一种产生高效率窄线宽中红外激光的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种产生高效率窄线宽中红外激光的装置及方法，包括泵浦源和OPO以及两级OPA，所述的装置还包括：用于将闲频光和泵浦光重合并会聚到非线性晶体中的耦合透镜；用于将信号光和闲频光分开的双色镜；用于将闲频光和泵浦光分开的双色镜；发明专利技术还公开了一种不用在OPO腔内插入线宽控制器件得到窄线宽中红外激光输出的方法：通过调整晶体中泵浦光斑大小控制其发散角，通入合适的泵浦功率获得窄线宽种子光输出，在放大过程中同样选择合适的泵浦功率和泵浦光斑大小，并合理分配两级间的泵浦功率获得高功率窄线宽的中红外输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固体激光
，尤其涉及一种产生高效率窄线宽中红外激光的装置及方法。
技术介绍
光学参量振荡(OPO)及光学参量振荡放大技术(OPA)是目前产生高功率中红外激光的常用方法，通常称OPO中输出波长较短的光为信号光，波长较长的光为闲频光。准相位匹配技术(QPM)相比于双折射相位匹配技术没有波矢方向和偏振方向的限制可以通过适当的选择偏振光束，利用晶体最大非线性系数，采用非临界相位匹配方式，消除光束之间的走离效应，而PPMg:OLN晶体具有较高的有效非线性系数，较高的抗损伤阈值和可调谐范围广等特点被广泛应用于中红外激光的产生。但是其输出光线宽较宽，并且随输入光波长的变化而变化,输出的高功率参量光线宽一般为几纳米到几十纳米。当前的研究热点是在OPO腔中加入光谱压缩器件如体布拉格光栅，F-P标准具等来控制参量光的线宽，然后通入一级OPA中进行放大，但这些器件的加入增加了光路装调的难度，提高了参量振荡阈值，减小了参量转换效率，并且造价昂贵。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种产生高效率窄线宽中红外激光的装置及方法，不需要在OPO腔中加入光谱压缩器件，通过选择泵浦光在晶体中的发散角大小和合理分配两级OPA中泵浦功率来控制线宽，包括OPO中的泵浦光发散角大小和两级OPA中的泵浦光和闲频光发散角大小。专利技术所采用的具体技术方案如下：一种产生高效率窄线宽中红外激光的装置，包括：泵浦源、第一半波片、第二半波片、第三半波片、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第一偏振片、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第二偏振片、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第三偏振片、镜面法线与光路呈27°角放置的第一反射镜、镜面法线与光路呈27°角放置的第二反射角镜、镜面法线与光路呈27°角放置的第三反射角镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜、第九反射镜、第十反射镜、第十一反射镜、第一双色镜、第二双色镜、第三双色镜、第四双色镜、第五双色镜、第六双色镜、第七双色镜、第一耦合透镜、第二耦合透镜、第三耦合透镜、第四耦合透镜、第五耦合透镜、第一非线性晶体、第二非线性晶体、第三非线性晶体、光隔离器；泵浦源发出的光经过第一半波片后由第一偏振片分光，第一偏振片分光形成的反射光依次经第一反射镜、第四反射镜、第一耦合透镜、第五反射镜、光隔离器、第六反射镜、第六双色镜、第一非线性晶体、第七双色镜后由第一双色镜分光，第一双色镜分光后的透射光经第九反射镜、第四耦合透镜后由第二双色镜反射；第一偏振片分光形成的透射光经过第二半波片后由第二偏振片分光，第二偏振片分光后形成的反射光依次通过第二反射角镜、第二耦合透镜、第七反射镜后由第二双色镜透射；第二双色镜反射或透射形成的光经过第二非线性晶体后由第三双色镜分光，第三双色镜分光形成的反射光依次通过第十反射镜、第十一反射镜、第五耦合透镜后由第四双色镜反射；第二偏振片分光后形成的透射光依次通过第三半波片、第三偏振片、第三反射角镜、第三耦合透镜、第八反射镜后由第四双色镜透射；第四双色镜反射或透射形成的光通过第三非线性晶体后由第五双色镜进行分光。作为优选，所述的泵浦源输出的光为线偏光，中心波长为1064nm，线宽为0.05nm，光束质量小于1.5；作为优选，所述的第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜与光路呈45°放置，均镀有1064nm高反膜；作为优选，所述的第九反射镜、第十反射镜与光路呈45°放置，均镀有2.9μm高反膜；作为优选，所述的第一双色镜与光路呈45°放置，对1.67μm的信号光高反，对2.9μm的光高透；所述的第二双色镜、第三双色镜、第四双色镜、第五双色镜与光路呈45°放置，对1064nm高透，对2.9μm高反；作为优选，所述的第六双色镜与光路垂直放置，其对信号光1.67μm和闲频光2.9μm的光高反，且镀有1064nm的减反膜；作为优选，所述的第七双色镜与光路垂直放置，其对1064nm的光高反，对1.67μm的光部分反射，对2.9μm的光高透；作为优选，所述的第一耦合透镜、第二耦合透镜、第三耦合透镜为单透镜或透镜组，材料为K9玻璃，镀有1064nm光的高透膜；所述的第四耦合透镜、第五耦合透镜为单透镜或透镜组，材料为CaF2，镀有2.9μm光的高透膜；作为优选，所述的第一非线性晶体、第二非线性晶体、第一非线性晶体材料为0.5at.％掺MgO的PPLN晶体，其表面镀有1064nm的减反膜和1.67μm以及2.9μm的高透膜；本专利技术同时提供了一种采用所述装置的控制窄线宽中红外激光输出的方法，它的步骤如下：1)泵浦源发出的光经过第一偏振片分光，反射光经过第一反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜入射到由第六双色镜、第七双色镜以及第一非线性晶体组成的OPO系统中，再利用第一耦合透镜将泵浦光聚焦在OPO系统的PPLN晶体中心，控制光斑直径为0.7mm以减小发散角，为提高转换效率降低阈值泵浦光经过第七双色镜反射后再次通过第一非线性晶体，转动第一半波片调节泵浦光功率，当泵浦功率大于OPO阈值时信号光在OPO腔中振荡，闲频光随信号光在腔中传输，但只在腔中往返一次就由第七双色镜输出，调节泵浦功率是OPO阈值功率的2为3倍时，输出信号光线宽为0.25nm，闲频光线宽为0.75nm；2)泵浦源发出的光经过第一偏振片分光，透射光经过第二偏振片分光，反射光经过第二反射角镜、第七反射镜、第二双色镜进入由第二非线性晶体组成的预放级OPA中，同时OPO输出的参量光经第一双色镜分光，信号光进入吸收池，闲频光经第九反射镜、第二双色镜反射进入由第二非线性晶体组成的OPA中，分别调节第二耦合透镜、第二双色镜、第七反射镜、第四耦合透镜使泵浦光和闲频光聚焦在预放级OPA的PPLN晶体中心，并且使两个光光轴重合，此级OPA泵浦光斑直径为0.6mm，闲频光光斑小于泵浦光，转动第二半波片调节泵浦峰值功率密度为3MW/cm2,以保证放大闲频光的同时确保信号光线宽仍然为0.25nm，闲频光线宽为0.75nm；3)步骤2)中经过第二偏振片的透射光经第三偏振片、第三反射角镜、第八反射镜反射进入由第三非线性晶体组成的功放级OPA中，同时预放级OPA输出的闲频光和残留的泵浦光经第三双色镜分光，泵浦光进入吸收池，闲频光经第十反射镜、第十一反射镜、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特征在于包括：泵浦源(1)、第一半波片(2)、第二半波片(3)、第三半波片(4)、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第一偏振片(5)、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第二偏振片(6)、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第三偏振片(7)、镜面法线与光路呈27°角放置的第一反射镜(8)、镜面法线与光路呈27°角放置的第二反射角镜(9)、镜面法线与光路呈27°角放置的第三反射角镜(10)、第四反射镜(11)、第五反射镜(12)、第六反射镜(13)、第七反射镜(14)、第八反射镜(15)、第九反射镜(16)、第十反射镜(17)、第十一反射镜(18)、第一双色镜(19)、第二双色镜(20)、第三双色镜(21)、第四双色镜(22)、第五双色镜(23)、第六双色镜(24)、第七双色镜(25)、第一耦合透镜(26)、第二耦合透镜(27)、第三耦合透镜(28)、第四耦合透镜(29)、第五耦合透镜(30)、第一非线性晶体(31)、第二非线性晶体(32)、第三非线性晶体(33)、光隔离器(34)；泵浦源(1)发出的光经过第一半波片(2)后由第一偏振片(5)分光，第一偏振片(5)分光形成的反射光依次经第一反射镜(8)、第四反射镜(11)、第一耦合透镜(26)、第五反射镜(12)、光隔离器(34)、第六反射镜(13)、第六双色镜(24)、第一非线性晶体(31)、第七双色镜(25)后由第一双色镜(19)分光，第一双色镜(19)分光后的透射光经第九反射镜(16)、第四耦合透镜(29)后由第二双色镜(20)反射；第一偏振片(5)分光形成的透射光经过第二半波片(3)后由第二偏振片(6)分光，第二偏振片(6)分光后形成的反射光依次通过第二反射角镜(9)、第二耦合透镜(27)、第七反射镜(14)后由第二双色镜(20)透射；第二双色镜(20)反射或透射形成的光经过第二非线性晶体(32)后由第三双色镜(21)分光，第三双色镜(21)分光形成的反射光依次通过第十反射镜(17)、第十一反射镜(18)、第五耦合透镜(30)后由第四双色镜(22)反射；第二偏振片(6)分光后形成的透射光依次通过第三半波片(4)、第三偏振片(7)、第三反射角镜(10)、第三耦合透镜(28)、第八反射镜(15)后由第四双色镜(22)透射；第四双色镜(22)反射或透射形成的光通过第三非线性晶体(33)后由第五双色镜(23)进行分光。...

【技术特征摘要】
1.一种产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特征在于包括：泵
浦源(1)、第一半波片(2)、第二半波片(3)、第三半波片(4)、镜面法
线与光路呈布儒斯特角放置的第一偏振片(5)、镜面法线与光路呈布儒斯
特角放置的第二偏振片(6)、镜面法线与光路呈布儒斯特角放置的第三偏
振片(7)、镜面法线与光路呈27°角放置的第一反射镜(8)、镜面法线与
光路呈27°角放置的第二反射角镜(9)、镜面法线与光路呈27°角放置
的第三反射角镜(10)、第四反射镜(11)、第五反射镜(12)、第六反射
镜(13)、第七反射镜(14)、第八反射镜(15)、第九反射镜(16)、第十
反射镜(17)、第十一反射镜(18)、第一双色镜(19)、第二双色镜(20)、
第三双色镜(21)、第四双色镜(22)、第五双色镜(23)、第六双色镜(24)、
第七双色镜(25)、第一耦合透镜(26)、第二耦合透镜(27)、第三耦合
透镜(28)、第四耦合透镜(29)、第五耦合透镜(30)、第一非线性晶体
(31)、第二非线性晶体(32)、第三非线性晶体(33)、光隔离器(34)；
泵浦源(1)发出的光经过第一半波片(2)后由第一偏振片(5)分
光，第一偏振片(5)分光形成的反射光依次经第一反射镜(8)、第四反
射镜(11)、第一耦合透镜(26)、第五反射镜(12)、光隔离器(34)、第
六反射镜(13)、第六双色镜(24)、第一非线性晶体(31)、第七双色镜
(25)后由第一双色镜(19)分光，第一双色镜(19)分光后的透射光经
第九反射镜(16)、第四耦合透镜(29)后由第二双色镜(20)反射；
第一偏振片(5)分光形成的透射光经过第二半波片(3)后由第二偏
振片(6)分光，第二偏振片(6)分光后形成的反射光依次通过第二反射
角镜(9)、第二耦合透镜(27)、第七反射镜(14)后由第二双色镜(20)
透射；
第二双色镜(20)反射或透射形成的光经过第二非线性晶体(32)后
由第三双色镜(21)分光，第三双色镜(21)分光形成的反射光依次通过
第十反射镜(17)、第十一反射镜(18)、第五耦合透镜(30)后由第四双
色镜(22)反射；
第二偏振片(6)分光后形成的透射光依次通过第三半波片(4)、第
三偏振片(7)、第三反射角镜(10)、第三耦合透镜(28)、第八反射镜(15)
后由第四双色镜(22)透射；
第四双色镜(22)反射或透射形成的光通过第三非线性晶体(33)后
由第五双色镜(23)进行分光。
2.如权利要求1所述的产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特
征在于，所述的泵浦源(1)输出的光为线偏光，中心波长为1064nm，线
宽为0.05nm，光束质量小于1.5。
3.如权利要求1所述的产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特
征在于，所述的第四反射镜(11)、第五反射镜(12)、第六反射镜(13)、
第七反射镜(14)、第八反射镜(15)与光路呈45°放置，均镀有1064nm
高反膜。
4.如权利要求1所述的产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特
征在于，所述的第九反射镜(16)、第十反射镜(17)与光路呈45°放置，
均镀有2.9μm高反膜。
5.如权利要求1所述的产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特
征在于，所述的第一双色镜(19)与光路呈45°放置，对1.67μm的信号
光高反，对2.9μm的光高透；所述的第二双色镜(20)、第三双色镜(21)、
第四双色镜(22)、第五双色镜(23)与光路呈45°放置，对1064nm高
透，对2.9μm高反。
6.如权利要求1所述的产生高效率窄线宽中红外激光的装置，其特
征在于，所述的第六双色镜(24)与光路垂直放置，其对信号光1.67μm
和闲频光...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘崇，刘斌，姜洪波，项震，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33