一种宽调谐单纵模中红外光参量振荡器

摘要

本实用新型提供了一种宽调谐单纵模中红外光参量振荡器，包括：沿光路依次布置的基频光源、准直聚焦系统、输入镜、周期极化光学超晶格、谐振镜、滤波片、阶梯光栅和全反镜；其中，输入镜、谐振镜、滤波片、阶梯光栅和全返镜构成光参量振荡腔；本实用新型可以将光学超晶格的温度调谐和周期调谐输出的波长线宽进一步压缩，实现宽调谐单纵模中红外激光输出。

说明书

技术领域

本实用新型涉及中红外光参量振荡器技术领域，特别涉及一种宽调谐单纵模中红外光参量振荡器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

宽调谐单纵模中红外激光凭借其出色的波长调谐、单纵模输出、传输损耗低等特点，在大气遥感，痕量气体检测、光电探测、量子通讯等领域得到广泛应用；受限于中红外材料、器件，中红外激光光源仍然存在调谐范围窄，单纵模输出稳定性差等问题，严重影响其在精密测量、量子通讯等领域的应用。目前，常用的中红外激光光源主要有半导体量子级联激光器、非线性频率转化的光参量振荡器等。

但是，发明人发现，现有的方式仍或多或少的存在一些不足，如半导体量子级联激光器存在输出功率低，制备工艺复杂，单纵模特性差的问题；而光参量振荡器存在光谱宽，稳定性差等问题。

实用新型内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种宽调谐单纵模中红外光参量振荡器，弥补了温度调谐过程中由于控温温差引起的波长抖动以及功率抖动缺陷，解决了无法实现单纵模输出的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种宽调谐单纵模中红外光参量振荡器，包括：沿光路依次布置的基频光源、准直聚焦系统、输入镜、周期极化光学超晶格、谐振镜、滤波片、阶梯光栅和全反镜；

其中，输入镜、谐振镜、滤波片、阶梯光栅和全反镜构成光参量振荡腔。

作为可选的一种实现方式，阶梯光栅和全反镜构成Littman-Metcalf型结构。

作为可选的一种实现方式，周期极化光学超晶格的晶体为周期极化的铌酸锂晶体、周期极化磷酸氧钛钾晶体、周期极化钽酸锂晶体、周期极化同成分铌酸锂晶体和周期极化同成分钽酸锂晶体中的任一种。

作为可选的一种实现方式，输入镜镀有对基频光高透且对信号光和闲频光高反的膜。

可选的，谐振镜镀有对信号光高透且对闲频光高反的膜。

作为更进一步的限定，阶梯光栅的工作波长为1.2μm-1.8μm。

作为更进一步的限定，反射镜镀有1.2μm-1.8μm的高反膜。

作为进一步的限定，基频光源为半导体激光器、光纤激光器或者固体激光器。

作为进一步的限定，所述基频光源的工作波长为900nm-1200nm。

作为可选的一种实现方式，谐振镜与基频光轴线呈设定角度放置，设定角度范围为15°-45°。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型创新性的提出了一种宽调谐单纵模中红外光参量振荡器，在单谐振光参量振荡器中嵌入Littman-Metcalf结构，用来锁定信号光波长，兼顾波长调谐和谐振腔高反镜的作用，可以将光学超晶格的温度调谐和周期调谐输出的波长线宽进一步压缩，实现了宽调谐单纵模中红外激光输出。

2、本实用新型创新性的提出了一种宽调谐单纵模中红外光参量振荡器，利用周期极化光学超晶格的温度调谐和周期调谐特性，实现了宽波段的单纵模中红外激光输出，相比于传统的周期极化光学超晶格光参量振荡器，弥补了温度调谐过程中由于控温温差引起的波长抖动以及功率抖动缺陷，解决了无法实现单纵模输出的问题。

3、本实用新型创新性的提出了一种宽调谐单纵模中红外光参量振荡器，通过优化控制信号光线宽，实现了高光束质量、高效率单纵模激光输出，通过优化光参量腔结构，实现了高效和、高光束质量(M

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型实施例1提供的宽调谐单纵模中红外光参量振荡器的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例1提供的宽调谐单纵模中红外光参量振荡器的结构示意图二；

其中，1-基频光源；2-准直聚焦系统；3-输入镜；4-周期极化光学超晶格；5-谐振镜；6-滤波片；7-阶梯光栅；8-全反镜。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本实施例提供了一种宽调谐单纵模中红外光参量振荡器，包括沿光路依次设置基频光源1、准直聚焦系统2、输入镜3、周期极化光学超晶格4、谐振镜5、滤波片6、阶梯光栅7和全反镜8，输入镜3、谐振镜5、滤波片6、阶梯光栅7以及全返镜8构成光参量振荡腔。

基频光源1产生的基频光经过所述输入镜3后入射到周期极化光学超晶格4中，对所述周期极化光学超晶格4进行泵浦，在所述光参量振荡腔内形成光振荡，产生信号光和闲频光；

控制周期极化光学超晶格4的温度和周期可以实现宽波段的激光输出，阶梯光栅7和全反镜8构成波长锁定和精细调节的Littman-Metcalf型结构，最终实现宽范围波长精细调谐和单纵模输出。

优选的，本实施例中，周期极化光学超晶格4是周期极化的铌酸锂晶体(PPLN)，PPLN晶体的周期28μm-32μm；可以理解的，在其他一些实现方式中，周期极化光学超晶格4也可以是周期极化磷酸氧钛钾晶体(PPKTP)、周期极化钽酸锂晶体(PPLT)、周期极化同成分铌酸锂晶体(PPCLN)和周期极化同成分钽酸锂晶体(PPCLT)中的任一种。

优选的，本实施例中，输入镜3镀有对基频光高透且对信号光和闲频光高反的膜，谐振镜5镀有信号光高透且闲频光高反的膜，阶梯光栅7的工作波长为1.2μm-1.8μm，反射镜8镀有1.2μm-1.8μm的高反膜，可以实现信号光波段的单纵模调谐输出。

本实施例中，基频光源1采用半导体激光器、光纤激光器或者固体激光器，工作波长为900nm-1200nm，优选的，所述基频光源的工作波长为1030nm或1064nm。

本实施例中，谐振镜5与基频光的轴线呈设定角度放置，如图2所示，设定角度范围为15°-45°。

本实施例提供的宽调谐单纵模光参量振荡器工作原理，包括：

(1)光参量振荡器原理

在光参量振荡器中主要有三个波长：基频光ω

(2)准位相匹配原理

周期极化光学超晶格4的位相匹配过程中存在失配量，可以由极化产生的倒格矢来补偿，即：Δk＝k

(3)宽调谐和波长锁定原理

在满足相位匹配的过程中必须要满足三波的能量守恒和动量守恒，即：

1/λ

其中，λ

n

其中，n

由公式(Ⅰ)和(Ⅱ)得到：

λ

通过改变温度改变泵浦光、信号光和闲频光的折射率，从而达到波长的调谐效果，光参量振荡器单纯的温度调谐输出的光谱非常宽(几纳秒到几十纳秒不等)，存在非常多的纵模；通过在腔内嵌入Littman-Metcalf结构，使其成为光参量振荡腔的一部分，在周期极化光学超晶格温度调谐的基础上可以通过控阶梯光栅0级衍射的角度，实现了单纵模输出。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。