[实用新型]中红外光参量振荡器

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种中红外光参量振荡器。

背景技术

自1960年第一台红宝石激光器问世以来, 人们就开始了可调谐激光器的研究。光学参量振荡同倍频、和频、拉曼等一样都属于非线性频率变换技术的一种。早在1961年二次谐波就已经出现了，随后又出现了三波混频，在1965年出现了光学参量振荡。光参变振荡器( OPO) 提供了从可见到红外的可调谐相干辐射，已广泛应用于激光同位素分离、燃烧诊断、大气污染的遥测、光雷达等方面。在军事应用领域连续宽调谐中波红外激光辐射源可作为干扰源使用。

一束泵浦光ω₃入射非线性晶体（ω为光子频率），产生两束新的光波ω₁和ω₂，且有ω₃=ω₁+ω₂关系成立，称光学参量发生(Optical Parametric Generation，OPG)，相应的晶体器件称为光学参量发生器。一束强泵浦光ω₃和一束弱的信号光ω₁一起入射非线性晶体，弱的信号光ω₁被放大，同时产生一束新光波ω₂，也有ω₃=ω₁+ω₂成立，此称为光学参量放大(Optical Parametric Amplification，OPA)。将非线性晶体放入谐振腔中，一束泵浦光ω₃入射，同时产生两束新光波ω₁和ω₂，同样有ω₃=ω₁+ω₂成立，此称为光学参量振荡(Optical Parametric Oscillation，OPO)，相应的谐振腔和晶体统称为光学参量振荡器。

光学参量振荡器(OPO)是利用非线性晶体的混频特性来实现频率变换的器件，其中有一个或两个光波具有振荡特性。有的文献中把OPO和OPA统称为OPG。OPA在原理上同微波参量放大极为相似。光学参量放大实质上是一个差频产生的三波混频过程。在差频过程中，每湮没一个光子，同时要产生两个低频光子，在此过程中这两个低频光波获得增益，因此光学参量放大器可作为它们的放大器。将一个强的高频光(泵浦光)和一个弱的低频光(信号光)同时入射到非线性晶体上，就可以产生差频光(空闲光)，而弱的信号光被放大了。若信号光、空闲光同泵浦光多次通过非线性晶体，它们可以多次得到放大。如果将非线性晶体置于谐振腔中，并用强的泵浦源照射，当增益超过损耗时，在腔内可以从噪声中建立起相当强的信号光及空闲光。应当指出的是，在光学参量振荡器中建立起来的两种频率的光波，任何一个光波都可以称为信号光或者空用光。区别哪个是信号光，哪个是空闲光是没有意义的，不过一般习惯把波长短的光波称为信号光，长的称为空闲光。

光参量振荡器是一种利用非线性晶体的混频特性实现光学频率变换的器件, 同时它又是波长可调谐的相干光源。它具有以下特点:

(1)调谐范围宽: 普通的激光器只输出一种或几种波长的激光, 而OPO 的调谐范围可从紫外到远红外,可满足不同的需求。

(2)整个激光器可做到紧凑、小型化、全固化: OPO 是通过非线性晶体进行频率转换, 只需要一块或几块晶体就能实现宽带输出; 其泵浦源可采用二极管泵浦的固体激光器, 因而可以实现全固化。

(3) 可实现大功率、窄线宽输出。

光参量振荡器与一般激光器的主要区别在于：普通激光器的工作频率是由工作物质的固有能级决定的,与外部提供的能源泵浦源无关,而参量振荡器的振荡频率与泵浦源的频率有关, 泵浦光频率是振荡频率的参变量,参量振荡是分频过程。中红外光参量振荡器一直是国内外研究的热点,随着各种新型非线性晶体出现,更为该领域的研究开拓了新的应用前景。其主要应用领域包括:环境监测、遥感、医疗诊断和治疗、激光光谱学研究、材料处理、数据通信、光电测量、激光测距、激光雷达、红外对抗等。

目前，国内外已经有一些商业光参量振荡器产品出现，能量可以高到几百毫焦，波长可以从400纳米到4微米，线宽也可以做到小于0.075cm^-1。但是却很少有见到波长长到十几微米的中红外光参量振荡器。

实用新型内容

为了克服传统中红外光参量振荡器存在的上述问题，本实用新型提供了一种只用单一波长的泵浦光，可以获得1.2～17微米范围内的输出激光的中红外光参量振荡器。