[發明專利]一種寬調諧中紅外差頻產生激光發生裝置的控制方法

無效

• 申請號: 201310553740.3
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103825182A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 常建華;顧久馭;王亞煒;尹杰
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/0941
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明公開了一種寬調諧中紅外差頻產生激光發生裝置的控制方法，屬于激光技術領域。

背景技術

3-5μm波段連續波可調諧中紅外激光光源在痕量氣體檢測中具有重要的應用。迄今，基于不同激光產生機理出現了多種中紅外光源，如量子級聯激光器、鉛鹽激光器、色心激光器、參量振蕩器等。其中，準相位匹配（QPM，Quasi?Phase?Matching）差頻產生（DFG，Difference?Frequency?Generation）中紅外光源因具有結構簡單、調諧便利、線寬窄以及可室溫運轉等優勢，已成為光譜檢測應用的主流光源。對于等周期的周期極化晶體而言，中紅外閑頻光的準相位匹配波長接受帶寬通常約為6-10nm，僅能覆蓋極少量氣體的特征吸收峰。為滿足多組分、多吸收譜線同步的檢測應用需求，如何拓寬中紅外DFG光源的調諧范圍受到了人們的廣泛關注。近年來，人們采用多周期、扇形結構的周期極化晶體或利用晶體的溫度色散特性，中紅外DFG光源的調諧范圍可拓展至1μm以上。然而，盡管這類方法可有效拓展DFG光源的調諧范圍，但調諧過程中需結合非線性晶體極化周期或晶體溫度的頻繁切換以確保相位匹配條件得到滿足，嚴重降低了激光光源的使用效率。如何在固定的晶體疇結構與溫度分布條件下實現中紅外DFG光源的寬調諧運轉依然值得深入研究，而其關鍵是拓寬QPM?帶寬。為此，一些傳統的光柵光譜的調節方法如，啁啾、相移、砌趾技術相繼被應用于晶體的周期極化方案，有效拓展了中紅外閑頻光的QPM?帶寬，但于此同時，也極大地增加了工藝制備、實驗控制的難度以及器件的成本。

近年來的研究結果表明，對于某些非線性周期極化晶體，如周期極化鈮酸鋰晶體（PPLN，Periodically?Poling?Lithium?Niobate），還可利用其溫度可控的色散特性實現對QPM?帶寬的有效拓展。利用這一特性，針對1060和1550nm波段的基頻光源組合，本研究小組首次在中紅外3.4μm附近將閑頻光QPM?帶寬拓寬至約170nm。實驗中采用多波長摻鐿光纖激光器（YDFL，Ytterbium?Doped?Fiber?Laser）與單波長摻鉺光纖激光器（EDFL，Erbium?Doped?Fiber?Laser）差頻獲得了14條中紅外激光譜線的同步輸出。然而，進一步的研究發現，PPLN晶體固有的色散使得該拓寬的閑頻光QPM帶只能存在于中紅外3.4μm附近，難以對其它波長區域實現有效覆蓋。本發明基于PPLN的溫度色散關系將提出一種新型的寬帶中紅外差頻產生方案。利用晶體溫度漸變的控制方法有效拓展閑頻光的QPM?帶寬，通過改變晶體兩端的溫度實現中紅外閑頻光QPM帶的BW及其位置的有效調控。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提供了一種寬調諧中紅外差頻產生激光發生裝置的控制方法。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

一種寬調諧中紅外差頻產生激光發生裝置的控制方法，對基于PPLN晶體的寬調諧中紅外差頻產生激光發生裝置進行溫度漸變控制，實現寬調諧中紅外激光譜線的輸出，具體包括如下步驟：

步驟1，將PPLN晶體置于溫控爐內，在溫控爐起始端、末尾端貼有設定溫度為T1、T2的珀爾貼溫度控制器，T1、?T2數值不等；

步驟2，啟動1060nm波段固定波長的泵浦源發生器、波段為1550nm的可調諧信號源發生器，所述泵浦源發生器產生的泵浦光、信號源發生器產生的信號光經過波分復用器、透鏡、PPLN晶體獲得中紅外激光譜線；

步驟3，由溫控爐起始端、末尾端珀爾貼溫度控制器的設定溫度T1、T2確定閑頻光的QPM帶寬，進而由差頻產生原理獲得信號光的調諧范圍；

步驟4，在確定的信號光調諧范圍內調諧基頻信號光的輸出波長，獲得可調諧的中紅外激光輸出；

步驟5，保持PPLN晶體兩端的溫度梯度，改變溫控爐初始端、末尾端珀爾貼溫度控制器的設定溫度，重復步驟3至步驟4獲得不同信號光調諧范圍對應的可調諧的中紅外激光輸出。

所述一種寬調諧中紅外差頻產生激光發生裝置的控制方法，步驟5中所述的PPLN晶體兩端的溫度梯度通過如下方法獲得：在保持溫控爐末尾端珀爾貼溫度控制器的設定溫度不變的前提下，調節溫控爐起始端珀爾貼溫度控制器的設定溫度，使得溫控爐起始端、末尾端珀爾貼溫度控制器設定溫度有差值。