一種納秒脈沖激光變頻模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及激光技術和非線性頻率變換領域，采用和頻或差頻技術，特別是光參量振蕩技術。
【背景技術】
[0002]20世紀60年代激光技術實用新型以后，人們在實驗中觀察到很多非線性效應，非線性光學應運而生。其中一個重要分支是光學頻率轉(zhuǎn)換，它是拓展激光頻譜的一個有效手段。通過和頻、倍頻及高次諧波產(chǎn)生等頻率上轉(zhuǎn)換技術，可以將輸出激光波長向紫外、深紫外方向拓展；通過差頻、光參量放大、光參量振蕩等頻率下轉(zhuǎn)換技術，可以將輸出激光波長向近紅外、中紅外及遠紅外方向拓展。
[0003]光參量振蕩器(OPO，OpticalParametric Oscillator)最早在 1962 年提出，到 20世紀80年代，隨著基于雙折射位相匹配(BPM)的晶體的出現(xiàn)，及半導體泵浦的全固態(tài)激光技術的發(fā)展，OPO技術有了很大的突破。特別的，到20世紀90年代，基于準位相匹配(QPM)技術的光學超晶格材料的出現(xiàn)(如周期極化的鈮酸鋰晶體、鉭酸鋰晶體、摻鎂鈮酸鋰晶體等)，將OPO技術又向前推進了一步。
[0004]光參量振蕩器在產(chǎn)生激光輸出時具有很多優(yōu)勢:波長調(diào)諧范圍廣、不受泵浦光波長約束；可使用多種非線性晶體，調(diào)諧方式多樣，包括溫度調(diào)諧、周期調(diào)諧等；結(jié)構(gòu)緊湊、可全固化，系統(tǒng)穩(wěn)定性強等。
[0005]目前，特定波長的激光器如1064nm的全固態(tài)激光器或光纖激光器已經(jīng)商業(yè)化，可是其他波長如中紅外波段(3?5um，此波段的激光在大氣中傳輸時損耗較低，是十分重要的大氣紅外窗口)的激光器很少，而且要實現(xiàn)波長調(diào)諧特別困難。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型可以改變現(xiàn)有納秒脈沖激光的波長，將波長轉(zhuǎn)變到使用者需要的波長，并且在一定的波段范圍內(nèi)波長可以連續(xù)調(diào)節(jié)；本實用新型可以對全固態(tài)、光纖、半導體納秒脈沖激光器等實現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換；本實用新型是一個模塊，集成了非線性晶體、諧振腔和控溫系統(tǒng)，使用起來較為簡單，解決了 OPO技術調(diào)節(jié)困難的問題；本實用新型使用非線性效應很強的晶體，光光轉(zhuǎn)換效率高、損傷閾值也較高，可以獲得功率為瓦級以上的變頻激光輸出。
[0007]本實用新型的技術方案:一種納秒脈沖激光變頻裝置，包括非線性晶體、諧振腔和溫控系統(tǒng)；所述非線性晶體為長方體形；所述溫控系統(tǒng)，用于檢測和控制非線性晶體的溫度；所述非線性晶體和溫控系統(tǒng)設置于諧振腔的腔體內(nèi)，使得諧振腔的前腔鏡和后腔鏡的中心與非線性晶體前后兩個端面的中心共線，前腔鏡和后腔鏡的平面與非線性晶體前后兩個端面平行。
[0008]進一步的，所述非線性晶體為周期極化的鈮酸鋰晶體、鉭酸鋰晶體、摻鎂鈮酸鋰晶體或磷酸鈦氧鉀晶體。當激光經(jīng)過它們時會發(fā)生頻率轉(zhuǎn)換，大多基于QPM原理實現(xiàn)，用人工設計周期和溫度的辦法，可以將波長轉(zhuǎn)換到我們需要的波長。而且這些晶體的非線性效應強，光損傷閾值較高，能夠用來獲得高功率變頻激光輸出。如果要獲得更大范圍的波長調(diào)諧，我們可以更換非線性晶體，更換成不同周期的非線性晶體，這樣的方式是相對簡單的實現(xiàn)波長調(diào)諧的方式。本實用新型更換非線性晶體和腔鏡比較容易，如果出現(xiàn)非線性晶體損壞(非線性晶體處容易損壞)的情況，維修成本也會相對較低。
[0009]進一步的，所述諧振腔為由兩個平鏡構(gòu)成的平平腔、由一個平鏡一個凹鏡構(gòu)成的平凹腔、或者由兩個凹鏡構(gòu)成的凹凹腔系統(tǒng)。用來放大激光頻率轉(zhuǎn)換效果，提升轉(zhuǎn)換效率。
[0010]進一步的，所述前腔鏡、后腔鏡和非線性晶體都鍍了高透膜。
[0011]進一步的，所述諧振腔為直接在非線性晶體端面鍍膜形成的諧振腔。
[0012]進一步的，所述的溫控系統(tǒng)為控制非線性晶體獲得恒定溫度的裝置，或者是風冷、水冷或者熱沉。能夠?qū)Ψ蔷€性晶體進行控溫，由于非線性晶體的折射率與它的溫度有關，所以改變晶體溫度可以改變它的折射率，進而改變變頻激光波長。所以通過改變設定溫度來改變輸出變頻激光的波長，是一種相對簡單的實現(xiàn)激光波長調(diào)諧的方式。
[0013]進一步的，泵浦源采用光纖激光打標機，泵浦激光為納秒脈沖激光，且泵浦激光為近似基膜高斯光束或者平頂光束。采用端泵的泵浦方式，即頻率轉(zhuǎn)換后獲得的激光與泵浦激光方向一致(不考慮發(fā)散可認為重合)。并且要求非線性晶體的兩個通光的端面與泵浦激光方向垂直，泵浦激光穿過非線性晶體兩個通光端面的中心。泵浦激光，在使用的時候需要先進行聚焦，聚焦中心在非線性晶體內(nèi)距前端面約1/3的部位，聚焦光斑大小為100?200微米。
[0014]進一步的，所述納秒脈沖激光變頻裝置通過外殼固定為一體式裝置，裝置的入射口和出射口中心處各設計一個十字標，入射口和出射口的中心與非線性晶體前后兩端面的中心共線。工作先調(diào)節(jié)此一體式裝置的姿態(tài)，讓泵浦光從入射口十字標的中心射入，從出射口十字標的中心射出，完成粗調(diào)。
[0015]進一步的，所述溫控系統(tǒng)包括包裹于非線性晶體左右兩側(cè)的銅塊，用于檢測和控制非線性晶體溫度的PDE板和加熱棒，設置于銅塊下部的陶瓷墊片，與包裹于非線性晶體外部通過陶瓷墊片支撐非線性晶體且與非線性晶體間隔的一圈陶瓷。這樣除了下部，銅塊和陶瓷包裹層是不接觸了，可以更好的控溫。
[0016]這個裝置是一個整體，使用者在使用的時候，先在低功率下讓激光方向與非線性晶體端面垂直，并且讓激光通過非線性晶體兩個通光端面的中心，這樣就調(diào)好了 ；然后提高泵浦功率，當內(nèi)部增益大于損耗時，就可以獲得變頻后的激光輸出。本實用新型可以大大降低使用者的調(diào)節(jié)難度。
[0017]有益效果:本實用新型為納秒脈沖激光變頻模塊，將非線性晶體、諧振腔和溫控系統(tǒng)整合成一個模塊，使用者可以在不知道具體原理的情況下方便地使用，獲得穩(wěn)定的、高功率、波長可調(diào)諧的變頻激光輸出。用本項實用新型，可以輕松地將現(xiàn)有的納秒脈沖激光器變頻到中紅外波段，它的兼容性很高，可實現(xiàn)對現(xiàn)有的納秒脈沖全固態(tài)、光纖、半導體激光器的光頻率轉(zhuǎn)換，而且可以實現(xiàn)一定范圍的波長調(diào)諧(中紅外波段調(diào)諧范圍大約為300nm)。除此，穩(wěn)定性好、損傷閾值高、轉(zhuǎn)換效率高、可以獲得瓦級以上的變頻激光輸出。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型納秒脈沖激光變頻裝置的原理圖；
[0019]圖2為納秒脈沖激光變頻裝置內(nèi)部示意圖；
[0020]圖3納秒脈沖激光變頻模塊調(diào)節(jié)的詳細說明；
[0021]圖4波長隨控制溫度的變化關系；
[0022]圖5通過光纖輸入的納秒脈沖激光變頻裝置。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0024](一 )納秒脈沖激光變頻裝置(平凹腔系統(tǒng))
[0025]一種納秒脈沖激光變頻裝置如圖1、2所示，I處為鏡架，里面裝半英寸的鏡片，前腔鏡為平鏡，材料為氟化鈣，鍍膜參數(shù)為HT@1064nm，HRi1450?1750nm，HT02700?4000nm，后腔鏡為凹鏡，曲率R為-100mm，材料也為氟化1?，鍍膜參數(shù)與前腔鏡一致；2處為PPMgO: LN (氧化鎂摻雜的周期性極化鈮酸鋰)，極化周期為29.4um，長50mm，寬4臟，高2mm，通光端面為 4mm*2mm，端面鍍膜，參數(shù)為 HT@1064nm，HT01450 ?1550nm，HTi3600 ?3900nm ；3處為控溫系統(tǒng)，其中5為銅塊，下面有PDE板和加熱棒，用于檢測和控制溫度，控溫精度為0.01攝氏度，銅塊