低泵浦阈值高转换效率的脉冲中远红外激光光参量振荡器制造技术

本发明专利技术提出低泵浦阈值高转换效率的脉冲中远红外激光光参量振荡器，包括：激光泵浦源、光参量谐振腔、多个参量晶体、一个倍频晶体、多个反射镜；光参量谐振腔包括第一回字型谐振光路和第二回字型谐振光路组成的双回字型谐振腔；各个反射镜与谐振光路的光轴成预定夹角；构成光参量谐振腔的第一回字型谐振光路和第二回字型谐振光路；激光泵浦源的激光透过第一反射镜M1注入第一回字型谐振光路和第二回字型谐振光路，倍频晶体放置在第二反射镜M2和第三反射镜M3之间；或放置在第五反射镜M5和第六反射镜M6之间；参量晶体放置在第一反射镜M1和第二反射镜M2之间和第三反射镜M3和第四反射镜M4之间；第四反射镜M4是闲频光输出镜。第四反射镜M4是闲频光输出镜。第四反射镜M4是闲频光输出镜。

【技术实现步骤摘要】
低泵浦阈值高转换效率的脉冲中远红外激光光参量振荡器


[0001]本专利技术属非线性激光晶体
，尤其涉及一种低泵浦阈值高转换效率的脉冲中远红外激光光参量振荡器。

技术介绍

[0002]当前，中远红外激光在光电对抗、环境监测、医学、分子光谱学等领域有着广泛而重要的应用。光参量振荡器(OPO)可将成熟的1μm激光转换为中远红外激光，并具有全固化、小型化、输出波长宽波段可调、结构简单等优点。
[0003]但在脉冲激光泵浦的OPO中，低泵浦阈值和高泵浦转换效率是一对矛盾，在OPO腔镜对信号光的反射率较高的条件下，当泵浦能量较低时，腔内的信号光也能振荡增强至阈值能量附近，因此泵浦阈值较低；当泵浦能量较高时，腔内的信号光功率密度过高，此时信号光会向泵浦光进行逆转换，逆转换过程将会严重影响泵浦光的转换效率，因此泵浦转换效率较低。在OPO腔镜对信号光的反射率较低的条件下，当泵浦能量较低时，腔内的信号光很难振荡增强至阈值能量附近，因此泵浦阈值较高；当泵浦能量较高时，由于腔镜反射率较低，因此腔内的信号光功率密度不太高，此时逆转换程度较小，因此泵浦转换效率较高。
[0004]此外，在同一OPO腔内还存在逆转换程度在空间和时间上不一致的情况。脉冲泵浦激光在空间和时间上一般遵循高斯分布，在脉冲时间中心和光斑中心处，泵浦光能量较强，逆转换程度较高；在脉冲起始段、结束段和光斑边缘处，泵浦光能量较弱，逆转换程度较低；OPO腔内逆转换程度的不平衡也是导致低阈值和高转换效率矛盾的重要原因。
[0005]降低阈值最常见的技术手段就是提高OPO腔镜对信号光的反射率。2002年，张宽收等人利用对信号光高反射率的OPO腔镜，获得了低泵浦阈值的中红外激光输出。在1.06μm激光泵浦PPLN输出2.12μm的条件下，当OPO前后腔镜对信号光的反射率分别为99.8％和99.2％时，泵浦阈值仅为1.5mW，但此时输出的中红外激光能量较小。当泵浦能量为阈值功率的4倍时，转换效率为15％。文中提到，如果提高OPO腔镜对信号光的透射率，同一设计条件下可以获得更高的功率的中红外激光输出。
[0006]提高泵浦转换效率最常见的技术手段就是降低OPO腔镜对信号光的反射率。2017年，Wang L等人利用对信号光低反射率的OPO腔镜，获得了高转换效率的中红外激光输出。在2.09μm激光泵浦ZGP输出3.6
‑
4.8μm激光时，当OPO前后腔镜对信号光的反射率分别为高反和50％时，转换效率最高达到了75.7％。
[0007]除了OPO腔镜反射率会对泵浦阈值和泵浦转换效率产生影响之外，非线性晶体对参量光的吸收也会影响阈值和转换效率。以1.06um泵浦KTP和KTA输出人眼安全波段激光(1.6um)为例，此时参量光(3.2um)在OPO腔内振荡，由于KTP在3.2um波段的吸收要高于KTA，参量光在腔内振荡时损耗较大，因此同一设计条件下KTP OPO的泵浦阈值要高于KTA OPO，但转换效率高于KTA OPO。2015年，Li H等人用1.06um激光泵浦KTA OPO输出1.57um激光，转换效率约为26％。相似条件下，2018年，M.Kaskow等人用1.06um激光本浦KTP OPO输出1.57um激光，转换效率约为51％。
[0008]科研人员还探索了其他提高泵浦转换效率的方法，例如利用参量晶体将泵浦光和信号光倍频以消耗信号光、双波长激光泵浦参量晶体等。
[0009]2015年，蒋涛等人利用泵浦产生的信号光(1300
‑
1500nm)与泵浦光(1064nm)和频产生红橙光，获取可见光的同时降低了腔内的信号光强度。
[0010]2021年，Wang P等人将1060nm和1120nm的光纤激光注入PPLN中，1060nm激光泵浦PPLN产生信号光(1627nm)和闲频光(3042nm)，1120nm的泵浦光再与信号光(1627nm)差频产生3593nm的闲频光，该设计消耗了腔内一部分信号光，抑制了逆转换，同时输出两个波长的中红外激光(3042nm、3593nm)。
[0011]现有技术的方案之一如附图1所示，利用泵浦产生的信号光(1300
‑
1500nm)与泵浦光(1064nm)和频产生红橙光。
[0012]如图1所示，M1
‑
M3镜之间产生1064nm的泵浦光，M3
‑
M4之间为OPO，产生中红外激光和红橙光。其中，M3镜对1064nm激光高透，对1300
‑
1500nm信号光、580
‑
650nm红橙光、2.5
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4.5μm闲频光高反。M4对2.5
‑
4.5μm闲频光、580
‑
650nm红橙光高透，对1300
‑
1500nm信号光高反。
[0013]通过调节PPLN晶体的温度来改变信号光和闲频光的波长，并获得不同波长的红橙光。
[0014]现有技术的方案二：双波长泵浦PPLN晶体。如图2所示，M1和M2镜对泵浦光(1
‑
1.2μm)和闲频光(3
‑
4μm)高透，对信号光(1.4
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1.7μm)高反。泵浦光1060nm激光泵浦PPLN，输出1627nm的信号光和3042nm的闲频光，泵浦光1120nm激光与产生的1627nm信号光差频产生3593nm的闲频光。
[0015]固定1060nm激光能量，通过调节输入的1120nm激光能量，获得高转换效率的中红外激光输出。
[0016]方案一的缺点在于PPLN晶体既作为光参量振荡晶体将泵浦光转换为信号光和闲频光，又作为和频晶体将信号光和泵浦光转换为红橙光，因此在相位匹配上难以做到既兼容光参量振荡过程又兼容和频过程，转换效率受限。
[0017]方案二的缺点在于需要两个泵浦光同时工作，增加了系统的复杂性。

技术实现思路

[0018]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种低泵浦阈值高转换效率的脉冲中远红外激光光参量振荡器，其特征在于，所述光参量振荡器包括激光泵浦源、光参量谐振腔、多个参量晶体、一个倍频晶体、多个反射镜；
[0019]所述光参量谐振腔包括第一回字型谐振光路和第二回字型谐振光路组成的双回字型谐振腔；
[0020]所述多个反射镜包括第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3、第四反射镜M4、第五反射镜M5和第六反射镜M6；各个反射镜与通过所述双回字型谐振腔光路的光轴成预定夹角；；
[0021]所述第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3与第四反射镜M4构成光参量谐振腔的第一回字型谐振光路；
[0022]所述第一反射镜M1、第五反射镜M5、第六反射镜M6与第四反射镜M4构成光参量谐
振腔的第二回字型谐振光路；
[0023]所述第五反射镜M5位于第二反射镜M2外侧的光轴延长线上，所述第六反射镜M6位于第三反射镜M3外侧的光轴延长线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低泵浦阈值高转换效率的脉冲中远红外激光光参量振荡器，其特征在于，所述光参量振荡器包括激光泵浦源、光参量谐振腔、多个参量晶体、一个倍频晶体、多个反射镜；所述光参量谐振腔包括第一回字型谐振光路和第二回字型谐振光路组成的双回字型谐振腔光路；所述多个反射镜包括第一反射镜(M1)、第二反射镜(M2)、第三反射镜(M3)、第四反射镜(M4)、第五反射镜(M5)和第六反射镜(M6)；各个反射镜与通过所述双回字型谐振腔光路的光轴成预定夹角；所述第一反射镜(M1)、所述第二反射镜(M2)、所述第三反射镜(M3)与所述第四反射镜(M4)构成所述光参量谐振腔的所述第一回字型谐振光路；所述第一反射镜(M1)、所述第五反射镜(M5)、所述第六反射镜(M6)与所述第四反射镜(M4)构成所述光参量谐振腔的所述第二回字型谐振光路；所述第五反射镜(M5)位于所述第二反射镜(M2)外侧的光轴延长线上，所述第六反射镜(M6)位于所述第三反射镜(M3)外侧的光轴延长线上；所述激光泵浦源的激光透过所述第一反射镜(M1)注入所述第一回字型谐振光路和所述第二回字型谐振光路，经过所述第二反射镜(M2)、所述第三反射镜(M3)、所述第四反射镜(M4)反射后由所述第一反射镜(M1)透射出所述第一回字型谐振光路；同时所述激光透过所述第一反射镜(M1)注入所述第二回字型谐振光路，经过所述第五反射镜(M5)、所述第六反射镜(M6)、所述第四反射镜(M4)反射后由所述第一反射镜(M1)透射出所述第一回字型谐振光路；所述倍频晶体放置在所述第二反射镜(M2)和所述第三反射镜(M3)之间；或者所述倍频晶体放置在所述第五反射镜(M5)和所述第六反射镜(M6)之间；同时在所述第一反射镜(M1)和第二反射镜(M2)之间以及所述第三反射镜(M3)和第四反射镜(M4)之间放置所述参量晶体；所述第四反射镜(M4)是输出闲频光的闲频光输出镜。2.如权利要求1所述的光参量振荡器，其特征在于，所述倍频晶体是LBO晶体；所述参量晶体为BGSe晶体或KTA晶体。3.如权利要求2所述的光参量振荡器，其特征在于，所述激光泵浦源的激光为Nd：YAG脉冲激光器，所述激光的脉冲宽度为ns级；所述激光的光斑半径≥2mm。4.如权利要求1所述的光参量振荡器，其特征在于，当所述倍频晶体放置在所述第二反射镜(M2)和所述第三反射镜(M3)之间时，由所述第三反射镜(M3)作为输出信号光的倍频光的倍频光输出镜；当所述倍频...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞进田，孔辉，孙晓泉，叶庆，郭磊，徐海萍，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：