[發(fā)明專利]一種可調(diào)諧雙波長超快光參量振蕩器

有效

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• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106785848B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘亥哲;李瑛;楊建龍;章禮富;梁宇海;范滇元
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/09;H01S3/11
• 代理公司: 深圳市恒申知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44312
• 代理人: 王利彬

本發(fā)明適用于激光技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種可調(diào)諧雙波長超快光參量振蕩器，包括：依次放置的脈沖激光泵浦源、輸入耦合鏡、帶扇形結(jié)構(gòu)的周期性極化晶體、色散補(bǔ)償裝置、輸出耦合鏡、分光鏡，以及晶體控溫裝置，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明利用脈沖激光的群速度與晶體溫度之間的色散關(guān)系，通過調(diào)控周期性極化晶體的工作溫度，消除周期性極化晶體內(nèi)信號光與閑頻光間的群速度失配。信號光與閑頻光的同步放大，不但可以提升光參量振蕩器的匹配帶寬，更是避免了由于時間走離造成的脈沖畸變，使光參量振蕩器能夠同時輸出兩路高質(zhì)量的超短脈沖激光。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可調(diào)諧雙波長超快光參量振蕩器。

背景技術(shù)

激光介質(zhì)的能級結(jié)構(gòu)和熒光發(fā)射譜線對能夠產(chǎn)生何種波長的激光起著決定性的作用。不同激光介質(zhì)可以產(chǎn)生不同波長的激光，但是，大多數(shù)情況下，使用單一激光介質(zhì)的激光器，通常也只能輸出一種特定波長的激光。然而，從物理、化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)研究到醫(yī)學(xué)，甚至工業(yè)應(yīng)用，越來越多的研究或者應(yīng)用領(lǐng)域需要同時用到兩束不同波長的激光。比如廣泛應(yīng)用于超快動力學(xué)過程研究的泵浦探測(pump-probe)技術(shù)，就需要用一束超快激光激發(fā)樣品，再用另一束波長不同的超快激光探測其發(fā)出的受激信號，以此確定被測樣品的狀態(tài)。此外，通過非線性差頻產(chǎn)生中紅外，甚至太赫茲(THz)波段的輻射源；基于被測氣體對不同波長的激光存在吸收差異的差分吸收式激光雷達(dá)；CARS(相干反斯托克斯喇曼散射)顯微成像技術(shù)等都需要同時使用不同波長的激光。

人們已經(jīng)在固體激光系統(tǒng)，例如鈦寶石激光器，利用分裂(self-spectrumsplitting)，受激粒子的能級分裂以及布里淵散射等方法實(shí)現(xiàn)了雙波長的激光輸出。但是，基于非線性頻率轉(zhuǎn)換的光參量振蕩器(OPO)，仍是目前獲得雙波長激光最有效的途徑之一。利用二階非線性效應(yīng)，OPO能夠?qū)⑷肷浼す?稱為泵浦光)轉(zhuǎn)變?yōu)閮墒ㄩL各異的出射激光，對于單諧振的OPO，一般將在諧振腔內(nèi)來回振蕩的激光稱為信號光，將與信號光共存的另一束激光稱為閑頻光。信號光、閑頻光與泵浦光之間始終滿足能量守恒。OPO天然具有雙波長激光輸出的特點(diǎn)，因此被廣泛用作雙波長激光器。

隨著科技的進(jìn)步，人們對醫(yī)學(xué)、生物、物理等學(xué)科的研究已進(jìn)入納米、原子尺度，無論是泵浦探測，還是CARS，都需要借助超短脈沖激光來獲得更高的分辨率，這對雙波長激光器的輸出脈寬以及光束質(zhì)量均提出了更高的要求。但是，通常情況下，在光參量振蕩過程中，相互作用的泵浦光、信號光和閑頻光在晶體中的速度(即群速度)并不相同，一般稱之為群速度失配(GVM)。當(dāng)OPO工作在超快時間尺度(例如飛秒，即10^-15秒)的時候，由于會在光參量振蕩過程中相互走離，信號光與閑頻光都會出現(xiàn)不同程度的脈沖畸變，尤其是閑頻光。泵浦光的脈寬越短，群速度失配的影響越顯著。這極大限制了飛秒OPO輸出的信號光與閑頻光的脈寬，以及光束質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種可調(diào)諧雙波長超快光參量振蕩器，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的雙波長光參量振蕩器無法有效地產(chǎn)生脈沖波形無畸變的雙波長飛秒脈沖激光的問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種可調(diào)諧雙波長超快光參量振蕩器，包括：依次放置的脈沖激光泵浦源、輸入耦合鏡、帶扇形結(jié)構(gòu)的周期性極化晶體、輸出耦合鏡及分光鏡；

所述脈沖激光泵浦源輸出的泵浦光經(jīng)過所述輸入耦合鏡進(jìn)入所述帶扇形結(jié)構(gòu)的周期性極化晶體，在所述帶扇形結(jié)構(gòu)的周期性極化晶體中產(chǎn)生來回振蕩的信號光，以及閑頻光，并從所述輸出耦合鏡輸出混合光，所述混合光經(jīng)所述分光鏡分離后，分別得到信號光脈沖激光和閑頻光脈沖激光；

所述帶扇形結(jié)構(gòu)的周期性極化晶體為滿足II類準(zhǔn)位相匹配的周期性極化晶體，所述信號光與所述閑頻光在預(yù)置溫度下在所述帶扇形結(jié)構(gòu)的周期性極化晶體中的群速度匹配，所述混合光中包含所述信號光、所述閑頻光以及殘留的所述泵浦光。

進(jìn)一步地，所述可調(diào)諧雙波長超快光參量振蕩器，還包括：

晶體控溫裝置，用于調(diào)控所述帶扇形結(jié)構(gòu)的周期性極化晶體的溫度。