[發(fā)明專利]一種內(nèi)腔標(biāo)準(zhǔn)具的角度確定、程控偏置與鎖定方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011081883.5
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112054379B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張寬收;戚蒙;李淵驥;馮晉霞
• 申請（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 主分類號: H01S3/108
• 分類號: H01S3/108;H01S3/13;H01S3/136
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 張夢澤

本發(fā)明公開一種內(nèi)腔標(biāo)準(zhǔn)具的角度確定、程控偏置與鎖定方法及系統(tǒng)，涉及激光和非線性光學(xué)頻率變換技術(shù)領(lǐng)域，角度確定方法包括：獲取非線性晶體的實時溫度；根據(jù)非線性晶體的實時溫度計算標(biāo)準(zhǔn)具角度，具體包括：獲取光學(xué)參量振蕩器的實驗參數(shù)和起始調(diào)諧溫度，計算不同標(biāo)準(zhǔn)具角度下的歸一化參量增益譜；將最大歸一化參量增益值和對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)具角度寫入數(shù)組；確定數(shù)組中的最大歸一化參量增益值的最小值；并在最小值小于0時將最小值對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)具角度和非線性晶體的溫度輸出。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)參量振蕩器的寬帶連續(xù)無跳模可調(diào)諧。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光和非線性光學(xué)頻率變換技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種內(nèi)腔標(biāo)準(zhǔn)具的角度確定、程控偏置與鎖定方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光學(xué)參量振蕩器(OPO)由泵浦光、非線性晶體、諧振腔組成，經(jīng)由光學(xué)參量振蕩過程，同時產(chǎn)生信號光和閑置光。理想情況下，OPO產(chǎn)生的兩束光的頻率由能量守恒條件(即泵浦光頻率等于信號光頻率與閑置光頻率之和)和完全相位匹配條件(即泵浦光頻率與其在非線性晶體中的折射率之積等于信號光和閑置光各自的頻率與折射率的乘積之和)所決定。因此可以通過調(diào)控泵浦光頻率、非線性晶體溫度、非線性晶體角度等參數(shù)，使得滿足能量守恒條件和完全相位匹配條件的信號光和閑置光頻率變化，從而實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧。

寬帶連續(xù)無跳模調(diào)諧的OPO在氣體檢測和追跡、大氣污染監(jiān)控、火災(zāi)早期預(yù)警、精密光譜、生物化學(xué)研究等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。為了獲得氣體或者化合物溶液的指紋譜(吸收譜、拉曼散射譜等)，需要探測光源的頻率可以在寬頻帶范圍內(nèi)連續(xù)無跳模調(diào)諧，同時對實際應(yīng)用來說光源的調(diào)諧速度越快越好。但是由于存在額外的如自發(fā)參量放大等非線性過程，在OPO的調(diào)諧過程中會出現(xiàn)跳模和多模等現(xiàn)象，使得現(xiàn)有的可調(diào)諧OPO的連續(xù)無跳模調(diào)諧帶寬被限制在1THz以下，且寬調(diào)諧帶寬和高調(diào)諧速度無法兼得。

為了獲得寬帶連續(xù)無跳模可調(diào)諧OPO，目前常用的技術(shù)手段有：泵浦調(diào)諧結(jié)合溫度實時反饋優(yōu)化、腔長調(diào)諧結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)具角度調(diào)節(jié)、緩慢溫度調(diào)諧等。

泵浦調(diào)諧技術(shù)的原理是在非線性晶體溫度不變、信號光在諧振腔內(nèi)共振的條件下，通過調(diào)諧泵浦光的頻率，使得非共振的閑置光頻率跟隨泵浦光頻率變化。由于泵浦調(diào)諧技術(shù)本身只是基于能量守恒條件的調(diào)諧，因此在調(diào)諧一定頻率范圍之后，輸出光的頻率和折射率關(guān)系將偏離完全相位匹配條件，導(dǎo)致其調(diào)諧帶寬一般在幾百GHz的水平。為提高調(diào)諧帶寬，常用的方法是采用實時溫度反饋使得OPO始終保持在完全相位匹配條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其典型工作是：2012年，有些學(xué)者采用寬帶可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器作為種子源注入的光纖放大器作為泵浦源，通過采用角度固定的內(nèi)腔標(biāo)準(zhǔn)具組鎖定信號光頻率，同時采用實時溫度反饋，實現(xiàn)了對輸出閑置光的帶寬為900GHz的連續(xù)無跳模調(diào)諧。(參考文獻(xiàn)：X.P.Hong,X.L.Shen,M.L.Gong,and F.Wang,“Broadly tunable mode-hop-free mid-infrared light sourcewith MgO:PPLN continuous-wave optical parametric oscillator,”O(jiān)pt.Lett.37(23),4982-4984(2012).)。盡管采用實時溫度反饋可以在一定調(diào)諧范圍內(nèi)克服OPO偏離完全相位匹配條件導(dǎo)致的跳模等問題，但該方法犧牲了調(diào)諧速度(典型的等待溫度穩(wěn)定的時間為30-60秒)，且無法使OPO工作在泵浦功率高于3倍閾值的條件下，因而輸出光的功率受限。此外，輸出光的調(diào)諧帶寬受到泵浦源自身的無跳模調(diào)諧帶寬的限制。