一种高转换效率的中红外光参量振荡器制造技术

一种高转换效率的中红外光参量振荡器，包括第一子系统、分光镜M3、第二子系统，第三子系统、反射镜组、耦合镜M8，第一子系统工作在离简并点较远波长用于减小输出带宽，将获得的信号光S1和闲频光S1经过分光镜M3分别对应泵浦到第二子系统和第三子系统，第二子系统和第三子系统通过反射镜组内向互耦合，输出的光束依次经过分光镜M3、耦合镜M8作为振荡器输出；第一子系统、第二子系统和第三子系统均包括非线性晶体。本发明专利技术利用第一子系统产生近红外激光，工作在离简并点较远波长用于减小输出带宽，将获得的信号光S1和闲频光I1分别对应泵浦到第二子系统和第三子系统的非线性晶体中，通过波长匹配使其振荡相互耦合增强放大。

A high conversion efficiency mid infrared optical parametric oscillator

【技术实现步骤摘要】
一种高转换效率的中红外光参量振荡器
本专利技术涉及参量振荡器的
，尤其涉及一种高转换效率的中红外光参量振荡器。
技术介绍
中红外波段激光在生物医疗、光谱学、大气探测、光电对抗等领域有着重要的应用，光参量振荡器(OpticalParametricOscillator，OPO)是产生中远红外激光输出的重要手段。光参量振荡器可以将泵浦光转换成两束波长不同的光，通常将其中波长较短的称为信号光，波长较长的称为闲频光。光参量转换中的闲频光是OPO获得中长波红外输出的主要方式，但长波闲频光输出存在大的量子亏损，且闲频光I波长越长，量子亏损越大，导致泵浦光到长波输出的转换效率越低。而实际中红外激光的应用中，长波的闲频光往往是人们感兴趣的波段。为了获得高效的长波输出，通常有两种方法：一是采用2-3μm波段固体激光器作为泵浦源，二是采用成熟1μm波段激光器泵浦第一级OPO，利用其参量转换获得2-3μm波段的近红外激光输出，再泵浦第二级OPO实现长波激光调谐输出。但是，第一种方法中高能量/功率的2-3μm波段固体激光的阈值高、热效应严重、激光的重复频率较低且技术尚不够成熟；第二种方法中的商用1μm波段激光器因双光子吸收或相位匹配条件等限制无法直接泵浦如磷锗锌(ZGP)、硒镓银(AGSe)、硒化镉(CdSe)等成熟的中红外晶体，且通常采用两级外腔式OPO级联，利用第一级的信号光泵浦上述晶体，利用其闲频光获得中长波红外输出。但这种传统的级联泵浦转换效率低，而且分离的两级OPO还会降低系统的稳定性和可靠性。因此，发展高效、高光束质量的中长波红外OPO腔结构设计具有重要的意义。
技术实现思路
为了提高参量光的光束质量和系统转换效率，为此，本专利技术提供一种高转换效率的中红外光参量振荡器。本专利技术采用以下技术方案：一种高转换效率的中红外光参量振荡器，包括第一子系统、分光镜M3、第二子系统，第三子系统、反射镜组、耦合镜M8，所述第一子系统工作在离简并点较远波长用于减小的输出带宽，将获得的信号光S1和闲频光I1经过分光镜M3分别对应泵浦到第二子系统和第三子系统，所述第二子系统和第三子系统通过反射镜组内向互耦合，输出的光束依次经过分光镜M3、耦合镜M8作为振荡器输出；所述第一子系统、第二子系统和第三子系统均包括非线性晶体。对第一子系统的限定，所述第一子系统包括依次设置的输入镜M1、非线性晶体NLC-1、分光镜M2；所述输入镜M1对输入的泵浦光高透射且对通过非线性晶体NLC-1反射到输入镜M1的光反射；非线性晶体NLC-1将泵浦光转换成信号光S1和闲频光I1，所述分光镜M2对泵浦光高反射，对非线性晶体NLC-1产生的信号光S1和闲频光I1高透。对第二子系统的限定，所述第二子系统包括依次设置的非线性晶体NLC-2、分光镜M4，信号光S1经过非线性晶体NLC-2后产生信号光S2和闲频光I2，分光镜M4用于对泵浦非线性晶体NLC-2的信号光S1高反射以形成双程泵浦，且对非线性晶体NLC-2产生的信号光S2和闲频光I2高透射。对第二子系统的进一步限定，所述非线性晶体NLC-2为I型相位匹配。对第三子系统的限定，所述第三子系统包括依次设置的双色半波片M7、非线性晶体NLC-3，所述双色半波片M7的工作波长为闲频光I1和闲频光I2的两个波长，且通过双色半波片M7的闲频光I2和闲频光I3后偏振方向旋转90度；闲频光经过非线性晶体NLC-3后产生信号光S3和闲频光I3,分光镜M6、反射镜M5，所述反射镜M6对非线性晶体NLC-3产生的信号光S3高透射，闲频光I3高反，对非线性晶体NLC-2产生的信号光S2和闲频光I2高反射。对第三子系统的进一步限定，所述非线性晶体NLC-3为II型相位匹配，切割角度满足三波相位匹配条件，且主平面与谐振腔所在平面垂直。对反射镜组的限定，所述反射镜组包括反射镜M5和反射镜M6，所述反射镜M5接收分光镜M4的输出光束，所述反射镜M6接收非线性晶体NLC-3输出的光束；所述反射镜M5对非线性晶体NLC-2产生的信号光S2和闲频光I2及非线性晶体NLC-3产生的闲频光I3高反射,所述反射镜M6对非线性晶体NLC-3产生的信号光S3高透射，闲频光I3高反射，对非线性晶体NLC-2产生的信号光S2和闲频光I2高反射。对分光镜M3的限定，所述分光镜M3对信号光S1高反射，闲频光I1高透射；对信号光S2高透射，p偏振的闲频光I2高透射，对s偏振的闲频光I3高反射,所述闲频光I1和信号光S2相同，闲频光I2和闲频光I3相同。具体地说，还包括设置在第一子系统前端的泵浦源激光器，所述泵浦源激光器采用脉冲或连续工作模式。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术采用1μm成熟的商用激光器作为泵浦源，利用第一子系统产生近红外激光，工作在离简并点较远波长用于减小输出带宽，将获得的信号光S1和闲频光I1分别对应泵浦到第二子系统和第三子系统的非线性晶体中，通过波长匹配使其振荡相互耦合增强放大。(2)本专利技术包括3个子系统，通过配置各子系统不同波长光束的传播和振荡，让第二子系统，第三子系统产生相同波长的闲频光，使其在腔内互耦合增强；并让第二子系统产生的信号光波长与闲频光I1相同，利用该信号光再次泵浦第三子系统，使第三子系统的泵浦光得到增强并继续泵浦产生长波闲频光输出。该系统使1个波长为1μm的泵浦光子通过设计的级联转换产生3个长波输出的闲频光子，光子量子效率达到300％，是传统级联泵浦量子效率的3倍，即一个1μm波段的泵浦光子经第一子系统产生两个光子后，分别泵浦第二子系统和第三子系统各产生一个频率相同的闲频光光子，第二子系统产生的信号光再次泵浦第三子系统再次产生一个频率相同的闲频光光子，即由一个1μm泵浦光子产生3个波长相同的闲频光光子，理论可实现300％的量子效率。附图说明图1为本专利技术结构图。具体实施方式如图1所示，一种高转换效率的中红外光参量振荡器，包括泵浦源激光器、第一子系统、分光镜M3、第二子系统，第三子系统、反射镜组、耦合镜M8。泵浦源激光器设置在第一子系统前端，所述泵浦源激光器采用脉冲或连续工作模式。所述第一子系统工作在离简并点较远波长用于减小输出带宽，将获得的信号光S1和闲频光S1经过分光镜M3分别对应泵浦到第二子系统和第三子系统，信号光S1泵浦到第二子系统中产生信号光S2和闲频光I2，闲频光I1泵浦到第三子系统中产生信号光S3和闲频光I3。所述第二子系统和第三子系统通过反射镜组内向互耦合，输出的光束依次经过分光镜M3、耦合镜M8作为振荡器输出；所述第一子系统、第二子系统和第三子系统均包括非线性晶体。该系统使1个波长为1μm的泵浦光子通过设计的级联转换产生3个长波输出的闲频光子，光子量子效率达到300％，是传统级联泵浦量子效率的3倍。具体来说，所述第一子系统包括依次设置的输入镜M1、非线性晶体NLC-1、分光镜M2；所述第二子系统包括依次设置的非线性晶体NLC-2、分光镜M4；所述第三子系统包括依次设置的双色半波片M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高转换效率的中红外光参量振荡器，其特征在于，包括第一子系统、分光镜M3、第二子系统，第三子系统、反射镜组、耦合镜M8，所述第一子系统工作在离简并点较远波长用于减小输出带宽，将获得的信号光S1和闲频光I1经过分光镜M3分别对应泵浦到第二子系统和第三子系统，所述第二子系统和第三子系统通过反射镜组内向互耦合，输出的光束依次经过分光镜M3、耦合镜M8作为振荡器输出；所述第一子系统、第二子系统和第三子系统均包括非线性晶体。/n

【技术特征摘要】
1.一种高转换效率的中红外光参量振荡器，其特征在于，包括第一子系统、分光镜M3、第二子系统，第三子系统、反射镜组、耦合镜M8，所述第一子系统工作在离简并点较远波长用于减小输出带宽，将获得的信号光S1和闲频光I1经过分光镜M3分别对应泵浦到第二子系统和第三子系统，所述第二子系统和第三子系统通过反射镜组内向互耦合，输出的光束依次经过分光镜M3、耦合镜M8作为振荡器输出；所述第一子系统、第二子系统和第三子系统均包括非线性晶体。


2.根据权利要求1所述的一种高转换效率的中红外光参量振荡器，其特征在于，所述第一子系统包括依次设置的输入镜M1、非线性晶体NLC-1、分光镜M2；所述输入镜M1对输入的泵浦光高透射且对通过非线性晶体NLC-1反射到输入镜M1的光反射；非线性晶体NLC-1将泵浦光转换成信号光S1和闲频光I1，所述分光镜M2对泵浦光高反射，对非线性晶体NLC-1产生的信号光S1和闲频光I1高透。


3.根据权利要求2所述的一种高转换效率的中红外光参量振荡器，其特征在于，所述第二子系统包括依次设置的非线性晶体NLC-2、分光镜M4，信号光S1经过非线性晶体NLC-2后产生信号光S2和闲频光I2，分光镜M4用于对泵浦非线性晶体NLC-2的信号光S1高反射以形成双程泵浦，且对非线性晶体NLC-2产生的信号光S2和闲频光I2高透射。


4.根据权利要求2所述的一种高转换效率的中红外光参量振荡器，其特征在于，所述非线性晶体NLC-2为I型相位匹配。


5.根据权利要求3所述的一种高转换效率的中红外光参量振荡器，其特征在于，所述第三子系统包括依次设置的双色半波片M7、非线性晶体NLC-3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王礼，程庭清，江海河，吴先友，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34