全文摘要
本申请提供一种窄线宽嵌套腔光参量振荡器，包括：泵浦光源、激光晶体以及非线性晶体，其中，所述激光晶体与所述非线性晶体的端部位置分别设有多个腔镜；设置在所述激光晶体与所述非线性晶体端部相邻位置的两个腔镜，分别对激光腔谐振光和OPO谐振光具有不同的反射率，构成F‑P标准具。本申请基于法布里‑珀罗标准具的线宽压窄原理，构成一个嵌套腔光参量振荡器，使得激光谐振腔和OPO谐振腔公用同一个F‑P标准具，并且此F‑P标准具的构成为激光晶体和非线性晶体的两个端面。因此，仅采用一个F‑P标准具即可达到对两个谐振腔中产生的振荡激光分别压窄的效果，无需引入额外元件，压缩振荡器的体积，提高可靠性。
主设计要求
1.一种窄线宽嵌套腔光参量振荡器，其特征在于，包括：泵浦光源；激光晶体，包括由激光晶体材料制成的晶体块，用于吸收所述泵浦光源发射的泵浦激光，以及产生发射激光；非线性晶体，包括由非线性晶体材料制成的晶体块，用于吸收所述激光晶体产生的发射激光，以及产生参量激光；其中，所述激光晶体与所述非线性晶体的端部位置分别设有多个腔镜；设置在所述激光晶体与所述非线性晶体端部相邻位置的两个腔镜，分别对激光腔谐振光和OPO谐振光具有不同的反射率，构成F-P标准具，通过多光束干涉滤波原理对激光的线宽进行压窄；所述光参量振荡器包括四个腔镜，分别为：设置在所述激光晶体两端的第一腔镜和第二腔镜，以及设置在所述非线性晶体两端的第三腔镜和第四腔镜；其中，所述第二腔镜和所述第三腔镜之间的区域构成F-P标准具；所述第一腔镜与所述第三腔镜之间的区域构成激光谐振腔，以通过激光晶体受激辐射产生特定波长的发射激光；所述第二腔镜与所述第四腔镜之间的区域构成OPO谐振腔，以通过非线性作用产生可调谐激光。
设计方案
1.一种窄线宽嵌套腔光参量振荡器，其特征在于，包括：
泵浦光源；
激光晶体，包括由激光晶体材料制成的晶体块，用于吸收所述泵浦光源发射的泵浦激光，以及产生发射激光；
非线性晶体，包括由非线性晶体材料制成的晶体块，用于吸收所述激光晶体产生的发射激光，以及产生参量激光；
其中，所述激光晶体与所述非线性晶体的端部位置分别设有多个腔镜；设置在所述激光晶体与所述非线性晶体端部相邻位置的两个腔镜，分别对激光腔谐振光和OPO谐振光具有不同的反射率，构成F-P标准具，通过多光束干涉滤波原理对激光的线宽进行压窄；
所述光参量振荡器包括四个腔镜，分别为：设置在所述激光晶体两端的第一腔镜和第二腔镜，以及设置在所述非线性晶体两端的第三腔镜和第四腔镜；其中，所述第二腔镜和所述第三腔镜之间的区域构成F-P标准具；
所述第一腔镜与所述第三腔镜之间的区域构成激光谐振腔，以通过激光晶体受激辐射产生特定波长的发射激光；
所述第二腔镜与所述第四腔镜之间的区域构成OPO谐振腔，以通过非线性作用产生可调谐激光。
2.根据权利要求1所述的窄线宽嵌套腔光参量振荡器，其特征在于，所述第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜为设置在所述激光晶体与所述非线性晶体端部的镀膜结构。
3.根据权利要求2所述的窄线宽嵌套腔光参量振荡器，其特征在于，所述第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜为多层介质膜结构。
4.根据权利要求1所述的窄线宽嵌套腔光参量振荡器，其特征在于，所述光参量振荡器还包括微调装置，所述微调装置用于改变所述激光晶体的位置，以改变F-P标准具的间距，对输出纵模中心波长进行调整。
5.根据权利要求4所述的窄线宽嵌套腔光参量振荡器，其特征在于，所述微调装置包括连接所述激光晶体的位置传感器，以检测所述激光晶体的位置，辅助调整输出激光的光谱线宽。
6.根据权利要求5所述的窄线宽嵌套腔光参量振荡器，其特征在于，所述位置传感器为压电陶瓷；所述压电陶瓷还用于检测所述激光晶体在调节位置时产生的振动。
7.根据权利要求1所述的窄线宽嵌套腔光参量振荡器，其特征在于，所述泵浦光源为半导体激光器。
设计说明书
技术领域
本申请涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种窄线宽嵌套腔光参量振荡器。
背景技术
光参量振荡器（Optical Parametric Oscillator，OPO）是一种振荡在光学频率的参量振荡器。它可将输入频率为ωp的激光，即：泵浦激光，通过二阶非线性光学相互作用，转换成两个频率较低的输出光，即：信号光ωs和闲频光ωi，两个输出光的频率之和等于输入光频率，即：ωs+ωi=ωp。OPO能够提供一种可调谐、高相干光源，可实现传统激光所达不到的光波长辐射。
典型的光参量振荡器主要包含三个关键部分，即：激光泵浦光源、光学谐振腔和非线性光学晶体。其中，光学谐振腔用于和两个输出光中的至少一者相共振。在非线性光学晶体中，泵浦激光，信号光和闲频光相互重合。三个不同频率光的相互作用使得信号光和闲频光的参量幅度增益，并且与之相对应的泵浦激光幅度衰减。共振光波（信号光或闲频光或两者同时）在谐振腔中振荡，增益不断提高，补偿了共振光波在来回振荡中的损耗。
激光的输出光谱宽度称为其输出线宽。光参量振荡器是一种获得可调谐激光的有效方法，但由于其使用的非线性晶体，特别是周期极化晶体的增益谱线宽，造成现有振荡器的输出激光线宽较宽，需要采用线宽压窄技术使输出谱线变窄，维持中心波长稳定。光参量振荡器的输出线宽受到多种因素影响，包括激光泵浦光线宽、谐振腔镜片的镀膜参数、非线性晶体的匹配带宽等。现有光参量振荡器在需要窄线宽输出时，具有结构设计复杂、光谱压窄困难、谱线稳定性差的缺点。
目前要获得窄线宽激光输出，经常采用的方法包括：在腔内插入法布里-珀罗标准具(F-P标准具)、插入光栅或对谐振腔注入窄线宽种子的方式进行光谱压窄。其中，在腔内插入标准具或光栅需要额外的机械夹具、调整元件对其进行微调，增加了系统的复杂性和成本，特别是在腔内加入光栅的体积巨大且损耗较高，对OPO的整体体积和性能影响巨大。而腔内插入F-P标准具的方法，对于一些特殊构造的光参量振荡器，特别是在内腔具有激光谐振腔和OPO谐振腔两个腔时，需要同时对两个谐振腔的线宽进行压窄，因此需要增加两套光谱压窄元件，对泵浦光源和OPO的线宽分别进行压窄，使系统结构更加复杂，可靠性降低。
发明内容
本申请提供了一种窄线宽嵌套腔光参量振荡器，以解决现有振荡器因设置多个压窄线宽元件，造成系统结构复杂，体积较大，可靠性低的问题。
本申请提供一种窄线宽嵌套腔光参量振荡器，包括：泵浦光源；激光晶体，包括由激光晶体材料制成的晶体块，用于吸收所述泵浦光源发射的泵浦激光，以及产生发射激光；非线性晶体，包括由非线性晶体材料制成的晶体块，用于吸收所述激光晶体产生的发射激光，以及产生参量激光；其中，所述激光晶体与所述非线性晶体的端部位置分别设有多个腔镜；设置在所述激光晶体与所述非线性晶体端部相邻位置的两个腔镜，分别对激光腔谐振光和OPO谐振光具有不同的反射率，构成F-P标准具，通过多光束干涉滤波原理对激光的线宽进行压窄。
可选的，所述光参量振荡器包括四个腔镜，分别为：设置在所述激光晶体两端的第一腔镜和第二腔镜，以及设置在所述非线性晶体两端的第三腔镜和第四腔镜；其中，所述第二腔镜和所述第三腔镜之间的区域构成F-P标准具。
可选的，所述第一腔镜与所述第三腔镜之间的区域构成激光谐振腔，以通过激光晶体受激辐射产生特定波长的发射激光；
所述第二腔镜与所述第四腔镜之间的区域构成OPO谐振腔，以通过非线性作用产生可调谐激光。
可选的，所述腔镜为设置在所述激光晶体与所述非线性晶体端部的镀膜结构。
可选的，所述腔镜为多层介质膜结构。
可选的，所述光参量振荡器还包括微调装置，所述微调装置用于改变所述激光晶体的位置，以改变F-P标准具的间距，对输出纵模中心波长进行调整。
可选的，所述微调装置包括连接所述激光晶体的位置传感器，以检测所述激光晶体的位置，辅助调整输出激光的光谱线宽。
可选的，所述位置传感器为压电陶瓷；所述压电陶瓷还用于检测所述激光晶体在调节位置时产生的振动。
可选的，所述泵浦光源为半导体激光器。
由以上技术方案可知，本申请提供一种窄线宽嵌套腔光参量振荡器，包括：泵浦光源、激光晶体以及非线性晶体，其中，所述激光晶体与所述非线性晶体的端部位置分别设有多个腔镜；设置在所述激光晶体与所述非线性晶体端部相邻位置的两个腔镜，分别对激光腔谐振光和OPO谐振光具有不同的反射率，构成F-P标准具，通过多光束干涉滤波原理对激光的线宽进行压窄。本申请基于法布里-珀罗标准具的线宽压窄原理，构成一个嵌套腔光参量振荡器，使得激光谐振腔和OPO谐振腔公用同一个F-P标准具，并且此F-P标准具的构成为激光晶体和非线性晶体的两个端面。因此，仅采用一个F-P标准具即可达到两个谐振腔的压窄效果，无需引入额外元件，压缩振荡器的体积，提高可靠性。解决现有振荡器因设置多个压窄线宽元件，造成系统结构复杂，体积较大，可靠性低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一种窄线宽嵌套腔光参量振荡器的结构示意图；
图2为本申请实施例中一种窄线宽嵌套腔光参量振荡器的结构组合图；
图3为本申请实施例中激光晶体、非线性晶体及F-P标准具的尺寸关系示意图；
图4为本申请实施例中激光谐振腔的纵模压窄效果图；
图5为本申请实施例中OPO谐振腔的纵模压窄效果图；
图6为本申请实施例中带有微调装置的光参量振荡器示意图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
参见图1，为本申请一种窄线宽嵌套腔光参量振荡器的结构示意图。由图1、图2可知，本申请提供的窄线宽嵌套腔光参量振荡器，包括依次排列放置的泵浦光源1、激光晶体2和非线性晶体3。其中，泵浦光源1（PUMP）用于发射初始的泵浦激光，发射的泵浦激光照射至激光晶体2。为了产生泵浦激光，本申请实施例中，可以采用半导体激光泵浦，即所述泵浦光源1为半导体激光器，以产生特定波长的泵浦激光，如泵浦光源1可产生波长为808nm的激光作为泵浦激光。
需要说明的是，在本申请提供的技术方案中，由于泵浦光源1产生的激光用于依次照射在激光晶体2以及非线性晶体3上，以便泵浦激光参与激光晶体2和非线性晶体3的谐振作用，产生信号光和闲频光。对于激光晶体2其直接接收泵浦光源1产生的激光进行泵浦，因此，激光晶体2以泵浦光源1产生的激光作为泵浦激光，而对于非线性晶体3，其接收经过激光晶体2后的受激辐射激光进行泵浦，因此，非线性晶体3不以泵浦光源1产生的激光直接作为泵浦激光。本申请提供的技术方案中，为了便于对激光晶体2和非线性晶体3的泵浦激光进行区分，除另有说明外，本申请称泵浦光源1产生的激光为半导体激光。
本申请提供的技术方案中，所述激光晶体2，包括由激光晶体材料制成的晶体块，用于接收所述泵浦光源发射的泵浦激光，以及产生发射激光。激光晶体材料是针对吸收半导体激光产生特定波长激光的晶体，例如：Nd:YVO4<\/sub>、Nd:YAG、Yb:YAG等。以Nd:YVO4<\/sub>为例，该晶体被波长为808nm的半导体激光泵浦后，会发射波长为1064nm的激光，该发射激光作为非线性晶体的泵浦光输入。
所述非线性晶体3，包括由非线性晶体材料制成的晶体块，用于接收所述激光晶体产生的发射激光，以及产生参量激光。所述非线性晶体材料包括磷酸钛氧钾（KTP）、磷酸二氢钾（KDP）、铌酸锂（LiNbO3<\/sub>）等。其中LiNbO3<\/sub>晶体的非线性系数高，透明波段宽，可作为一种优选的非线性晶体材料。本申请中，采用LiNbO3<\/sub>晶体通过室温电场极化方法可制备成周期极化的LiNbO3<\/sub>晶体（PPLN），用于进行非线性频率变化中的位相匹配和波长调谐，产生相应的参量激光。根据上述示例，非线性晶体3在输入波长为1064nm的激光后，可产生波长为1600nm的信号光和3176nm的闲频光。
可见，根据激光腔产生激光的原理，是激光晶体吸收泵浦光后的受激辐射放大产生，产生的激光在激光谐振腔内振荡，使得增益大于损耗。本申请中，光参量振荡器即OPO指的是OPO的泵浦光入射非线性晶体后产生非线性频率转换，产生两束参量光分别为信号光和闲频光，两支光中至少有一支在腔内振荡，使得光参量过程不断产生，从而参量光源源不断地输出。因此，在本申请提供的技术方案中，包含激光晶体2的区域称为激光谐振腔，用于通过激光晶体2对输入的激光产生谐振作用，其中，振荡激光为激光腔谐振光；包含非线性晶体3的区域称为OPO谐振腔，用于通过非线性晶体3对输入的激光产生频率转换作用，其中，相互谐振的激光称为OPO谐振光。
为了实现对激光谐振腔和OPO谐振腔中的激光进行压窄作用，本申请提供的技术方案中，所述激光晶体2与所述非线性晶体3的端部位置分别设有多个腔镜（m1，m2，m3，m4）。其中，设置在所述激光晶体2与所述非线性晶体3端部相邻位置的两个腔镜（m2和m3），分别对激光腔谐振光和OPO谐振光具有不同的反射率，以通过这两个腔镜构成F-P标准具，根据多光束干涉滤波原理对激光的线宽进行压窄。
具体地，如图2所示，所述光参量振荡器包括四个腔镜，分别为：设置在所述激光晶体2两端的第一腔镜m1和第二腔镜m2，以及设置在所述非线性晶体3两端的第三腔镜m3和第四腔镜m4；其中，所述第二腔镜m2和所述第三腔镜m3之间的区域构成一个F-P标准具。进一步地，所述第一腔镜m1与所述第三腔镜m3之间的区域构成激光谐振腔，以通过谐振作用产生特定波长的发射激光。所述第二腔镜m2与所述第四腔镜m4之间的区域构成OPO谐振腔，以通过非线性作用产生参量激光。
可见，在本申请提供的技术方案中，由第二腔镜m2和第三腔镜m3之间的区域构成一个F-P标准具，所构成的F-P标准具既位于激光谐振腔中，又位于OPO谐振腔中，可通过第二腔镜m2和第三腔镜m3对于激光腔谐振光和OPO谐振光不同的反射率，分别使激光谐振腔和OPO谐振腔中的激光获得压窄效果。
示例地，所述第二腔镜和所述第三腔镜构成的所述F-P标准具透过率T满足下式：
式中，设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910792950.5
申请日:2019-08-27
公开号:CN110311295A
公开日:2019-10-08
国家:CN
国家/省市:84(南京)
授权编号:CN110311295B
授权时间:20191119
主分类号:H01S 3/108
专利分类号:H01S3/108
范畴分类:38H;
申请人:南京南智芯光科技有限公司
第一申请人:南京南智芯光科技有限公司
申请人地址:210000 江苏省南京市江北新区团结路99号孵鹰大厦1054室
发明人:宁建;于淑慧
第一发明人:宁建
当前权利人:南京南智芯光科技有限公司
代理人:逯长明;许伟群
代理机构:11363
代理机构编号:北京弘权知识产权代理事务所(普通合伙) 11363
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计