[发明专利]一种光学参量振荡器

说明书

技术领域

本发明属于光电子与激光技术领域，涉及光波导理论与技术、非线性光学、光子学与技术领域。它适用于军事激光、空间激光通信、激光医学、激光核聚变、激光加工、激光光谱学和精密光学测量等领域的应用。

背景技术

光学参量振荡器仍然是目前实现激光频率变换的有效技术，一般的光学参量振荡器，采用非线性光学晶体，但是由于相位匹配、有效非线性系数和光学透过波段的限制，缺少有效的非线性光学晶体，在许多波长范围无法实现光学参量振荡器。尤其是缺少高质量的中远红外激光晶体和非线性晶体，中远红外激光技术及应用(特别是军事激光的应用)的发展受到严重的限制。而非线性光子晶体光纤由于引入了周期性或随机分布的空气孔或其它材料孔，具有许多奇异的非线性光学现象，随着非硅基光子晶体光纤的出现，可以产生2~5μm超连续谱(Jonathan H.V.Price，Tanya M.Monro，Heike Ebendorff-Heidepriem，Francesco Poletti，Peter Horak，Vittoria Finazzi，Julie Y.Y.Leong，Periklis，Petropoulos，Joanne，C.Flanagan，Gilberto Brambilla，XianFeng，and David J.Richardson，Mid-IR Supercontinuum Generation FromNonsilica Microstructured Optical Fibers，IEEE Journal of SelectedTopics in Quantum Electronics，2007，738-749.Xian Feng，Wei H.Loh，Joanne C.Flanagan，Angela Camerlingo，Sonali Dasgupta，PeriklisPetropoulos，Peter Horak，Ken E.Frampton，Nicholas M.White，JonathanH.V.Price，Harvey N.Rutt，and David J.Richardson，Single-modetellurite glass holey fiber with extremely large mode area for infrarednonlinear applications，Optics Express，2008，16(18)：13651-13656)，表明能够采用非线性光纤的光学参量振荡器获得2-5μm的中远红外激光。因此，国际上目前对光子晶体光纤光学参量振荡器的研究十分重视。在中国国家自然科学基金(空气孔随机分布的光子晶体光纤光学参量振荡器的研究，项目编号：60478021)的资助下，通过对光子晶体光纤的色散效应，四波混频与参量放大、自相位调制、交叉相位调制、受激拉曼散射、孤子效应、超连续谱等非线性光学问题进行了深入的理论和实验研究，对目前所采用光学参量振荡器的技术方案进行了深入的分析，概括起来它们可分为两类：

一类使频率高于泵浦光的参量光产生振荡，该频率的参量光产生正色散，使用色散棱镜进行负色散补偿。由于单个色散棱镜在参量光频率区域也会产生正色散，只有通过选择合适折射率材料、入射角、棱镜顶角和棱镜间的相对距离，才能实现负色散补偿。但是色散棱镜各通光面对参量光的反射和材料对参量光吸收，产生严重的光学损耗，甚至使参量光无法形成振荡。通过增加泵浦功率将可能产生超连续谱，也会抑制参量振荡的形成。因此，目前的光子晶体光纤参量振荡器的输出功率相当低。

另一类是使频率低于泵浦光的参量光振荡，参量光产生负色散，使用具有正色散效应的玻璃棒进行正色散补偿(Jay E.Sharping，Mark A.Foster，andAlexander L.Gaeta，Octave-spanning，high-powermicrostructure-fiber-based optical parametric oscillators，OpticsExpress，2007，15(4)：1474-1479)。此类色散补偿技术相对简单，但是无法形成频率高于泵浦光的参量光的振荡，只能将此波段的参量光作为闲频光输出，从而极大地限制了该波段参量光的输出功率。

总之，目前的光子晶体光纤光学参量振荡器存在着群速度度色散补偿的严重问题。另外，目前的光子晶体光纤参量振荡器存在着光学损耗大、参量光输出功率低等问题。

发明内容