[發明專利]單縱模光參量振蕩放大器及其自動鎖定方法

有效

• 申請號: 201210208782.9
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN103513490A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 肖春雷;汪濤;楊天罡;戴東旭;楊學明
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: G02F1/39
• 分類號: G02F1/39;H01S3/098;H01S3/09;H01S3/091
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

技術領域

本發明涉及一種光參量激光器，屬于光電技術領域，具體的說是一種單縱模極窄帶寬的超穩頻可調諧高效率光參量振蕩放大器。

背景技術

自從1960年世界上第一臺紅寶石激光器問世，50多年來，激光技術發展迅猛，已與多個學科相結合形成多個應用技術領域，比如激光加工技術，激光檢測與計量技術，激光光譜分析技術，非線性光學，超快激光學，激光化學，激光雷達等。為了適應不同的需求，激光器也向著更高能量，更寬覆蓋波長，更窄線寬，更短脈寬等的方向發展。

設計不同特點的激光器取決于實際研究和應用的需要。研究分子的振動激發對化學反應的影響實驗需要窄線寬，高峰值功率的激光。因為首先在分子束中分子振轉吸線峰很窄約為100MHz，這就需要單縱模激光器，并且波長輸出穩定。其次，分子振動激發截面很小，例如氫氣Q1支截面只有0.69×10-30cm2。因此需要激光的峰值功率足夠高才能達到飽和激發。實際上波長在600-700nm區域，染料激光器是很好的選擇。但問題在于，分子束實驗需要100MHz左右線寬，并且中心波長穩定的激光器。

滿足這一要求的商品化配置是:帶種子光注入的YAG泵浦激光器+環形染料激光器（CW）+脈沖YAG泵浦激光器+脈沖染料放大器（Pulsed?Dye?Amplifier）。這種配置能產生50mJ/pluse的單縱模激光，光斑也很好。但是成本要高很多，系統也復雜很多；并且，需要增加另外的非線性晶體，才能把波長從可見波段擴展到紅外波段。相比之下，OPO/OPA（光參量振蕩放大器）可以直接出可見光或者紅外。而且染料分子的使用壽命不長，有劇毒，染料激光器自發放大輻射不能完全消除，所以這兩年全固態OPO得到了很快的發展，但是目前世界上還沒有同時滿足如本發明一樣的同時具有單縱模，窄帶寬，超穩頻，高轉化效率的光參量激光器。

發明內容

針對上述問題，基于分子束實驗需要和對國內OPO/OPA技術的推動，本發明設計了一種單縱模極窄帶寬的超穩頻可調諧高效率光參量振蕩放大器。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種單縱模光參量振蕩放大器，在光路系統中包括：

泵浦光半波片1：對應泵浦光波長，將入射的泵浦光調節至與非線性晶體匹配的偏振；

縮束透鏡對：由一個凸透鏡和一個凹透鏡組成，調節泵浦光大小至適合使用的非線性晶體的尺寸；

分束鏡：把縮束透鏡對透射的光束分成兩部分，一部分用以供OPO使用，另一部分供OPA使用；

環形腔：輸入供OPO使用的這部分泵浦光，包括四個鏡子M1，M2，M3，M4，鏡子之間有非線性晶體，由步進馬達控制，產生信號光和閑散光，信號光在環形腔中不斷放大輸出；

楔形鏡：透過大部分環形腔輸出的信號光，反射出微量至光電探測器中供控制系統使用；

半導體二極管激光器：在中央電腦的控制下輸出連續種子光；

一維整形棱鏡對：對連續種子光進行整形，整形后的種子光通過高反鏡反饋給鏡子M2；

輸出光半波片：對應信號光波長，改變輸出的信號光的偏振；

泵浦光半波片2：接收供OPA使用的泵浦光，改變這部分光的偏振，并通過一組高反鏡透射到合束鏡；

合束鏡：使信號光和之前供OPA使用的泵浦光重合到一起；

非線性晶體組：由多個非線性晶體構成，每個非線性晶體由一個步進馬達控制，通過調整非線性晶體的角度來實現信號光的光參量放大；

在控制系統中包括：

壓電陶瓷：置于鏡子M4背面，通過壓電陶瓷的電壓控制鏡子M4的進退以控制環形腔的腔長；

中央電腦：用以對壓電陶瓷進行自鎖反饋控制；

電壓放大器：對中央電腦輸出給壓電陶瓷的電壓信號進行放大；

延時產生器：產生脈沖以觸發中央電腦。

所述入射的泵浦光由帶種子注入的固體激光器輸出。

所述環形腔的鏡子M1輸入供OPO使用的這部分泵浦光，透射到鏡子M1和鏡子M2之間的非線性晶體1上；非線性晶體1由步進馬達1控制，產生信號光和閑散光；鏡子M2反射泵浦光和部分信號光、閑散光到鏡子M2和鏡子M3之間的非線性晶體2上，透射部分信號光、閑散光到楔形鏡上；非線性晶體2由步進馬達2控制，將泵浦光轉換為信號光和閑散光；鏡子M3透射泵浦光和閑散光，反射信號光到鏡子M4；鏡子M4反射信號光到鏡子M1。