[发明专利]一种飞秒绿光同步泵浦的飞秒光学参量振荡器

说明书

技术领域

本发明属于超快激光技术领域，涉及一种飞秒光学参量振荡器，具体涉及一种飞秒绿光同步泵浦的飞秒光学参量振荡器。

背景技术

超快激光技术自发明以来，引起人们极大的兴趣及重视。由于其特有的皮秒(ps)或飞秒(fs)量级的瞬态过程，以及宽覆盖的光谱成分和具有非常高的峰值功率，使相干超快激光在许多重要科研领域和工业领域如时间分辨光谱学、频谱测量、阿秒科学、光学显微成像、生物光子学、微纳米结构加工制作，以及强场物理等领域具有重要的应用。而可见光-近红外波段的飞秒激光由于其具有较大的光子能量和较短的波长等优点，在高时空分辨率测量如相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微成像等技术中有重要意义。1991年出现的基于克尔透镜锁模机制的钛宝石激光器，经过二十多年的发展，目前已经成为最为成熟且应用最为广泛的超快激光光源。它的发射波长范围覆盖700-1000nm，可以产生脉冲宽度从亚10fs到几个ps不等的超短脉冲，是较为常见的可见光-近红外超短脉冲产生装置。但是飞秒的钛宝石振荡器的光谱调谐范围仅能覆盖750-950nm，无法产生更短的可见光或更长的近红外波段脉冲，且输出功率一般只有几百毫瓦量级。而采用非线性频率变换的手段，如光学参量振荡器(OPO)，是另一种较为有效的产生覆盖600-1000nm宽带可调谐飞秒光源的方法。

随着克尔透镜锁模的飞秒钛宝石激光器的蓬勃发展，基于飞秒钛宝石振荡器同步泵浦的OPO成为长久以来研究的热点。利用飞秒钛宝石振荡器同步泵浦OPO产生可见光波段的飞秒激光脉冲主要存在两种技术路线。第一种是直接利用飞秒钛宝石振荡器泵浦OPO先产生近红外的信号光，然后在OPO腔内对信号光进行倍频，将光谱拓展到可见光波段。利用这种方法，T.J.Driscoll得到了580-660nm的飞秒可见光输出，其波长覆盖范围只有80nm。另外一种方法是首先对飞秒钛宝石振荡器进行倍频，得到波长为400nm左右的蓝光超短脉冲，然后用蓝光去同步泵浦OPO产生可见光输出。基于这一技术路线，M.Ebrahim-Zadeh课题组利用倍频的钛宝石激光泵浦BiB₃O₆(BIBO)晶体，实现了480-710nm的覆盖绿-黄-橙-红颜色的可见光，并进一步通过腔内倍频，得到了250-355nm的紫外激光。因此，与第一种技术路线相比，利用倍频的钛宝石激光泵浦OPO加腔内倍频的手段可以得到几乎覆盖整个可见光波段的超短脉冲，具有更好的应用前景。然而无论是利用哪种技术手段，飞秒钛宝石激光器作为OPO的泵浦源都会面临以下两种局限性。

首先，钛宝石振荡器价格不菲，需要昂贵的倍频Nd:YVO₄激光器来泵浦，而且结构复杂，维护起来操作困难；其次，基于KLM锁模的飞秒钛宝石振荡器的输出功率一般不大于2W，倍频后功率更是最大只有1W左右，而且飞秒钛宝石振荡器重复频率一般为100MHz，相应的单脉冲能量只有nJ量级，因此泵浦强度很低，非线性增益很小，限制了其非线性变换的效率。基于以上两个因素，利用飞秒钛宝石振荡器泵浦OPO产生超快宽带可调谐激光的输出功率通常只有百毫瓦量级，极大地限制了其在某些要求高脉冲能量或高平均功率领域中的应用。

掺杂稀土离子镱(Yb³⁺)的飞秒锁模全固态激光器的中心波长在1μm附近，非常接近钛宝石振荡器的中心波长800nm，但价格相对低廉。因此建立一种利用倍频飞秒Yb激光器作为泵浦源的同步泵浦飞秒光学参量振荡器将具有重要的意义和价值。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种价格低廉、输出功率高、结构紧凑且能够输出波长连续可调的飞秒可见光-近红外激光的飞秒绿光同步泵浦的飞秒光学参量振荡器，以及该飞秒光学参量振荡器的应用。

为实现上述目的，本发明提供了一种飞秒绿光同步泵浦的飞秒光学参量振荡器，其包括：全固态飞秒锁模Yb激光器、第一半波片、第一聚焦透镜、倍频晶体、第一双色镜、第二聚焦透镜、第二半波片、第二双色镜、偏振分光棱镜、第三半波片、第三双色镜、第四双色镜、第三聚焦透镜、第一凹面镜、参量晶体、第二凹面镜、第一平面反射镜、输出镜、第二平面反射镜。

所述全固态飞秒锁模Yb激光器，用于输出波长在1μm附近的飞秒锁模激光脉冲以作为待倍频的飞秒激光。

所述第一半波片，用于调整飞秒激光的偏振状态。

所述第一聚焦透镜，用于接收透过第一半波片的飞秒激光并聚焦到倍频晶体上。

所述倍频晶体，用于将飞秒激光倍频以产生飞秒绿光的非线性晶体。