專利名稱：寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學器件，尤其涉及一種寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器
背景技術：
太赫茲(0. I-IOTHz)技術在物體成像、環(huán)境監(jiān)測、射電天文、衛(wèi)星通信和軍用雷達 方面具有重大科學價值和廣闊應用前景。光參量振蕩器產生雙波長激光輸出后再利用非線 性差頻(Dre)過程是獲得太赫茲波的一種重要手段，該方法的優(yōu)點是沒有閾值、實驗設備 簡單、容易實現(xiàn)差頻轉換等優(yōu)點。這種方法的關鍵是要獲得波長相近的雙波長激光，目前光 參量振蕩器產生雙波長激光輸出有如下幾種常用方法，但這些方法各自都有自身缺點(1)工作在簡并點附近的光學參量振蕩器，但該方法獲得的簡并點附近的雙波長 激光光譜線寬太寬；(2)利用雙非線性晶體實現(xiàn)雙信號光運轉的光學參量振蕩器，但該方法使用雙非 線性晶體造成光學系統(tǒng)復雜，不便于光路調節(jié)；(3)利用雙重周期極化晶體實現(xiàn)雙信號光運轉的光學參量振蕩器，但該方法中晶 體極化周期已經確定，不能使用周期調諧方法，波長調諧范圍窄；(4)利用非周期極化晶體實現(xiàn)雙信號光運轉的光學參量振蕩器申請?zhí)枮?2004bl0014484.6，名稱為“非周期極化晶體雙波長光學參量振蕩器產生太赫茲的裝置”的 專利，在光學參量振蕩器中利用非周期極化晶體實現(xiàn)雙信號光運轉，通過Dre過程獲得頻 率范圍為1. 19-1.45THZ太赫茲波。該發(fā)明的優(yōu)點在于裝置易于組建，產生的太赫茲無閾 值，且轉換效率高，便于光路調節(jié)。但非周期極化晶體制備工藝復雜，且不能使用周期調諧 方式，波長調諧范圍窄，調諧速率慢；(5)使用兩束激光分別通過多周期極化晶體的兩個不同周期實現(xiàn)雙信號光運轉的 光學參量產生器:Pu Zhao 等人發(fā)表在 J. Opt. A =PureAppl. Opt. (vol (9)，2007 :235-238)上 的文章使用聲光分束器將泵浦激光分為兩束激光后，分別通過多周期極化PPLN晶體兩個 不同極化周期產生雙波長信號光輸出。該方法中泵浦光單次通過PPLN晶體，只具有單程增 益，激光輸出功率受到限制。

發(fā)明內容
為了解決背景技術中的問題，本發(fā)明的目的是要提供一種調諧范圍寬、輸出功率 高、裝置結構簡單緊湊、光路易于調節(jié)的寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器。本發(fā)明提供一種寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器，包括泵浦源、光學耦合透鏡組、平面輸入鏡、周期極化非線性晶體、控溫爐和垂直雙臂 輸出鏡；所述垂直雙臂輸出鏡由兩個互相垂直的平面鏡構成；所述周期極化非線性晶體的 外部套置控溫爐，形成控溫非線性晶體；所述平面輸入鏡和垂直雙臂輸出鏡構成光參量振 蕩器的振蕩腔；其中該泵浦源、光學耦合透鏡組、平面輸入鏡、控溫非線性晶體和垂直雙臂輸出鏡依次排列于同一光路上；其中泵浦源發(fā)出的泵浦光經光學耦合透鏡組聚焦再從平面輸入鏡透射后，先入射 到周期極化非線性晶體的某一周期上產生某一波長的第一閑頻光，第一閑頻光由垂直雙臂 輸出鏡的上臂透射出去；剩余泵浦光經垂直雙臂輸出鏡反射后，再入射到周期極化非線性 晶體的另一周期上產生另一波長的第二閑頻光，第二閑頻光經平面輸入鏡反射后再由垂直 雙臂輸出鏡的下臂透射出去，由此獲得雙波長輸出，構成雙波長輸出光參量振蕩器。本發(fā)明的優(yōu)點在于雙波長閑頻光的輸出波長調諧范圍寬、輸出功率高，整套裝置 結構簡單緊湊，光路易于調節(jié)。


為進一步說明本發(fā)明的具體技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其 中圖1是本發(fā)明寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器的示意圖；圖2是本發(fā)明使用端泵激光晶體的泵浦源的示意圖；圖3是本發(fā)明溫度調諧結果的理論計算曲線的示意圖；圖4a、圖4b是本發(fā)明周期調諧過程的示意圖；圖5是本發(fā)明周期調諧結果的理論計算曲線的示意圖；圖6a、圖6b是本發(fā)明腔鏡調諧過程的示意圖；圖7是本發(fā)明腔鏡調諧結果的理論計算曲線的示意圖；圖8是本發(fā)明使用多周期極化非線性晶體和直角全反射棱鏡的示意圖；圖9是本發(fā)明使用側泵激光頭的泵浦源的示意圖。
具體實施例方式請參見圖1、圖2、圖8和圖9所示，本發(fā)明一種寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩 器，目的在于使泵浦光先后通過周期極化非線性晶體14的兩個不同極化周期，泵浦光先后 與兩個不同的極化周期作用后獲得雙波長閑頻光輸出。本發(fā)明包括泵浦源11，所述的泵浦源是使用端泵激光晶體M或側泵激光頭92構成，所述的泵 浦源的波長是1064nm或532nm ；光學耦合透鏡組12，所述的光學耦合透鏡組12將泵浦光耦合進周期極化非線性 晶體14 ；平面輸入鏡13，所述的平面輸入鏡13的材料為石英(JGSl)；其表面鍍對泵浦光高 透射率和對信號光、閑頻光高反射率膜，其中高透射率T為97. 2% il. 064 μ m,高反射率R > 99. 7% il. 3-1. 6 μ m&R > 98. 2% §3. 6-4. 8 μ m。周期極化非線性晶體14，所述的周期極化非線性晶體14，其尺寸為 30mmX 13mmX lmm,其極化結構為扇形周期極化結構，極化周期從26. 9-29. 5 μ m連續(xù)變化， 該周期極化非線性晶體14兩端面鍍對信號光、閑頻光和泵浦光減反射率膜，其中減反射率 R < 1% il. 3-1. 6 μ m&R < 1. 5% §3. 3-4. 8 μ m&R < 2% il. 064 μ m。所述的周期極化非線 性晶體 14 的材料是 PPLN、PPLT, PPKTP, PPKTA, PPRTA, MgOiPPLN 或 MgO:PPLT ；所述的非線 性晶體的極化結構是扇形周期極化結構或多周期極化結構；
控溫爐15，所述的控溫爐15用來控制周期極化非線性晶體14的工作溫度，控制精 度為士0. rc ；周期極化非線性晶體14的外部套置控溫爐15，形成控溫非線性晶體100 ；垂直雙臂輸出鏡16，所述的垂直雙臂輸出鏡16由兩個互相垂直的平面鏡構成，兩 個平面鏡是垂直雙臂輸出鏡16的雙臂；所述的垂直雙臂輸出鏡16的材料為CaF2 ；所述的垂 直雙臂輸出鏡16的表面鍍對泵浦光、信號光高反射率和對閑頻光高透射率膜，其中高反射 率 R> 98. 7% il. 064 μ m&R > 98. 7% il. 3_1· 6 μ m，高透射率 T > 95. 7% §3. 6-4. 8 μ m,皆 為45°入射角。所述的垂直雙臂輸出鏡16與平面輸入鏡13組成光參量振蕩器的振蕩腔； 所述的光參量振蕩器的振蕩腔或是由平面輸入鏡83、平面輸出鏡86和直角全反射棱鏡87 構成。其中泵浦源11、光學耦合透鏡組12、平面輸入鏡13、控溫非線性晶體100和垂直雙 臂輸出鏡16依次排列于同一光路上；其中泵浦源11發(fā)出的泵浦光經光學耦合透鏡組12聚焦再從平面輸入鏡13透射 后，先入射到周期極化非線性晶體14的某一周期上產生第一閑頻光II，第一閑頻光Il由垂 直雙臂輸出鏡16上臂透射出去；剩余泵浦光經垂直雙臂輸出鏡16反射后，入射到周期極化 非線性晶體14的另一周期上產生第二閑頻光12，第二閑頻光12經平面輸入鏡13反射后再 由垂直雙臂輸出鏡16的下臂透射出去，由此獲得雙波長輸出構成雙波長輸出光參量振蕩
ο其中第一閑頻光Il和第二閑頻光12的波長調諧方式是通過改變周期極化非線性 晶體14的溫度實現(xiàn)溫度調諧，或通過平移控溫非線性晶體100實現(xiàn)周期調諧，或通過平移 垂直雙臂輸出鏡16實現(xiàn)腔鏡調諧。其中光參量振蕩器的振蕩腔是以信號光作為振蕩光而輸出雙波長閑頻光，信號光 在光參量振蕩器的振蕩腔內沿U形路徑往返振蕩；或是以閑頻光作為振蕩光而輸出雙波長 信號光，閑頻光在光參量振蕩器的振蕩腔內沿U形路徑往返振蕩。實施例1 請參見圖1和圖2所示。各光學器件的具體參數(shù)如下半導體激光器21在25°C 時中心波長808nm，光纖芯徑為400 μ m，數(shù)值孔徑為0.22，自帶溫度控制和冷卻系統(tǒng)。光 學耦合系統(tǒng)23為1 1耦合系統(tǒng)，把光纖22輸出的808nm激光耦合進NchYVO4晶體24， 聚焦光斑直徑為400 μ m。1064nm激光腔采用結構簡單的平_平腔結構，半導體激光器 21輸出的808nm激光經過耦合系統(tǒng)23后泵浦Nd = YVO4晶體24，NdiYVO4晶體M前端面 鍍HT@808nm&HR@ 1064nm薄膜，作為1064nm激光諧振腔的輸入鏡，后端面鍍HT@808nm & 1064nm薄膜，Nd = YVO4晶體M尺寸3 X 3 X 10mm3，摻雜濃度為0. 3atm%，采用恒溫水冷機將 溫度控制在18°C。為了獲得脈沖激光輸出，腔內加入聲光Q開關25，重復頻率l-50kHz可 調。輸出耦合鏡26對1064nm的透過率為10%，腔長約為100mm。光參量振蕩器的振蕩腔由平面輸入鏡13和垂直雙臂輸出鏡16組成，兩者空 間距離約為50mm。平面輸入鏡13材料為石英(JGSl)，表面鍍對泵浦光高透射率(T = 97. 2% il. 064 μ m)和對信號光、閑頻光高反射率膜(R > 99. 7% il. 3-1. 6 μ m&R > 98. 2% @3. 6-4. 8 μ m)(垂直入射條件)，垂直雙臂輸出鏡16材料為CaF2,表面鍍對泵浦光、信號光 高反射率(R = 98. 7% il. 064 μ m&R > 98. 7 % il. 3-1. 6 μ m)和對閑頻光高透射率膜(T >95. 7% §3. 6-4. 8 μ m) (45°角入射條件)。這樣，光參量振蕩器的振蕩腔對信號光單諧振。在平面輸入鏡13和雙臂垂直輸出鏡16之間設置的周期極化非線性晶體14的材料為 MgO:PPLN，其尺寸為30mm (長)X 13mm (寬)X Imm (厚)，其極化結構為扇形周期極化結構， 極化周期從26. 9-29. 5 μ m連續(xù)變化，周期極化非線性晶體14兩端面鍍對信號光、閑頻光和 泵浦光減反射率膜(R < 1 % §1. 3-1. 6 μ m&R < 1. 5 % §3. 3-4. 8 μ m&R < 2 % il. 064 μ m)。 周期極化非線性晶體14工作溫度由控溫爐15控制，工作溫度范圍為20-200°C，控溫爐15 采用Pt 100作為溫度傳感器，控制精度為士0. 1°C。下面為了敘述方便，在周期極化非線性晶體14端面寬度方向加上均勻刻度(如圖 1所示)，刻度范圍為0-13mm，其中Omm刻度對應極化周期沈.9 μ m處，13mm刻度對應極化 周期四.5 μ m處，刻度與周期極化非線性晶體14同步移動；諧振腔右端加上坐標軸，X軸方 向沿周期極化非線性晶體14的長度方向，Y軸方向沿周期極化非線性晶體14的寬度方向， Y軸坐標值范圍為0-13mm，坐標軸固定不動。1064nm泵浦光從平面輸入鏡13透射后，先入射到周期極化非線性晶體14某一周 期上，產生第一閑頻光II，第一閑頻光Il從垂直雙臂輸出鏡16上臂透射出去；剩余泵浦光 再經垂直雙臂輸出鏡16反射后，入射到周期極化非線性晶體14另一周期，產生第二閑頻光 12，第二閑頻光12經平面輸入鏡13反射后由垂直雙臂輸出鏡16下臂透射出去。為了保證 泵浦光經過垂直雙臂輸出鏡16反射進入周期極化非線性晶體14的另一周期后具有足夠的 功率密度，泵浦光聚焦在周期極化非線性晶體14另一周期沿X軸方向的中心，光斑半徑約 為 100 μ m。溫度調諧過程中，如圖1所示，保持平面輸入鏡13中心、周期極化非線性晶體14 沿Y軸方向中心和垂直雙臂輸出鏡16中心都在Y = 6. 5mm直線(圖中虛線)上，周期極化 非線性晶體14初始溫度為20°C。泵浦光從平面輸入鏡13透射后，入射到周期極化非線性 晶體14寬度方向5. 5mm刻度位置處(對應極化周期28. Oym),產生第一閑頻光Il波長為 4. 352 μ m，泵浦光經垂直雙臂輸出鏡16反射后，入射到周期極化非線性晶體14寬度方向 7. 5mm刻度位置處(對應極化周期28. 4 μ m)，產生的第二閑頻光12波長為4. 219 μ m,第一 閑頻光Il和第二閑頻光12雙波長間隔為133nm，若對該雙波長閑頻光使用差頻過程可以獲 得頻率為2. 173THz的信號。當周期極化非線性晶體14溫度為200°C時，產生的第一閑頻 光Il和第二閑頻光12的波長分別為4. 135 μ m和3. 992 μ m，雙波長間隔為143nm，若對該 雙波長閑頻光使用差頻過程可以獲得頻率為2. 599THz的信號。當周期極化非線性晶體14 的溫度從20°C連續(xù)變化到200°C時，第一閑頻光Il波長從4. 352 μ m連續(xù)變化到4. 135 μ m, 第二閑頻光12波長從4. 219 μ m連續(xù)變化到3. 992 μ m,第一閑頻光Il和第二閑頻光12的 雙波長間隔從133nm變化到143nm，理論計算結果如圖3所示。若使用差頻過程可以獲得太 赫茲信號頻率變化的相應范圍為2. 173-2. 599THz。周期調諧過程中，如圖如所示，保持平面輸入鏡43、雙臂垂直輸出鏡46中心在Y =6. 5直線上，保持泵浦光入射位置在Y = 5. 5直線上，保持周期極化非線性晶體44工作 溫度為20°C。沿平行于Y軸方向平移控溫非線性晶體400，改變與泵浦光發(fā)生相互作用的 周期極化非線性晶體44的極化周期。當泵浦光從周期極化非線性晶體44寬度方向0. 5mm 刻度位置處入射時，參與相互作用的周期極化非線性晶體44極化周期為27. 0 μ m，產生第 一閑頻光Il波長為4. 672 μ m ；剩余泵浦光經垂直雙臂輸出鏡46反射后，入射至周期極化 非線性晶體44寬度方向2. 5mm刻度位置處，參與相互作用的周期極化非線性晶體44極化周期為27. 4 μ m，產生第二閑頻光12波長為4. 546 μ m，第一閑頻光Il和第二閑頻光12 雙波長間隔為126nm，若對該雙波長閑頻光使用差頻過程可以獲得頻率為1. 780THz的信 號。如圖4b所示，平移控溫非線性晶體400'后，當泵浦光從周期極化非線性晶體44'寬 度方向10. 5mm刻度位置處入射時，參與相互作用的周期極化非線性晶體44'極化周期為 29. 0 μ m,產生第一閑頻光Il波長為4. 015 μ m,剩余泵浦光經垂直雙臂輸出鏡46'反射后， 入射至周期極化非線性晶體44'寬度方向12. 5mm刻度位置處，參與相互作用的周期極化 非線性晶體44'極化周期為29. 4 μ m，產生第二閑頻光12波長為3. 873 μ m,第一閑頻光Il 和第二閑頻光12雙波長間隔為142nm，若對該雙波長閑頻光使用差頻過程可以獲得頻率為 2.740THZ信號。沿Y軸方向平移控溫非線性晶體400'，當泵浦光入射位置從周期極化非 線性晶體44'寬度方向0. 5mm刻度位置變化至10. 5mm刻度位置時，第一閑頻光Il的波長 變化范圍為4. 672-4. 015 μ m，第二閑頻光12的波長變化范圍為4. 546-3. 873 μ m,閑頻光雙 波長間隔變化范圍為126-142nm，理論計算結果如圖5所示。若使用差頻過程可以獲得太赫 茲信號頻率變化的相應范圍為1. 780-2. 740THz。腔鏡調諧過程中，如圖6a所示，保持平面輸入鏡66和周期極化非線性晶體64的Y 軸方向中心在Y = 6. 5直線上，保持周期極化非線性晶體64工作溫度為20°C，保持泵浦光 從Y = 0.5mm直線(對應周期極化非線性晶體64寬度方向0. 5mm刻度位置處)入射。當垂 直雙臂輸出鏡66中心在Y = 1. Omm直線上時，泵浦光從平面輸入鏡63透射后入射到周期 極化非線性晶體64寬度方向0. 5mm刻度位置處，參與作用的極化周期為27. 0 μ m,產生第一 閑頻光Il的波長為4. 672 μ m ；剩余泵浦通光經垂直雙臂輸出鏡66反射后，入射到周期極 化非線性晶體64寬度方向1. 5mm刻度位置處，參與作用的極化周期為27. 2 μ m,產生第二閑 頻光12的波長為4. 609 μ m，第一閑頻光Il和第二閑頻光12雙波長間隔為63nm，若對該雙 波長閑頻光使用差頻過程可以獲得頻率為0. 878THz信號。如圖6b所示，沿Y軸方向移動雙 臂垂直輸出鏡66'，當垂直雙臂輸出鏡66'中心在Y = 6. 5mm直線上時，泵浦光從平面輸 入鏡63'透射后入射到周期極化非線性晶體64'寬度方向0.5mm刻度位置處，參與作用的 極化周期為27. 0 μ m，產生第一閑頻光Il的波長為4. 672 μ m ；剩余泵浦通光經垂直雙臂輸 出鏡66'反射后，入射到周期極化非線性晶體64'寬度方向12. 5mm刻度位置處，參與作用 的極化周期為29. 4 μ m，產生第二閑頻光12的波長為3. 873 μ m,第一閑頻光Il和第二閑頻 光12雙波長間隔為799nm，若對該雙波長閑頻光使用差頻過程可以獲得頻率為13. 247THz 信號。沿Y軸方向平移雙臂垂直輸出鏡66'，當雙臂垂直輸出鏡66'中心從Y=LOmm移 至Y = 6. 5mm位置處時，第一閑頻光Il的波長保持4. 672 μ m不變，第二閑頻光12的波長 從4. 609 μ m連續(xù)變化至3. 873 μ m,閑頻光雙波長間隔從63nm變化到799nm，理論計算結果 如圖9所示。若對雙波長閑頻光使用差頻過程可以獲得太赫茲信號頻率變化的相應范圍為 0.878-13. 247THz。實施例2 請參見圖8和圖9所示，各光學器件的具體參數(shù)如下激光頭92為北京吉泰公 司生產的50W激光二極管側泵模塊，其晶體棒材料為Nd:YAG，尺寸為Φ3Χ65πιπι，兩端面鍍 1064nm減反射率膜，整個模塊采用循環(huán)水冷機冷卻，工作溫度為18°C。高反鏡91鍍1064nm 高反射率膜，聲光Q開關93重復頻率l-50kHz可調，輸出鏡94透射率T為20%，腔長約為 150mmo
光參量振蕩器的振蕩腔由平面輸入鏡83、平面輸出鏡86和直角全反射棱鏡87 組成，平面輸入鏡83和平面輸出鏡86空間距離約為60mm，整個光參量振蕩器的振蕩腔 的腔長約為85mm。平面輸入鏡83材料為石英(JGSl)，表面鍍對泵浦光高透射率(T =
97.2% il. 064 μ m)和對信號光、閑頻光高反射率膜(R > 99. 7% §1. 3-1. 5 μ m&R > 98. 2% @4. 0-4. 8 μ m)(垂直入射條件)，平面輸出鏡86材料為CaF2,其法線方向與平面輸入鏡83 的法線方向夾角為45°，表面鍍對泵浦光、信號光高反射率(R = 98.7% 01. 064 μ m&R >
98.7% il. 3-1. 5 μ m)和對閑頻光高透射率膜(T >95.7% §4. 0-4. 8 μ m) (45°角入射條 件)，直角全反射棱鏡87材料為CaF2，斜面拋光后鍍對信號光、閑頻光和泵浦光減反射率膜 (R < 1% il. 3-1. 5 μ m&R < 1. 5% @4. 0-4. 8 μ m&R < 2 % il. 064 μ m)。這樣，光參量振蕩 器的振蕩腔對信號光單諧振。在平面輸入鏡83和平面輸出鏡86之間設置的周期極化非 線性晶體14的材料為MgO:PPLN，其尺寸為30mm(長)X 13mm(寬)X Imm(厚)，其極化結 構為多周期極化結構，極化周期從27. 5變化到28. 3 μ m，每兩個相鄰周期相差0. 1 μ m，每 個周期區(qū)域的寬度為1mm，相鄰周期區(qū)域相隔0.5mm。多周期極化非線性晶體84兩端面鍍 對信號光、閑頻光和泵浦光高透射率膜(R< 01. 3-1. 5 μ m&R < 1. 5% §4. 0-4. 8 μ m&R < 2% @1.064μπι)。周期極化非線性晶體84工作溫度由控溫爐85控制，工作溫度范圍為 20-200°C，控溫爐85采用PtlOO作為溫度傳感器，控制精度為士0. 1°C。下面為了敘述方便，在周期極化非線性晶體84端面寬度方向加上均勻刻度(如圖 8所示)，刻度范圍為0-13mm，其中Omm刻度對應極化周期27. 5 μ m處，13mm刻度對應極化 周期觀.3 μ m處，刻度與周期極化非線性晶體84同步移動；諧振腔右端加上坐標軸，X軸方 向沿周期極化非線性晶體84的長度方向，Y軸方向沿周期極化非線性晶體84的寬度方向， 坐標軸固定不動，其中使用的周期極化非線性晶體84的極化結構為多周期極化結構。1064nm泵浦光從平面輸入鏡83透射后，先入射到周期極化非線性晶體84某一周 期上，產生第一閑頻光II，第一閑頻光Il從平面輸出鏡86透射出去；剩余泵浦光再經直角 全反射棱鏡87反射后，入射到周期極化非線性晶體84另一周期，產生第二閑頻光12，第二 閑頻光12經平面輸入鏡83反射后，由平面輸出鏡86透射出去。泵浦光經過光學耦合透鏡 組82，聚焦到周期極化非線性晶體84另一周期的X軸方向的中心，光斑半徑約為200 μ m。溫度調諧過程中，調整光路，使泵浦光從平面輸入鏡83透射后，先入射到周期極 化非線性晶體84寬度方向5mm刻度位置處(對應極化周期27. 8 μ m)，產生第一閑頻光Il ； 剩余泵浦光經直角全反射棱鏡87反射后，入射到周期極化非線性晶體84寬度方向8mm刻 度位置處(對應極化周期觀.(^!11)，產生第二閑頻光12。改變周期極化非線性晶體84工 作溫度，當周期極化非線性晶體84工作溫度從20°C變化到200°C時，第一閑頻光Il波長從 4. 417 μ m變化到4. 205 μ m,第二閑頻光12波長從4. 352 μ m變化到4. 135 μ m,第一閑頻光 Il和第二閑頻光12雙波長間隔從65nm變化到70nm。周期調諧過程中，保持周期極化非線性晶體84工作溫度為20°C。調整光路，使泵 浦光從平面輸入鏡83透射后，先入射到周期極化非線性晶體84寬度方向0. 5mm刻度位置 處(對應極化周期27. 5 μ m)，產生第一閑頻光Il波長為4. 513 μ m ；剩余泵浦光經直角全反 射棱鏡87反射后，入射到周期極化非線性晶體84寬度方向3. 5mm刻度位置處(對應極化 周期27. 7-)，產生第二閑頻光12波長為4. 449 μ m。沿Y軸方向平移控溫非線性晶體800， 使泵浦光從平面輸入鏡83透射后，先入射到周期極化非線性晶體84寬度方向9. 5mm刻度位置處(對應極化周期28. 1 μ m)，產生第一閑頻光Il波長為4. 319 μ m ；剩余泵浦光經直角 全反射棱鏡87反射后，入射到周期極化非線性晶體84寬度方向12. 5mm刻度位置處(對應 極化周期28. 3 μ m)，產生第二閑頻光12波長為4. 253 μ m。周期調諧時，第一閑頻光Il波 長從4. 513 μ m變化到4. 319 μ m,第二閑頻光12波長從4. 449 μ m變化到4. 253 μ m,第一閑 頻光Il和第二閑頻光12雙波長間隔從64nm變化到66nm。整個周期調諧過程中，控溫非線 性晶體800的位置不能連續(xù)變化，需要具體設定控溫非線性晶體800的位置，使泵浦光從平 面輸入鏡83透射后，入射到周期極化非線性晶體84的不同極化周期區(qū)域位置Y軸方向的 中心。腔鏡調諧過程中，保持周期極化非線性晶體84工作溫度為20°C。調整光路，使泵 浦光從平面輸入鏡83透射后，先入射到周期極化非線性晶體84寬度方向0. 5mm刻度位置 處(對應極化周期27. 5 μ m)，產生第一閑頻光Il波長為4. 513 μ m ；剩余泵浦光經直角全反 射棱鏡87反射后，入射到周期極化非線性晶體84寬度方向2mm刻度位置處(對應極化周 期27. 6 μ m)，產生第二閑頻光12波長為4. 481 μ m。沿X軸方向平移直角全反射棱鏡87，使 剩余泵浦光經直角全反射棱鏡87反射后，入射到周期極化非線性晶體84寬度方向12. 5mm 刻度位置處(對應極化周期觀.3 μ m)，產生第二閑頻光12波長為4. 253 μ m。腔鏡調諧時， 第一閑頻光Il波長保持4. 513 μ m不變，第二閑頻光12波長從4. 481 μ m變化到4. 253 μ m， 第一閑頻光Il和第二閑頻光12雙波長間隔從32nm變化到^Onm。整個腔鏡調諧過程中， 直角全反射棱鏡87的位置不能連續(xù)變化，需要具體設定直角全反射棱鏡87的位置，使剩余 泵浦光從直角全反射棱鏡87反射后，入射到周期極化非線性晶體84的不同極化周期區(qū)域 位置Y軸方向的中心。雖然本發(fā)明已以實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術領域 中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明 的保護范圍當視權利要求范圍所界定的為準。
權利要求
1.一種寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器，包括泵浦源、光學耦合透鏡組、平面輸入鏡、周期極化非線性晶體、控溫爐和垂直雙臂輸出 鏡；所述垂直雙臂輸出鏡由兩個互相垂直的平面鏡構成；所述周期極化非線性晶體的外部 套置控溫爐，形成控溫非線性晶體；所述平面輸入鏡和垂直雙臂輸出鏡構成光參量振蕩器 的振蕩腔；其中該泵浦源、光學耦合透鏡組、平面輸入鏡、控溫非線性晶體和垂直雙臂輸出鏡依次 排列于同一光路上；其中泵浦源發(fā)出的泵浦光經光學耦合透鏡組聚焦再從平面輸入鏡透射后，先入射到周 期極化非線性晶體的某一周期上產生某一波長的第一閑頻光，第一閑頻光由垂直雙臂輸出 鏡的上臂透射出去；剩余泵浦光經垂直雙臂輸出鏡反射后，再入射到周期極化非線性晶體 的另一周期上產生另一波長的第二閑頻光，第二閑頻光經平面輸入鏡反射后再由垂直雙臂 輸出鏡的下臂透射出去，由此獲得雙波長輸出，構成雙波長輸出光參量振蕩器。
2.如權利要求1所述的寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器，其中平面輸入鏡材料為 石英，表面鍍對泵浦光高透射率和對信號光、閑頻光高反射率膜，其中高透射率T為97. 2% il. 064 μ m,高反射率 R > 99. 7% §1. 3-1. 6 μ m&R > 98. 2% §3. 6-4. 8 μ m。
3.如權利要求1所述的寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器，其中垂直雙臂輸出鏡 材料為CaF2，表面鍍對泵浦光、信號光高反射率和對閑頻光高透射率膜，其中高反射率R > 98. 7% il. 064 μ m&R > 98. 7% il. 3-1. 6 μ m,高透射率 T > 95. 7% §3. 6-4. 8 μ m,皆為 45° 入射角。
4.如權利要求1所述的寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器，其中在平面輸入 鏡和雙臂垂直輸出鏡之間設置的周期極化非線性晶體的材料為MgO:PPLN，其尺寸為 30mmX 13mmX 1mm，其極化結構為扇形周期極化結構，極化周期從26. 9-29. 5 μ m連續(xù)變化， 該周期極化非線性晶體兩端面鍍對信號光、閑頻光和泵浦光減反射率膜，其中減反射率R < 1% il. 3-1. 6 μ m&R < 1. 5% §3. 3-4. 8 μ m&R < 2% il. 064 μ m。
5.如權利要求1所述的寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器，其中控溫爐的控溫范圍 為20-200°C，控溫精度為士0. 1°C。
6.如權利要求1所述的寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器，其中第一閑頻光和第二 閑頻光的波長調諧方式是通過改變周期極化非線性晶體的溫度實現(xiàn)溫度調諧，或通過平移 控溫非線性晶體實現(xiàn)周期調諧，或通過平移垂直雙臂輸出鏡實現(xiàn)腔鏡調諧。
7.如權利要求1所述的寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器，其中的泵浦源是使用側 泵激光頭或端泵激光晶體。
8.如權利要求1所述的寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器，其中的泵浦源波長為 1064nm 或 53&im。
9.如權利要求1所述的寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器，其中使用的周期極化非 線性晶體 14 的材料是 PPLN、PPLT, PPKTP, PPKTA, PPRTA 或 MgO:PPLT。
10.如權利要求1所述的寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器，其中使用的周期極化 非線性晶體的極化結構為多周期極化結構。
11.如權利要求1所述的寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器，其中光參量振蕩器的 振蕩腔是由平面輸入鏡、平面輸出鏡和直角全反射棱鏡構成。
12.如權利要求1所述的寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器，其中光參量振蕩器的 振蕩腔是以信號光作為振蕩光而輸出雙波長閑頻光，信號光在光參量振蕩器的振蕩腔內沿 U形路徑往返振蕩；或是以閑頻光作為振蕩光而輸出雙波長信號光，閑頻光在光參量振蕩 器的振蕩腔內沿U形路徑往返振蕩。
全文摘要
一種寬調諧范圍雙波長輸出光參量振蕩器，包括泵浦源、光學耦合透鏡組、平面輸入鏡、周期極化非線性晶體、控溫爐和垂直雙臂輸出鏡；垂直雙臂輸出鏡由兩個互相垂直的平面鏡構成；周期極化非線性晶體的外部套置控溫爐，形成控溫非線性晶體；所述平面輸入鏡和垂直雙臂輸出鏡構成光參量振蕩器的振蕩腔；上述結構依次排列于同一光路上；泵浦源發(fā)出的泵浦光經光學耦合透鏡組聚焦再從平面輸入鏡透射后，先入射到周期極化非線性晶體的某一周期上產生某一波長第一閑頻光；剩余泵浦光經垂直雙臂輸出鏡反射后，再入射到周期極化非線性晶體的另一周期上產生另一波長的第二閑頻光，由此獲得雙波長輸出，構成雙波長輸出光參量振蕩器。
文檔編號H01S3/10GK102064462SQ20091023784
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月11日 優(yōu)先權日2009年11月11日
發(fā)明者侯瑋, 張樹寶, 李晉閩, 林學春, 熊波, 趙偉芳, 郭林, 馬建立 申請人:中國科學院半導體研究所