[发明专利]高功率窄线宽的连续波可见光光学参量振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及医疗保健设备和生物医学领域，更具体地说，本发明涉及一 种高功率窄线宽的连续波可见光光学参量振荡器。

背景技术

可调谐相干光源在医学诊断与治疗、激光测距、非线性光学、大气环境 检测以及光谱测量等诸多领域都具有重要的应用前景。可调谐激光器目前常 用的是掺钛蓝宝石激光器、染料激光器、色心激光器以及光学参量振荡器等。 其中掺钛蓝宝石激光器的可调谐波长范围达到650-1100nm。475-630nm波 段只有染料激光器能达到，但染料激光器很难实现窄线宽单频运转。还有一 些其他的固体和气体激光器如掺钕激光器、氦氖激光器、光纤激光器和CO₂激光器等，它们的波长是离散的或者可调谐波长范围很小。

OPO(OpticalParametricOscillator，光学参量振荡器)，在调谐范围和输 出功率方面均优于掺钛蓝宝石激光器和染料激光器，特别是近年来一些新型 而高效率的非线性晶体的出现和发展，使得光参量振荡器成为目前世界上调 谐范围最宽的一种固体激光器，是获得宽波段可调谐、高相干辐射光源和新 波段激光的重要途径，弥补了普通激光器及其频率变换只能输出某些特定波 长激光的缺陷，并且具有结构紧凑，使用方便以及功率高，能够产生从紫外 到红外的激光辐射等特点。因此对于实现可见光宽波段的可调谐输出，一般 采用光学参量振荡器技术。

光学参量振荡器是利用非线性晶体的混频特性来实现频率变换的器件。 由门雷-罗威关系可知，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。以二阶非线性光学效应为基 础的光学参量振荡技术可以将激光向低频范围扩展，产生可调谐的相干辐射。 光学参量振荡效应是以泵浦光提供增益，非线性晶体作为参量转换的媒介， 把能量耦合给信号光并使其得到放大，同时产生一个新的伴生光——闲频光。

在参量振荡过程中，参量光(信号光)不需要由外部提供，可以由噪声 (自发辐射)起振充当，在谐振腔中利用泵浦光得到增益，克服损耗后形成 振荡并获得输出。因此，将非线性晶体放入相应的谐振腔中，只要输入高频 泵浦光，就可以使背景辐射中的信号光和闲频光同时得到放大。

光学参量振荡器从出现到现在，成果丰硕。人们对脉冲、锁模和连续运 转方式的OPO进行了大量的研究，但是由于连续波泵浦的OPO相对于脉冲、 锁模运转方式的OPO具有更高的阈值，这就要求其泵浦光可以提供较高的泵 浦功率，非线性晶体要有更大的非线性系数，所以连续波OPO的发展一直比 较缓慢。Kumar等人于2011年通过OPO采用输出功率达到几十瓦的高功率 单频激光器作为泵浦源，实现了一种高功率单谐振OPO。泵浦功率为28.6W 时OPO的总输出功率达到了17.5W，转换效率达到61％，其中信号光功率 为9.8W，闲频光功率为7.7W。2011年，山西大学的刘春春等人报导一个基 于PPKTP晶体的高效率连续宽调谐单频双共振光学参量振荡器，泵浦端为 526.5nm倍频Nd:YLF激光器，该OPO阈值为30mW，在390mW的泵浦功 率下，可以产生156mW(0.8μm)信号光和89mW(1.5μm)闲频光近红外 输出。

但总体来看，目前连续波OPO技术能实现的连续调谐波长范围还比较 小，特别是多集中在近红外波段，对于可见光波段激光输出的研究成果还比 较少。同时光束质量不够好，激光线宽较宽，输出功率也不够高。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种高功率窄线宽的连续 波可见光光学参量振荡器，采用单频400nm-540nm激光作为泵浦源，环形腔 作为谐振腔，使得在提高输出功率的同时，改善光束质量，减小线宽。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明通过以下技术方案 实现：

本发明所述的高功率窄线宽的连续波可见光光学参量振荡器，包括：泵 浦源，其包括产生单频泵浦光的泵浦激光器；

谐振腔，其呈环形腔，所述谐振腔包括位于所述泵浦激光器输出端的输 入镜、第一反射镜、光学参量振荡器非线性晶体、第二反射镜、第三反射镜、 第四反射镜、光学参量振荡器-倍频非线性晶体、输出镜；