[发明专利]紧凑的宽光谱、可独立调谐双波长参量振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学参量振荡器(OPO)，特别涉及一种紧凑的宽光谱、可独立调谐双波长参量振荡器，属于激光技术、非线性光学领域。

背景技术

双波长激光器可广泛应用于生物化学、遥感探测、光谱物理等领域。虽然产生双波长激光输出的方式很多，但传统双波长激光器的输出特性受激光增益介质谱线宽度的限制，调谐范围仅为GHz；且不易实现波长间隔的调谐及相对强度的控制。

光学参量振荡器、差频参量发生器是获得宽光谱可调谐激光输出的有效手段。当采用周期性极化介质作为非线性参量晶体时，通过对极化周期的选择可实现在晶体通光范围内的宽光谱调谐。

当采用光学参量振荡器时，为获得低阈值、高效率非线性频率转换，通常采用单谐振方式，如信号光谐振，闲频光输出。因此，要获得双波长输出需要使用两台光学参量振荡器；结构复杂、研制成本高昂。

而采用传统的差频参量发生器时，产生不同波长需要有不同波长的信号光注入，大大增加了研制成本；此外，输出波长的控制受参加差频参量作用信号光光源的限制，输出激光波长不易于实现宽光谱连续调谐。

此外，无论光学参量振荡器还是差频参量发生器，为获得相位匹配并利用晶体的最大非线性系数，泵浦光须为线偏光，这大大增加系统的复杂性及研制成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种紧凑的宽光谱、可独立调谐双波长参量振荡器。该振荡器能够输出两个不同波长、且两波长可在大范围内独立调谐。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

紧凑的宽光谱、可独立调谐双波长参量振荡器，包括泵浦激光器、偏振分束器、反射镜、第一控制器、第二控制器、第一耦合光学系统、第二耦合光学系统、第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜、第四腔镜、第一晶体、第二晶体；所述的四镜环形腔包括第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜、第四腔镜、第一晶体和第二晶体。

为测试方便，还能够包含第一分光镜、第二分光镜，第一分光镜置于第二腔镜后方，第二分光镜置于第四腔镜后方；

另外，为对泵浦激光器进行有效保护，还可包含单向隔离器，单向隔离器位于泵浦激光器与偏振分束器之间。

由泵浦激光器出射的非偏振激光经偏振分束器分为两路，偏振态平行于偏振分束器主轴的泵浦光成分透射经过偏振分束器，定义为下路，偏振态垂直于偏振分束器主轴的泵浦光成分，经偏振分束器时反射90°从而到达反射镜，再由反射镜反射90°后，形成与下路平行的泵浦光，定义为上路；此后，下路泵浦光依次经过第一控制器、第一耦合光学系统、第一腔镜、第一晶体、第二腔镜及第一分光镜，第一耦合光学系统的光轴与泵浦激光器的出光方向重合；而上路泵浦光经依次经过第二控制器、第二耦合光学系统、第三腔镜、第二晶体、第四腔镜及及第二分光镜；其中满足信号光振荡条件的四镜环形腔包括第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜、第四腔镜、第一晶体和第二晶体，第一晶体位于第一腔镜与第二腔镜之间，第二晶体位于第三腔镜与第四腔镜之间，且第一腔镜、第一晶体、第二腔镜、第三腔镜、第二晶体、第四腔镜之间的位置关系满足下述条件：可构成四镜环形光学谐振腔，满足信号光单谐振条件，即上路、下路由于参量作用形成的波长不同的信号光在腔内光路重合、形成稳定振荡。

其工作过程为：

由泵浦激光器出射的激光经偏振分束器分为两路，透射通过偏振分束器的光，偏振态与偏振分束器主轴平行，定义为下路，反射通过偏振分束器的光，偏振态与偏振分束器主轴垂直，再由反射镜反射后形成与上路平行的泵浦光，定义为上路；

其中，下路泵浦光传输方向与第一控制器、第一耦合光学系统、第一腔镜、第一晶体、第二腔镜依次排列在同一光路上；

下路泵浦光在第一晶体中与信号光发生参量作用，产生闲频光，所产生的闲频光透射过第二腔镜形成下路激光输出，而信号光在四境环形腔中，经第二腔镜、第三腔镜、第四腔镜、第一腔镜依次反射后，又回到第一晶体，依此循环往复形成稳定振荡；下路形成的信号光、闲频光波长由第一晶体特性及工作条件决定；

上路泵浦光传输方向与第二控制器、第二耦合光学系统、第三腔镜、第二晶体、第四腔镜依次排列在同一光路上；

上路泵浦光在第二晶体中与信号光发生参量作用，产生闲频光，所产生的闲频光透射过第四腔镜形成下路激光输出，而信号光在四境环形腔中，经第四腔镜、第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜依次反射后，又回到第二晶体，依此循环往复形成稳定振荡；上路形成的信号光、闲频光波长由第二晶体特性及工作条件决定；

当第一晶体与第二晶体特性或工作条件不同时，上、下路信号光和闲频光波长均不相同；