组三条激光二极管条对称地排列在YAG棒周围，能够均匀地泵浦激活介质YAG棒。每组二极管条由100个功率为200mW的二极管组成，二极管连续工作，总的最大泵浦功率为240W。整个泵浦组件(包括激光二极管和YAG棒)由流动的冷却水提供冷却。激光介质的尺寸为φ3×80mm，两端磨成平面，镀1064nm的增透膜。声光Q开关由英国GOOCH公司生产，其中晶体为φ8×10×50mm的熔石英，驱动功率为100W，工作频率为27MHz，衍射效率为20％，其调制频率为1～50kHz，有效通光口径15×15mm，镀1064nm增透膜。谐波反射镜对1064nm光高透，对532nm光高反，以提高倍频转换效率。KTP晶体采用II类相位匹配角切割(θ＝90°，φ＝23.6°)，尺寸为6×6×10mm，两面镀532nm和1064nm的增透膜。为了使532nm泵浦光与钛宝石振荡光模式更好的匹配，获得更高的功率密度，使用一个焦距为150mm的聚焦透镜L1把泵浦光汇聚到钛宝石腔中，钛宝石晶体放在泵浦光光束的焦点处。钛宝石晶体通光方向长度为15mm，截面是边长为5mm的正方形。使钛宝石棒的中心轴线垂直于晶轴c，两通光端面以布儒斯特角切割，且使两通光表面的法线与晶轴c处于同一平面内。在布儒斯特入射面内的泵浦光的偏振方向与c轴一致。采用平平腔组成钛宝石激光的谐振腔，腔长约200mm，晶体大概放在腔的中心位置。M3、M4全反镜为700～900nmHR，输出镜镀膜在700～900nm，透过率为25％。通过调整M3、M4全反镜的位置，实现可调谐的双波长同步输出。M，M’是钛宝石波段的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多波长同时输出全固态可调谐激光光源，包括一级泵浦源，一级耦合系统，二级泵浦源，二级耦合系统，光学参量振荡腔，其特征是：所述一级泵浦源包括由第一平面镜（Ｍ１）和第二平面镜（Ｍ２）构成的平－平腔结构，在第一平面镜（Ｍ１）和第二平面镜 （Ｍ２）之间自第一平面镜（Ｍ１）开始依次设有对基频光进行调制的开关器件（Ｑ）、最初光学泵浦源、谐波反射镜和倍频晶体；所述一级耦合系统包括第一耦合透镜，用以将一级泵浦源产生的泵浦光耦合进二级泵浦源的谐振腔；所述二级泵浦源的谐振 腔由第三、第四两个平面镜（Ｍ３，Ｍ４）和第五平面镜（Ｍ５）构成，在上述第一耦合透镜（Ｌ１）的焦点处设置钛宝石晶体，在第三、第四两个平面镜（Ｍ３，Ｍ４）和钛宝石晶体之间设有棱镜；所述二级耦合系统包括第二耦合透镜（Ｌ２），用以将二级泵浦 源产生的泵浦光耦合进光学参量振荡腔；所述光学参量振荡腔由后镜（Ｍ６）和输出镜（Ｍ７）构成，在第二耦合透镜（Ｌ２）焦点附近设置ＰＰＬＮ晶体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁欣，姚建铨，邹雷，温午麒，邹跃，马红梅，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]