專利名稱：快速調諧光參量振蕩器的制作方法
技術領域：
本發明涉及光電子器件領域，尤其是涉及到固體調諧激光器。
光參量振蕩器(OPO)是目前世界上調諧范圍最寬的一種固體激光器，因其結構緊湊，使用方便以及功率高，波長覆蓋范圍寬等諸多優點，已被廣泛應用于各科研領域(新材料，生物，化學，共振光譜等)，目前國際上光參量振蕩器(OPO)主要采用晶體角度調諧和溫度調諧兩種方法，它們的主要缺點是波長改變的速度很慢，一般均在1Hz以下。國際上己開展電壓調諧的研究，這種方法調諧速度很快，但因受已有材料性能限制，實現的調諧寬度很窄，要比角度調諧和溫度調諧兩種方法的光參量振蕩器(OPO)小幾個數量級。文獻“Stabilization and tuning of a doubly resonant optical parametericoscillator”(作者D.Lee and N.C.Wong，期刊Journal of OpticalSociety of America.(B)，Vol.10，No.10/Sept.1993)對這三種方法均作了研究。特別是采用連續鎖模激光器作為泵浦源的OPO，是目前國際上廣泛應用的寬調諧皮秒(ps)和飛秒(fs)相干光源——皮秒和飛秒同步泵浦OPO，它具有脈寬窄，輸出覆蓋光譜范圍寬(從近紅外～紫外)，全固化的特點，目前國際上這種OPO的波長調諧主要是靠角調諧(步進馬達驅動)和泵浦光源波長調諧實現，這兩種方法的調諧速度很低(1Hz以下)，無法充分發揮連續鎖模激光器重復頻率高的優勢(如Tisapphire自鎖模飛秒激光器，重復頻率為～80MHz)。文獻“角調諧飛秒同步泵浦KTP紅外光參量振蕩器”(作者毛宏偉，期刊中國激光，Vol.A22，No.12，Dec.1995，P902.)和“同步泵浦腔內倍頻飛秒KTP光參量振蕩器”(作者毛宏偉，期刊中國激光，Vol.16，No.4，April 1996，P465.)介紹了這兩種調諧方法。
本發明的目的在于制造一種新的光波長快速調諧光參量振蕩器，在不使調諧寬度大幅度降低的前提下，實現光參量振蕩器光波長快速調諧。
實現本發明的技術方案是，光參量振蕩器OPO的泵浦光束(1)，先經過一角度可調光束偏轉器(2)，經由透鏡(3)和(4)或球面反射鏡(9)和(10)組成的望遠鏡系統后，透過OPO腔鏡(5)，投射于非線性光學晶體(6)上，OPO的調諧激光由腔鏡(7)輸出；或者泵浦光束(1)不經過腔鏡(5)，而是經過耦合反射鏡(8)投射到非線性光學晶體(6)上；或者將光參量振蕩器OPO振蕩腔鏡介質膜，直接鍍在晶體(6)的兩個通光面A和B上，這樣晶體(6)的兩個通光面就構成了激光振蕩所需的諧振腔，泵浦光束(1)，先經過一角度可調光束偏轉器(2)，經由透鏡(3)，(4)或球面反射鏡(9)和(10)組成的望遠鏡系統后，經晶體(6)的通光面A，投射到非線性光學晶體(6)上。對同步泵浦光參量振蕩器OPO而言，它的腔型采用由平面鏡(5)和(7)、球面鏡(11)和(12)組成的四鏡折疊腔，光參量振蕩器OPO的泵浦光束(1)，先經過一角度可調光束偏轉器(2)，經由透鏡(3)和(4)或球面反射鏡(9)和(10)組成的望遠鏡系統后，從由平面鏡(5)和(7)、球面鏡(11)和(12)組成的四鏡折疊腔中的球面鏡(11)或(12)腔外一側，投射到非線性光學晶體(6)上，平面鏡(5)和(7)之一可以作為輸出腔鏡，腔內還可以用一對色散補償棱鏡(13)和(14)補償群速色散。
本方案的OPO配置為非共線匹配，光束偏轉器(2)，使泵浦光束與OPO中非線性光學晶體(6)光軸的夾角不同，則OPO輸出的相干光波長不同，從而實現波長調諧。換句話說，本方案是靠光束偏轉器(2)，改變泵浦光與非線性光學晶體(6)光軸的夾角，來實現波長調諧的。由于光束偏轉器(2)可以快速改變泵浦光與非線性光學晶體(6)光軸的夾角，這樣，從輸出腔鏡(7)或晶體(6)的通光面B輸出的OPO光波長就可以實現快速調諧。
角度可調的光束偏轉器(2)可以是聲光偏轉器，電光偏轉器，和壓電陶瓷(PZT)振鏡。聲光偏轉器是一種利用光學材料的光彈性效應制造的光偏轉器件，在聲光晶體與光束透過相垂直的方向上加上一超聲波，聲光晶體體內在與光束透過相垂直的方向就會產生一折射率光柵，從而引起光的布喇格衍射使光束傳播方向偏轉，所加的超聲波頻率不同，則光偏轉角度不同；電光偏轉器是一種利用電光晶體電光效應制造的光偏轉器件，這種電光晶體被施加一電場時，晶體的非常光和尋常光的折射率會隨所加電場強度變化而變化，由一對或多對三角形的電光晶體制成的電光偏轉器，通過電光偏轉器的光束偏轉角度隨所加電場強度變化。(參考文獻fowler V.J.and J.Schlafer，”A survey of laser beam deflection techniques”，Proc.IEEE，54，1437(1966))。壓電陶瓷(PZT)振鏡是一種利用壓電陶瓷(PZT)具有場致伸縮效應制造的光偏轉器件，將壓電陶瓷作為三個支撐腳之一，安裝在一平面反射鏡背面，當壓電陶瓷上所加電壓變化時，壓電陶瓷支撐腳長度發生變化，使鏡面傾斜變化，從而使經該鏡面反射的光束偏轉角度隨所加電場強度變化。
采用聲光偏轉器，電光偏轉器，或振鏡作為泵浦光束偏轉器有兩個優點，一可以精確控制泵浦光偏轉角度；二可快速改變泵浦光偏轉角度；從而實現光參量振蕩器(OPO)的波長精確和快速調諧，調諧速度提高兩個數量級以上。此外，調諧寬度比晶體角度調諧和溫度調諧兩種方法略小，但為同一量級。這種光波長快速調諧激光器將為科研，國防和光通訊提供一種嶄新的工具。
下面對圖面作簡要說明，

圖1是泵浦光束經過透射式望遠鏡和腔鏡的快速調諧光參量振蕩器結構示意圖；圖2是泵浦光束經過透射式望遠鏡，但不經過腔鏡的快速調諧光參量振蕩器結構示意圖；圖3是泵浦光束經過反射式望遠鏡和腔鏡的快速調諧光參量振蕩器結構示意圖；圖4是將光參量振蕩器OPO振蕩腔鏡介質膜，直接鍍在晶體(6)的兩個通光面A和B上的快速調諧光參量振蕩器結構示意圖；圖5是快速調諧同步泵浦振蕩器(OPO)結構示意圖；圖6是采用BBO晶體的快速調諧光參量振蕩器位相匹配曲線。
實施例1，如圖1所示，OPO的泵浦光束(1)經光束偏轉器(2)后，進入由正透鏡(3)和(4)組成一個望遠鏡系統；經光參量振蕩器(OPO)的后腔鏡(5)，投射于非線性光學晶體(6)上，(7)是OPO的輸出腔鏡；F1是透鏡(3)前面的一點，F2是透鏡(3)的后焦點和透鏡(4)的前焦點，F3是透鏡(4)后面的一點，F1和F3是正透鏡(3)和(4)所組成望遠鏡系統的一對共軛像點；光束偏轉器(2)位于點F1處，非線性光學晶體BBO(6)與點F3重合；用光束偏轉器(2)快速和精確地改變泵浦光(1)的偏轉角度，從輸出腔鏡(7)輸出的OPO光波長，就可以實現快速和精確地調諧。圖6給出了快速調諧光參量振蕩器位相匹配曲線，圖中θ1是晶體的切割角，θ3是泵浦光與晶體光軸的夾角，圓實點所示曲線是泵浦光為532納米，二階非線性光學晶體(6)是切割角為22.8°的BBO晶體時，OPO輸出光波長隨泵浦光夾角變化的曲線；方實點所示曲線是泵浦光為354.7納米，二階非線性光學晶體(6)是切割角為28°的BBO晶體時，OPO輸出光波長隨泵浦光夾角變化的曲線。
實施例2，如圖2所示，OPO的泵浦光束(1)經光束偏轉器(2)后，進入由正透鏡(3)和(4)組成的一個望遠鏡系統，不經光參量振蕩器(OPO)的后腔鏡(5)，而直接經泵浦光束耦合反射鏡(8)，投射于非線性光學晶體(6)上，(7)是OPO的輸出腔鏡；F1是透鏡(3)前面的一點，F2是透鏡(3)的后焦點和透鏡(4)的前焦點，F3是透鏡(4)后面的一點，F1和F3是正透鏡(3)和(4)所組成的望遠鏡系統的一對共軛像點；光束偏轉器(2)位于點F1處，非線性光學晶體BBO(6)與點F3重合；用光束偏轉器(2)快速和精確地改變泵浦光(1)的偏轉角度，從輸出腔鏡(7)輸出的OPO光波長，就可以實現快速和精確地調諧。
實施例3，如圖3所示，OPO的泵浦光束(1)經光束偏轉器(2)后，進入由球面反射鏡(9)和(10)組成的一個望遠鏡系統；經光參量振蕩器(OPO)的后腔鏡(5)，投射于非線性光學晶體(6)上，(7)是OPO的輸出腔鏡；沿泵浦光傳播方向，F1是球面反射鏡(9)前面的一點，F2是球面反射鏡(9)的后焦點和球面反射鏡(10)的前焦點，F3是球面反射鏡(10)后面的一點；F1和F3是球面反射鏡(9)和(10)所組成的望遠鏡系統的一對共軛像點；光束偏轉器(2)位于點F1處，非線性光學晶體BBO(6)與點F3重合；用光束偏轉器(2)快速和精確地改變泵浦光(1)的偏轉角度，從輸出腔鏡(7)輸出的OPO光波長，就可以實現快速和精確地調諧。
實施例4，如圖4所示，OPO的泵浦光束(1)經光束偏轉器(2)后，進入由正透鏡(3)和(4)[或球面反射鏡(9)和(10)]組成的一個望遠鏡系統；經晶體(6)的通光面A，投射到非線性光學晶體(6)上，晶體(6)的通光面A鍍對泵浦光(1)增透和對振蕩光全反的介質膜，作為光參量振蕩器的后腔鏡；晶體(6)的通光面B鍍對對振蕩光部分反射部分透過的介質膜，作為光參量振蕩器的輸出鏡；F1是透鏡(3)[或球面反射鏡(9)]前面的一點，F2是透鏡(3)[或球面反射鏡(9)]的后焦點和透鏡(4)[或球面反射鏡(10)]的前焦點，F3是透鏡(4)[或球面反射鏡(10)]后面的一點，F1和F3是正透鏡(3)和(4)[或球面反射鏡(9)和(10)]所組成的望遠鏡系統的一對共軛像點；光束偏轉器(2)位于點F1處，非線性光學晶體BBO(6)與點F3重合；用光束偏轉器(2)快速和精確地改變泵浦光(1)的偏轉角度，從輸出腔鏡，即非線性光學晶體(6)B面輸出的OPO光波長，就可以實現快速和精確地調諧。這種OPO的振蕩閾值非常低，而且沒有腔鏡失配和縱模不穩定的問題，OPO的結構非常緊湊小巧，同時對波長可以實現快速和精確地調諧。
實施例5，如圖5所示，快速調諧同步泵浦光參量振蕩器(OPO)的泵浦光束(1)經光束偏轉器(2)后，進入由正透鏡(3)和(4)[或球面反射鏡(9)和(10)]組成的一個望遠鏡系統，同步泵浦光參量振蕩器(OPO)的腔型采用由平面鏡(5)和(7)、球面鏡(11)和(12)組成的四鏡折疊腔，泵浦光束(1)從四鏡折疊腔中的球面鏡(11)或(12)腔外一側，投射到非線性光學晶體(6)上，球面鏡(11)或(12)要鍍對泵浦光增透和對振蕩光全反的介質膜，平面鏡(5)或(7)作為輸出腔鏡。F1是透鏡(3)[或球面反射鏡(9)]前面的一點，F2是透鏡(3)[或球面反射鏡(9)]的后焦點和透鏡(4)[或球面反射鏡(10)]的前焦點，F3是透鏡(4)[或球面反射鏡(10)]后面的一點，F1和F3是正透鏡(3)和(4)[或球面反射鏡(9)和(10)]以及球面鏡(11)或(12)所組成的望遠鏡系統的一對共軛像點；光束偏轉器(2)位于點F1處，非線性光學晶體BBO(6)與點F3重合；用光束偏轉器(2)快速和精確地改變泵浦光(1)的偏轉角度，從輸出腔鏡(5)或(7)輸出的OPO光波長，就可以實現快速和精確地調諧，腔內用一對色散補償棱鏡(13)和(14)補償群速色散。
權利要求
1.一種快速調諧光參量振蕩器，其特征在于，該光參量振蕩器由泵浦光光束偏轉器(2)，正透鏡(3)和(4)或球面反射鏡(9)和(10)，腔鏡(5)和(7)，非線性光學晶體(6)所組成。
2.一種快速調諧光參量振蕩器，其特征在于，該光參量振蕩器由泵浦光光束偏轉器(2)，正透鏡(3)和(4)或球面反射鏡(9)和(10)，腔鏡(5)和(7)，泵浦光耦合反射鏡(8)，非線性光學晶體(6)所組成。
3.一種快速調諧光參量振蕩器，其特征在于，該光參量振蕩器由泵浦光光束偏轉器(2)，正透鏡(3)和(4)或球面反射鏡(9)和(10)，通光表面A和B鍍光參量振蕩器諧振腔所需介質膜的非線性光學晶體(6)所組成。
4.如權利要求1或2或3所述的快速調諧光參量振蕩器，其特征在于，所說的光束偏轉器(2)位于正透鏡(3)或球面反射鏡(9)的前面一點F1，二階非線性光學晶體(6)位于正透鏡(4)或球面反射鏡(10)的后面一點F3，F1和F3是正透鏡(3)和(4)或球面反射鏡(9)和(10)所組成的望遠鏡系統的一對共軛像點。
5.一種快速調諧光參量振蕩器，其特征在于，該光參量振蕩器由泵浦光光束偏轉器(2)，正透鏡(3)和(4)或球面反射鏡(9)和(10)，平面腔鏡(5)和(7)，球面腔鏡(11)和(12)，色散補償棱鏡(13)和(14)，非線性光學晶體(6)所組成。
6.如權利要求5所述的快速調諧光參量振蕩器，其特征在于，所說的光束偏轉器(2)位于正透鏡(3)或球面反射鏡(9)的前面一點F1，二階非線性光學晶體(6)位于正透鏡(4)或球面反射鏡(10)的后面一點F3，F1和F3是正透鏡(3)和(4)或球面反射鏡(9)和(10)與球面腔鏡(11)或(12)所組成的望遠鏡系統的一對共軛像點。
7.如權利要求1或2或3或5所述的快速調諧光參量振蕩器，其特征在于所說的光束偏轉器(2)是一個聲光偏轉器。
8.如權利要求1或2或3或5所述的快速調諧光參量振蕩器，其特征在于，所說的光束偏轉器(2)是一個電光偏轉器。
9.如權利要求1或2或3或5所述的快速調諧光參量振蕩器，其特征在于，所說的光束偏轉器(2)一個壓電陶瓷(PZT)振鏡。
10.如權利要求1或2或3或5所述的快速調諧光參量振蕩器，其特征在于，所說的正透鏡(3)和(4)或球面反射鏡(9)和(10)是一個望遠鏡系統。
全文摘要
一種快速調諧光參量振蕩器,其泵浦光束(1),先經過一角度可調光束偏轉器(2),經由正透鏡(3)和(4)或球面反射鏡(9)和(10)組成的望遠鏡系統后,透過OPO腔鏡(5),投射于非線性光學晶體(6)上,OPO的調諧激光由腔鏡(7)輸出。采用聲光偏轉器,電光偏轉器,或PZT振鏡作為泵浦光光束偏轉器,一可以精確控制泵浦光偏轉角度;二可快速改變泵浦光偏轉角度;從而實現光參量振蕩器(OPO)的波長精確和快速調諧,調諧速度提高兩個數量級以上。
文檔編號H01S3/05GK1195213SQ9712336
公開日1998年10月7日 申請日期1997年12月8日 優先權日1996年12月21日
發明者張雨東, 毛宏偉, 謝發利 申請人:中國科學院福建物質結構研究所