【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光技术、非线性频率变换，尤其涉及一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置。
技术介绍
1、由于激光器产生的波长受到增益介质能级结构的影响，因此很多波长不能直接产生，伴随着其他波长光源在实际应用中的需要，波长转换技术逐渐受到人们的重视，成为非线性光学中的重点研究项目，利用准相位匹配技术实现非线性频率转换成为拓宽激光频率的有效途径。窄线宽的激光器，近几年已广泛应用在引力波探测、激光雷达、分布式传感、高速相干光通信等领域，因此在极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光具有重要意义。
2、单块周期极化铌酸锂晶体在特定阶的准相位匹配下，只能提供单一的倒格矢补偿其相位失配，输出单一特定频率的波长。在不采用外部方法扩展非线性频率转换时，必须通过增加晶体块数以提供多个非线性频率转换所需的倒格矢才能实现。目前，已有许多调谐手段，包括温度调谐、电场调谐、角度调谐等，然而，温度调谐存在几个问题，包括对高精度温度控制设备的要求，温度漂移对波长稳定性的影响，高低温切换的响应时间长，以及高温下晶体寿命容易退化。另一方面，多种调谐方法的结合增加了实验操作的复杂性和结果分析的不确定性。电场调谐技术可以在一定程度上解决上述问题，尽管如此，均匀电场法场应用于ppln晶体不提供调谐。均匀电场引起的电光扰动会产生非线性参数相互作用的相位匹配变化，但在对称晶体中它们会相互抵消，并且周期场仅从晶体表面穿透到一定深度。入射角作为准相位匹配中的一种替代调谐方法，通过改变泵浦光直接从空气入射至晶体端面的角度，在角度准相位匹配方案下，的确能产生可调谐的窄带激
技术实现思路
1、为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本专利技术的目的在于提供一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置。
2、本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，包括：
4、可调谐纳秒、皮秒、甚至飞秒等窄带激光器泵浦源模块；
5、可操纵的非线性变频模块，由两个半圆柱棱镜和单块非线性极化晶体组合成，且非线性极化晶体设置在两个半圆柱棱镜之间；
6、基于改变泵浦光在非线性极化晶体内部角度为主导，根据准相位匹配条件，旋转非线性极化晶体，同时紧贴着非线性极化晶体的半圆柱棱镜前后移动，完成光入射、非线性效应产生、光出射三个过程；其中，泵浦光从空气中不同角度入射至第一个半圆柱棱镜光心，其过程不改变角度偏转以实现第一个过程，光由光心入射至非线性极化晶体，发生内部角度偏折产生非线性效应，最终光从晶体出射端口经第二个半圆柱棱镜光心射出至空气中，以接收采集。
7、对上述方案进一步改进为，所述泵浦光以te偏振模式不同角度入射非线性变频模块，振动方向平行于晶轴z轴，进入非线性极化晶体中的光为非寻常光，推导倍频过程中泵浦光在非线性极化晶体不同内部角度下的相位失配。
8、对上述方案进一步改进为，所述泵浦光斜入射非线性极化晶体产生二次谐波，假定晶体的x方向相位匹配，晶体的y方向相位失配，仅考虑y方向发生非线性频率转换，利用非线性晶体提供的倒格矢结构实现准相位匹配。
9、对上述方案进一步改进为，所述非线性极化晶体的极化周期、啁啾度、占空比、晶体规格等数值组合可调，以使所述非线性极化晶体的倒格矢呈现为分布在不同位置的若干个窄带倒格矢锋或极窄带的倒格矢带，能够有效补偿多阶准相位匹配非线性频率转换过程的相位失配量。
10、对上述方案进一步改进为，所述非线性极化晶体的极化周期为24μm，啁啾度为0，通光长度为5mm，宽度为12mm，提供沿着通光方向的倒格矢结构，能够有效补偿1-10阶准相位匹配非线性频率转换过程的相位失配量。
11、对上述方案进一步改进为，所述非线性极化晶体的若干个窄带倒格矢锋或倒格矢带在不同内部角度下，分别对应不同波长的可调谐基频光参与非线性频率转换过程，且每个倒格矢能够在特定晶体内部角度下能够有效衔接前一个倒格矢补偿的非线性频率转换过程的相位失配量，通过多阶准相位匹配的若干个倒格矢完成产生极宽频谱可调谐的二次谐波，由1-10阶准相位匹配产生可调谐倍频，覆盖基频光可达到750nm-2700nm，并单独由1阶准相位匹配继续产生覆盖更长波的可调谐倍频，覆盖基频光可达到2700nm-4900nm的宽谱范围，从而产生在325nm-2450nm范围连续可调谐的高效窄带倍频。需要说明的是，基于上述所给出的非线性极化晶体的具体设计参数下，利用多阶准相位匹配机制和角度调谐方案能够产生的连续可调谐的高效窄带倍频范围，仅是为了更好地展示和方便理解，而不应该成为限制本专利技术所保护的权利范围，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
12、对上述方案进一步改进为，所述的第一个半圆柱棱镜的平面端紧贴非线性极化晶体入光的一侧，以完成光入射过程，其折射率接近但仍低于非线性极化晶体；根据斯涅尔定律，由非线性极化晶体内部角度计算半圆柱棱镜的入射角度，并控制泵浦光从空气中入射垂直至半圆柱棱镜柱面端，方向过半圆柱棱镜光心，传播过程保持该入射角度。
13、对上述方案进一步改进为，所述的第二个半圆柱棱镜的平面端紧贴非线性极化晶体出光的一侧，以完成光出射过程，其折射率接近但仍高于非线性极化晶体；操纵光从非线性极化晶体出端口经第二个半圆柱棱镜平面端的光心入射，根据斯涅尔定律，光在第二个半圆柱棱镜发生偏折，并保持该折射角度垂直通过柱面端出射接收采集。
14、对上述方案进一步改进为，两个所述半圆柱棱镜的材料、半径、厚度可改变，所述半圆柱棱镜可移动，以更好与非线性极化晶体组合成可操纵的非线性变频模块。
15、对上述方案进一步改进为，所述可调谐窄带激光器泵浦源模块包括激光器、半波片和平凸透镜；激光器用于产生激光，激光依次经过半波片和平凸透镜后，入射非线性变频模块。
16、本专利技术的有益效果包括：
17、(1)本专利技术的一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，通过两个半圆柱棱镜和单块非线性极化晶体(ppln)组成的非线性光学变频模块，摒弃了传统的入射光从空气中直接聚焦进入样品的方法，传统角度调谐的方法即使外部入射角度理想化调节至90°，铌酸锂内部角度偏转大致30°，这极大限制了非线性频率转换频谱的范围，本专利技术利用新型组合式的变频模块和ppln样品内部角度调谐方案，通过多阶准相位匹配机制，能够产生大致750nm-4900nm极宽带单色可调谐激光的装置，有效拓宽非线性频率转换频谱。
18、(2)本专利技术设计的窄带非线性极化晶体具有结构灵活可控，易于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，其特征在于，所述泵浦光以TE偏振模式不同角度入射非线性变频模块，振动方向平行于晶轴z轴，进入非线性极化晶体中的光为非寻常光，推导倍频过程中泵浦光在非线性极化晶体不同内部角度下的相位失配。
3.根据权利要求1所述的一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，其特征在于，所述泵浦光斜入射非线性极化晶体产生二次谐波，假定晶体的x方向相位匹配，晶体的y方向相位失配，仅考虑y方向发生非线性频率转换，利用非线性晶体提供的倒格矢结构实现准相位匹配。
4.根据权利要求1所述的一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，其特征在于，所述非线性极化晶体的极化周期、啁啾度、占空比、晶体规格可调，具备沿着y方向的一系列极化方向的正负畴结构，以使所述非线性极化晶体的倒格矢呈现为分布在不同位置的若干个窄带倒格矢锋或极窄带的倒格矢带，能够有效补偿多阶准相位匹配非线性频率转换过程的相位失配量。
5.根据权利要求4所述的一种极宽频谱
6.根据权利要求5所述的一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，其特征在于，所述非线性极化晶体的若干个窄带倒格矢锋或倒格矢带在不同内部角度下，分别对应不同波长的可调谐基频光参与非线性频率转换过程，且每个倒格矢能够在特定晶体内部角度下能够有效衔接前一个倒格矢补偿的非线性频率转换过程的相位失配量，通过多阶准相位匹配的若干个倒格矢完成产生极宽频谱可调谐的二次谐波，由1-10阶准相位匹配产生可调谐倍频，覆盖基频光可达到750nm-2700nm，并单独由1阶准相位匹配继续产生覆盖更长波的可调谐倍频，覆盖基频光可达到2700nm-4900nm的宽谱范围，从而产生在325nm-2450nm范围连续可调谐的高效窄带倍频。
7.根据权利要求1所述的一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，其特征在于，所述的第一个半圆柱棱镜的平面端紧贴非线性极化晶体入光的一侧，以完成光入射过程，其折射率接近但仍低于非线性极化晶体；根据斯涅尔定律，由非线性极化晶体内部角度计算半圆柱棱镜的入射角度，并控制泵浦光从空气中入射垂直至半圆柱棱镜柱面端，方向过半圆柱棱镜光心，传播过程保持该入射角度。
8.根据权利要求1所述的一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，其特征在于，所述的第二个半圆柱棱镜的平面端紧贴非线性极化晶体出光的一侧，以完成光出射过程，其折射率接近但仍高于非线性极化晶体；操纵光从非线性极化晶体出端口经第二个半圆柱棱镜平面端的光心入射，根据斯涅尔定律，光在第二个半圆柱棱镜发生偏折，并保持该折射角度垂直通过柱面端出射接收采集。
9.根据权利要求1所述的一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，其特征在于，两个所述半圆柱棱镜的材料、半径、厚度可改变，所述半圆柱棱镜可移动，以更好与非线性极化晶体组合成可操纵的非线性变频模块。
10.根据权利要求1所述的一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，其特征在于，所述可调谐窄带激光器泵浦源模块包括激光器、半波片和平凸透镜；激光器用于产生激光，激光依次经过半波片和平凸透镜后，入射非线性变频模块。
...【技术特征摘要】
1.一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，其特征在于，所述泵浦光以te偏振模式不同角度入射非线性变频模块，振动方向平行于晶轴z轴，进入非线性极化晶体中的光为非寻常光，推导倍频过程中泵浦光在非线性极化晶体不同内部角度下的相位失配。
3.根据权利要求1所述的一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，其特征在于，所述泵浦光斜入射非线性极化晶体产生二次谐波，假定晶体的x方向相位匹配，晶体的y方向相位失配，仅考虑y方向发生非线性频率转换，利用非线性晶体提供的倒格矢结构实现准相位匹配。
4.根据权利要求1所述的一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，其特征在于，所述非线性极化晶体的极化周期、啁啾度、占空比、晶体规格可调，具备沿着y方向的一系列极化方向的正负畴结构，以使所述非线性极化晶体的倒格矢呈现为分布在不同位置的若干个窄带倒格矢锋或极窄带的倒格矢带，能够有效补偿多阶准相位匹配非线性频率转换过程的相位失配量。
5.根据权利要求4所述的一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，其特征在于，所述非线性极化晶体的极化周期为24μm，啁啾度为0，通光长度为5mm，宽度为12mm，提供沿着通光方向的倒格矢结构，能够有效补偿1-10阶准相位匹配非线性频率转换过程的相位失配量。
6.根据权利要求5所述的一种极宽频谱内产生连续可调谐窄带激光的装置，其特征在于，所述非线性极化晶体的若干个窄带倒格矢锋或倒格矢带在不同内部角度下，分别对应不同波长的可调谐基频光参与非线性频率转换过程，且每个倒格矢能够在特定晶体内部角度下能够有效衔接前一个倒格矢补偿的非线性频率转...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。