[go: up one dir, main page]

CN112421364B - 一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器 - Google Patents

一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN112421364B
CN112421364B CN202011287480.6A CN202011287480A CN112421364B CN 112421364 B CN112421364 B CN 112421364B CN 202011287480 A CN202011287480 A CN 202011287480A CN 112421364 B CN112421364 B CN 112421364B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
fundamental frequency
infrared
mid
crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011287480.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112421364A (zh
Inventor
于永吉
王宇恒
王子健
王超
董渊
金光勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun University of Science and Technology
Original Assignee
Changchun University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun University of Science and Technology filed Critical Changchun University of Science and Technology
Priority to CN202011287480.6A priority Critical patent/CN112421364B/zh
Publication of CN112421364A publication Critical patent/CN112421364A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112421364B publication Critical patent/CN112421364B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08004Construction or shape of optical resonators or components thereof incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08086Multiple-wavelength emission
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08086Multiple-wavelength emission
    • H01S3/0809Two-wavelenghth emission
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/082Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors defining a plurality of resonators, e.g. for mode selection or suppression
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本公开公开了一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器,所述激光器包括水平光路上从左至右依次放置的813nm半导体泵浦源、传能光纤、变焦耦合镜组、第一45度分束镜、中红外参量光输出镜、中红外参量光全反镜、Nd:MgO:PPLN晶体、声光Q开关、第二45度分束镜、电光晶体和1093nm基频光全反镜,1084nm基频光全反镜放置于第二45度分束镜的反射光路上。本发明基于Nd:MgO:PPLN晶体具备出现双波长基频光现象的特点,利用电光晶体的电光效应与变焦耦合镜组两种器件的配合实现了单波长与双波长中红外激光的输出,利用声光晶体和电光晶体的特性实现中红外双波长的时域可编程调控输出。

Description

一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控 激光器
技术领域
本发明涉及激光器领域,尤其涉及一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器。
背景技术
3~5μm中红外波段激光覆盖了大气最为重要的透射窗口,这一波段作为激光技术研究的一个重要分支在光谱探测、环境监测、医疗诊断以及光电对抗等军民领域都有着巨大的应用前景。基于准相位匹配(QPM)技术,以周期极化型晶体作为变频介质的光学参量振荡器是获得中红外光谱区可调谐激光的主要技术手段。近年来,随着光学差频THz、差分吸收雷达不断发展,双波长中红外光参量振荡器逐渐发展起来,基于KTP晶体级联串接、以及多周期极化的APLN晶体等频率变换的光参量振荡器已成为获取双波长中红外激光最广为采用的技术手段,但由于这些晶体只具备单一变频功能,还需要通过稀土离子掺杂的增益晶体提供基频泵浦光。与之相比,将稀土离子掺入非线性变频介质形成具有自光参量振荡的多功能集成型晶体受到越来越广泛的关注,尤其以Nd离子结合氧化镁掺杂的Nd:MgO:PPLN晶体为代表,兼顾了晶体功能集成化的结构优势和准相位匹配变频优势,是未来中红外双波长激光器小型化发展非常重要的方向。
对于通过Nd:MgO:PPLN自光参量振荡输出中红外激光而言,基频光增益与中红外激光频率变换共用Nd:MgO:PPLN同一晶体,晶体产生的基频光直接在腔内形成对自身的泵浦,对于这种内腔式OPO泵浦构架,当增益晶体泵浦源高功率泵浦时,基频光光束质量和光参量振荡过程聚焦参数匹配度如何保障是获得高效率中红外激光关键所在。目前关于Nd:MgO:PPLN自光参量振荡的报道中,泵浦功率均较低,高泵浦功率下所面临的问题并未涉及,因此所采用的腔型结构对提高基频光光束质量和保障聚焦参数匹配并未有针对性设计,参见文献“L.Barraco et al.,Self-optical parametric oscillation in periodicallypoled neodymium-doped lithium niobate,Opt.Lett.2002,27,1540”,显然这种腔型结构无法保障高功率泵浦下自光参量振荡的高效率运转。而在与之运转体制类似的传统内腔中红外PPLN-OPO报道中,为应对高功率泵浦带来的严重热效应致使基频光光束质量恶化,通常采用低量子亏损直接泵浦,降低热效应影响,改善振荡基频光斑模式,同时在谐振腔内插入聚焦透镜,结合复合腔结构设计,既保障基频光聚焦光斑与束腰处参量光光斑满足匹配关系,又起到对较长基频光谐振腔的“镇定作用”,参见文献“Q.Sheng et al.,Continuous-wave mid-infrared intra-cavity single resonant PPLN-OPO under 880nm in-bandpumping,Opt.Express 2012,20,8041”。但需要指出的是,通常直接泵浦波长并不处于增益晶体吸收主峰,相对于完全泵浦功率,基频光转换效率偏低,另外对于腔内插入透镜控制光斑匹配的方法,除致使损耗增大、整机集成度降低外,由于PPLN-OPO中增益晶体与变频晶体是各自独立的,因此该方法也不适用Nd:MgO:PPLN这种单晶体自光参量振荡结构。
发明内容
本发明提供了一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控的技术,通过调节谐振腔中的器件和一块晶体可以实现单波长中红外激光的输出以及双波长中红外激光同时输出,突破了传统中红外光参量振荡器无法通过编程调控双波长时域的技术局限,也解决了目前中红外双波长激光器体积较大、结构复杂的问题。
本发明提供的基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器包括:813nm半导体泵浦源、传能光纤、变焦耦合镜筒、第一45度分束镜、中红外参量光输出镜、中红外参量光全反镜、Nd:MgO:PPLN晶体、声光Q开关、第二45度分束镜、电光晶体、1093nm基频光全反镜和1084nm基频光全反镜,其中:
所述激光器的水平光路上从左至右依次放置有813nm半导体泵浦源、传能光纤、变焦耦合镜组、第一45度分束镜、中红外参量光输出镜、中红外参量光全反镜、Nd:MgO:PPLN晶体、声光Q开关、第二45度分束镜、电光晶体和1093nm基频光全反镜;
所述813nm半导体泵浦源用于发射泵浦光;
所述传能光纤用于将所述泵浦光传输至所述变焦耦合镜组;
所述变焦耦合镜组用于调节聚焦于晶体端面的泵浦光斑的大小,比如可将泵浦光调节为半径为400μm的泵浦光斑,透过所述第一45度分束镜和中红外参量光输出镜聚焦于晶体端面;
所述第一45度分束镜用于透射泵浦光,反射中红外信号光和闲频光;
所述中红外参量光输出镜用于透射泵浦光,反射1084nm/1093nm基频光,以及输出中红外信号光和闲频光;
所述中红外参量光全反镜用于透射1084nm/1093nm基频光,反射中红外信号光和闲频光;
所述Nd:MgO:PPLN晶体用于作为产生1084nm/1093nm基频光和中红外参量光的增益介质和变频介质;
所述声光Q开关用于使所述基频光实现脉冲运转;
所述第二45度分束镜用于反射1084nm基频光,透射1093nm基频光;
所述1084nm基频光全反镜放置于第二45度分束镜的反射光路上;
所述电光晶体放置于所述第二45度分束镜与1093nm基频光全反镜之间,用于提高1093nm基频光的受激发射截面,以及实现中红外双波长时域的可编程控制;
所述1093nm基频光全反镜用于反射1093nm基频光。
可选地,所述813nm半导体泵浦源的波长为813nm,纤芯半径为200μm、数值孔径0.22。
可选地,所述第一45度分束镜镀有813nm基频光高透膜、信号光和闲频光高反膜。
可选地,所述参量振荡腔输出镜为平平镜,镀有1084nm/1093nm基频光与信号光高反膜和闲频光高透膜。
可选地,所述Nd:MgO:PPLN晶体采用a轴切割,晶体尺寸为:厚×宽×长=2mm×6mm×40mm,MgO掺杂浓度设置为5%,Nd3+离子掺杂浓度设置为0.4%,极化周期长度设置为29.8μm,两端镀有泵浦光和基频光高透膜以及信号光和闲频光高透膜。
可选地,所述参量振荡腔全反镜为平平镜,镀有信号光和闲频光高反膜与1084nm/1093nm基频光高透膜。
可选地,所述声光Q开关通光面镀有1084nm/1093nm基频光增透膜。
可选地,所述第二45度分束镜镀有1084nm基频光高反膜、1093nm基频光高透膜。
可选地,所述电光晶体镀有1μm激光增透膜,两端可加入λ/4电压。
本发明还提供一种泵浦源系统,包括上述基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器。
本发明提供的技术方案的有益效果是:本发明基于Nd:MgO:PPLN晶体具备出现双波长基频光现象的特点,在兼顾集成紧凑性的同时,保证了直腔与折行腔内的两个基频光谐振腔腔型结构参数设计互不干扰,巧妙的利用电光晶体的电光效应与变焦耦合镜组两种器件的配合实现了单波长与双波长中红外激光的输出,利用声光晶体和电光晶体的特性实现中红外双波长的时域可编程调控输出。在突破了传统中红外光参量振荡器无法调控双波长时域的同时,也解决了目前中红外双波长激光器结构复杂的问题。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器的结构示意图。
图1中,各附图标记所指代的结构组件为:
1:813nm半导体泵浦源; 2:传能光纤;
3:变焦耦合镜筒; 4:第一45度分束镜
5:中红外参量光输出镜; 6:Nd:MgO:PPLN晶体;
7:中红外参量光全反镜; 8:声光Q开关;
9:第二45度分束镜; 10:电光晶体;
11:1093nm基频光全反镜; 12:1084nm基频光全反镜。
图2为根据本发明一实施例的Nd:MgO:PPLN晶体能级分布示意图。
图3为根据本发明一实施例的中红外双波长的输出关系示意图(T1=T2=100μs)。
图4为根据本发明一实施例的中红外双波长的输出关系示意图(T1=T2=300μs)。
具体实施方式
下文中,将参考附图详细描述本公开实施例的示例性实施方式,以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外,为了清楚起见,在附图中省略了与描述示例性实施方式无关的部分。
在本公开实施例中,应理解,诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在,并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。
另外还需要说明的是,在不冲突的情况下,本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开实施例。
图1为根据本发明一实施例的一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器的结构示意图,如图1所示,所述激光器包括813nm半导体泵浦源1、传能光纤2、变焦耦合镜筒3、第一45度分束镜4、中红外参量光输出镜5、中红外参量光全反镜7、Nd:MgO:PPLN晶体6、声光Q开关8、第二45度分束镜9、电光晶体10、1093nm基频光全反镜11和1084nm基频光全反镜12,其中:
所述激光器的水平光路上从左至右依次放置有813nm半导体泵浦源1、传能光纤2、变焦耦合镜组3、第一45度分束镜4、中红外参量光输出镜5、中红外参量光全反镜7、Nd:MgO:PPLN晶体6、声光Q开关8、第二45度分束镜9、电光晶体10和1093nm基频光全反镜11;
所述813nm半导体泵浦源1用于发射泵浦光;
所述传能光纤2用于将所述泵浦光传输至所述变焦耦合镜组3;
所述变焦耦合镜组3用于调节聚焦于晶体端面的泵浦光斑的大小,比如可将泵浦光调节为半径为400μm的泵浦光斑,透过所述第一45度分束镜4和中红外参量光输出镜5聚焦于晶体端面;
所述第一45度分束镜4用于透射泵浦光,反射中红外信号光和闲频光;
所述中红外参量光输出镜5用于透射泵浦光,反射1084nm/1093nm基频光,以及输出中红外信号光和闲频光;
所述中红外参量光全反镜7用于透射1084nm/1093nm基频光,反射中红外信号光和闲频光;
所述Nd:MgO:PPLN晶体6用于作为产生1084nm/1093nm基频光和中红外参量光的增益介质和变频介质;
所述声光Q开关8用于使所述基频光实现脉冲运转;
所述第二45度分束镜9用于反射1084nm基频光,透射1093nm基频光;
所述1084nm基频光全反镜12放置于第二45度分束镜9的反射光路上;
所述电光晶体10放置于所述第二45度分束镜9与1093nm基频光全反镜11之间,用于提高1093nm基频光的受激发射截面,以及实现中红外双波长时域的可编程控制;
所述1093nm基频光全反镜11用于反射1093nm基频光。
在本发明一实施例中,所述813nm半导体泵浦源1的波长为813nm,纤芯半径为200μm、数值孔径0.22。
在本发明一实施例中,所述第一45度分束镜4镀有813nm基频光高透膜、信号光和闲频光高反膜。
在本发明一实施例中,所述参量振荡腔输出镜5为平平镜,镀有1084nm/1093nm基频光与信号光高反膜和闲频光高透膜。
在本发明一实施例中,所述Nd:MgO:PPLN晶体6采用a轴切割,晶体尺寸为:厚×宽×长=2mm×6mm×40mm,MgO掺杂浓度设置为5%,Nd3+离子掺杂浓度设置为0.4%,极化周期长度设置为29.8μm,所述Nd:MgO:PPLN晶体6的两端镀有泵浦光和基频光高透膜以及信号光和闲频光高透膜,比如对于813nm泵浦光以及1080-1090nm基频光波段增透膜,1400nm-1700nm信号光波段和3300nm-4200nm闲频光波段高透膜。其中,在所述Nd:MgO:PPLN晶体6的直腔与折形腔内分别搭建参量光谐振腔、1093nm基频光谐振腔以及1084nm基频光谐振腔,在所述Nd:MgO:PPLN晶体6直腔内依次搭建变焦耦合镜组3、第一45度分束镜4、中红外参量光输出镜5、中红外参量光全反镜7、声光调Q开关8、第二45度分束镜9、电光晶体10以及1093nm基频光全反镜11,在折行腔内搭建1084nm基频光全反镜12。
在本发明一实施例中,所述参量振荡腔全反镜7为平平镜,镀有信号光和闲频光高反膜与1084nm/1093nm基频光高透膜。
在本发明一实施例中,所述声光Q开关8通光面镀有1084nm/1093nm基频光增透膜。
在本发明一实施例中,所述第二45度分束镜9镀有1084nm基频光高反膜、1093nm基频光高透膜。
在本发明一实施例中,所述电光晶体10镀有1μm激光增透膜,两端可加入λ/4电压。
在本发明一实施例中,所述1093nm谐振腔全反镜11和1084nm谐振腔全反镜12为平凹镜,镀有1084nm/1093nm高反膜。
在本发明一实施例中,所述中红外参量光输出镜5、中红外参量光全反镜7与所述Nd:MgO:PPLN晶体6构成参量光谐振腔。
在本发明一实施例中,所述第一45度分束镜4、参量光谐振腔、声光Q开关8、第二45度分束镜9以及1084nm基频光全反镜12构成1084nm基频光谐振腔。
在本发明一实施例中,所述第一45度分束镜4、参量光谐振腔、声光Q开关8、第二45度分束镜9、电光晶体10以及1093nm基频光全反镜12构成1093nm基频光谐振腔。
基于上述技术方案,所述813nm半导体泵浦源1发射由所述Nd:MgO:PPLN晶体6吸收主峰波长的泵浦光,所述泵浦光透过所述传能光纤2、变焦耦合镜组3和第一45度分束镜4之后由左端聚焦至所述Nd:MgO:PPLN晶体6中,构成单端泵浦模式,所述Nd:MgO:PPLN晶体6吸收泵浦光形成粒子数反转,在所述基频光谐振腔内的持续反馈作用下形成基频光振荡,在由所述第一45度分束镜4、参量光谐振腔、声光Q开关8、第二45度分束镜9以及1084nm基频光全反镜12构成的1084nm基频光谐振腔中输出波长为1084nm的基频光,在由所述第一45度分束镜4、参量光谐振腔、声光Q开关8、第二45度分束镜9、电光晶体10以及1093nm基频光全反镜11构成的1093nm基频光谐振腔中输出波长为1093nm的基频光。
所述基频光同时对所述Nd:MgO:PPLN晶体6形成泵浦,依靠所述参量光振荡腔全反镜和参量光振荡腔输出镜设计、所述的参量光振荡腔腔长设计,保证振荡参量光光斑束腰与基频光光斑束腰位置重合,保证振荡参量光光斑尺寸与基频光基模光斑尺寸满足相应的聚焦参数ξ=L/b匹配,其中,L为Nd:MgO:PPLN晶体6的长度,共焦参数b=2πnω2/λ,其中,n为相应激光折射率,ω为相应激光束腰半径,λ为相应激光波长,当所述基频光泵浦功率高于参量光振荡腔起振阈值后,形成同步运转稳定振荡的信号光并且对应产生中红外波段闲频光,最后参量光会通过所述参量光振荡腔输出镜5输出并经过所述第一45度分束镜4折射输出。
图2为根据本发明一实施例的Nd:MgO:PPLN晶体能级分布示意图,如图2所示(图2中,能量值以cm-1表示),在具有强结晶场的主晶体中,Nd3+离子中的4I11/2表现出极大的能级分裂。R24I11/2(Y2)和R24I11/2(Y3)跃迁分别产生1084nm和1093nm的双波长发射。根据荧光强度进行估算,室温下π偏振(5.1×10-19cm2)的受激发射截面大约是σ偏振(1.8×10- 19cm2)的2.8倍,这使得难以实现1093nm的激光振荡。然而,对于温度敏感的基态(4I11/2)中的玻尔兹曼分布可以在这些Stark分裂能级中引起粒子数反转密度的振动,因此可以实现1093nm的激光输出。
两种荧光强度的比率关系为:
Figure BDA0002782841110000081
其中,Ei(i=2,3)为各能级间的分离能量,kB是玻尔兹曼常数,T是绝对温度,C1是常数系数,可以估算。根据Fuchtbauer-Ladenbury公式,可以计算出有效的受激发射截面为:
Figure BDA0002782841110000091
其中,I是作为波长函数的荧光强度,I(λ)是波长λ处的荧光强度,n是材料折射率,c是光速,τ是上部激光水平的辐射寿命,βj是分支比,对于4F3/24I11/2测得的分支比为0.44。上式可以看出σλ与I(λ)λ5成正比。因此,受激发射截面比Re可表示为:
Figure BDA0002782841110000092
其中,R表示两种荧光强度的比率。由此可以发现,1093nm与1084nm两种谱线的受激发射界面比是温度T的函数,当受激发射截面比小于1时,自由运转状态下的基频光输出波长为1084nm,当受激发射截面比大于1时,基频光的输出波长为1093nm,若不加以控制,a切Nd:MgO:LN晶体的输出波长会随着晶体温度的升高,在某一泵浦功率下由1084nm变为1093nm。
其中,在电光晶体不加载电压时,1084nm/1093nm基频光同时存在,但是只有1084nm基频光参与变频,输出由1084nm基频光所产生的中红外激光。在电光晶体加载电压时,1093nm基频光的偏振方向发生了改变,使得1093nm基频光也能参与变频,此时,1093nm基频光比1084nm基频光的增益更高,输出的中红外激光由1093nm基频光参与变频而来。
其中,在高功率泵浦注入时,1093nm基频光的增益大于1084nm的基频光,但1093nm的o光激光由于不满足e+e=e的准相位匹配变频条件,无法参与光参量振荡,而此时,虽然1084nm基频光的增益较低,却也能参与光参量振荡,并输出由1084nm基频光所产生的中红外激光,在此条件下,输出波长为3.845μm的闲频光。
其中,当电光晶体两端加入λ/4电压时,在高功率泵浦机制下1093nm基频光具有较大的受激发射截面,具有较高的增益,1093nm基频光通过中红外参量光全反镜入射至Nd:MgO:PPLN晶体,在1093nm基频光作用下,当参量振荡腔达到起振阈值后开始同步产生振荡的波长为3.935μm的中红外闲频光,由中红外参量光谐振腔输出镜输出。当撤去λ/4电压,在电光晶体两端加入小于λ/4电压时,1093nm基频光由于无法获得增益逐渐消失,此时在1084nm与1093nm双波长出现模式竞争的过程中,1084nm基频光获得高增益,1084nm基频光参与非线性频率变换开始同步产生振荡的3.845μm与3.935μm的中红外双波长闲频光,由中红外参量光谐振腔输出镜输出。
其中,频率的间隔是由声光Q开关器件的设定重频所决定的,通过调节电光晶体加压时间,可以实现基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域的可编程调控。当声光Q开关的工作频率设定为10KHz时,脉冲间隔为100μs,若电光晶体的加载电压的时间为T1,不加载电压的时间为T2,当T1和T2同时设定为100μs时,中红外双波长的输出规律如图3所示,此时3.8μm与3.9μm的激光交替输出。那么通过改变不同的时间T1与T2,即可对中红外输出波长进行编程调控,例如,将T1设定为300μs,T2设定为300μs时,波长为3.8μm与3.9μm的激光的输出关系如图4所示。
综上,本发明的目的在于解决基于Nd:MgO:PPLN晶体的自光参量振荡过程中不能自由调控红外双波长时域输出中红外双波长激光的问题。通过在晶体的直腔与折形腔内分别搭建参量光谐振腔和1084nm/1093nm基频光谐振腔,采用调节电光晶体和变焦耦合镜组的方式进行单波长中红外与双波长中红外的自由调控切换输出,通过声光Q开关器件控制频率的间隔,通过调节电光晶体的加压时间实现中红外双波长时域的可编程调控,并且在保证应用指标同时,实现了结构紧凑、功能集成化的中红外双波长激光器。

Claims (10)

1.一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器,其特征在于,所述激光器包括:813nm半导体泵浦源、传能光纤、变焦耦合镜筒、第一45度分束镜、中红外参量光输出镜、Nd:MgO:PPLN晶体、中红外参量光全反镜、声光Q开关、第二45度分束镜、电光晶体、1093nm基频光全反镜和1084nm基频光全反镜,其中:
所述激光器的水平光路上从左至右依次放置有813nm半导体泵浦源、传能光纤、变焦耦合镜组、第一45度分束镜、中红外参量光输出镜、Nd:MgO:PPLN晶体、中红外参量光全反镜、声光Q开关、第二45度分束镜、电光晶体和1093nm基频光全反镜;
所述813nm半导体泵浦源用于发射泵浦光;
所述传能光纤用于将所述泵浦光传输至所述变焦耦合镜组;
所述变焦耦合镜组用于调节聚焦于晶体端面的泵浦光斑的大小,可将泵浦光调节为半径为400μm的泵浦光斑,透过所述第一45度分束镜和中红外参量光输出镜聚焦于晶体端面;
所述第一45度分束镜用于透射泵浦光,反射中红外信号光和闲频光;
所述中红外参量光输出镜用于透射泵浦光,反射1084nm/1093nm基频光,以及输出中红外信号光和闲频光;
所述中红外参量光全反镜用于透射1084nm/1093nm基频光,反射中红外信号光和闲频光;
所述Nd:MgO:PPLN晶体用于作为产生1084nm/1093nm基频光和中红外参量光的增益介质和变频介质;
所述声光Q开关用于使所述基频光实现脉冲运转;
所述第二45度分束镜用于反射1084nm基频光,透射1093nm基频光;
所述1084nm基频光全反镜放置于第二45度分束镜的反射光路上;
所述电光晶体放置于所述第二45度分束镜与1093nm基频光全反镜之间,用于提高1093nm基频光的受激发射截面,以及实现中红外双波长时域的可编程控制;
所述1093nm基频光全反镜用于反射1093nm基频光。
2.根据权利要求1所述的激光器,其特征在于,所述813nm半导体泵浦源的波长为813nm,纤芯半径为200μm、数值孔径0.22。
3.根据权利要求1或2所述的激光器,其特征在于,所述第一45度分束镜镀有813nm基频光高透膜、信号光和闲频光高反膜。
4.根据权利要求1所述的激光器,其特征在于,所述参量振荡腔输出镜为平平镜,镀有1084nm/1093nm基频光与信号光高反膜和闲频光高透膜。
5.根据权利要求1所述的激光器,其特征在于,所述Nd:MgO:PPLN晶体采用a轴切割,晶体尺寸为:厚×宽×长=2mm×6mm×40mm,极化周期长度设置为29.8μm,两端镀有泵浦光和基频光高透膜以及信号光和闲频光高透膜。
6.根据权利要求1所述的激光器,其特征在于,所述参量振荡腔全反镜为平平镜,镀有信号光和闲频光高反膜与1084nm/1093nm基频光高透膜。
7.根据权利要求1所述的激光器,其特征在于,所述声光Q开关通光面镀有1084nm/1093nm基频光增透膜。
8.根据权利要求1所述的激光器,其特征在于,所述第二45度分束镜镀有1084nm基频光高反膜、1093nm基频光高透膜。
9.根据权利要求1所述的激光器,其特征在于,所述电光晶体镀有1μm激光增透膜,两端可加入λ/4电压。
10.一种泵浦源系统,其特征在于,包括所述权利要求1-9任一所述的基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器。
CN202011287480.6A 2020-11-17 2020-11-17 一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器 Active CN112421364B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011287480.6A CN112421364B (zh) 2020-11-17 2020-11-17 一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011287480.6A CN112421364B (zh) 2020-11-17 2020-11-17 一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112421364A CN112421364A (zh) 2021-02-26
CN112421364B true CN112421364B (zh) 2021-09-24

Family

ID=74832518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011287480.6A Active CN112421364B (zh) 2020-11-17 2020-11-17 一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112421364B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113078536B (zh) * 2021-03-26 2022-05-20 长春理工大学 一种侧向泵浦Nd:MgO:PPLN中红外激光器及其双棱镜波长控制方法
CN113314940B (zh) * 2021-05-27 2022-06-03 长春理工大学 一种基于Nd:MgO:APLN晶体的多波长中红外激光脉冲串腔倒空激光器
CN113314939B (zh) * 2021-05-27 2022-06-03 长春理工大学 一种基于Nd:MgO:APLN晶体的多波长中红外激光能量配比调控放大器
CN113451871B (zh) * 2021-06-28 2022-09-02 长春理工大学 一种快速启动中红外激光器
CN114256721B (zh) * 2021-12-16 2022-12-02 长春理工大学 基于夹心波导Nd:MgO:PPLN晶体的中红外自变频激光器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6295160B1 (en) * 1999-02-16 2001-09-25 Opotek, Inc. Broad tuning-range optical parametric oscillator
GB0906482D0 (en) * 2009-04-15 2009-05-20 Univ St Andrews intra-cavity optical parametric oscillator
CN105591275B (zh) * 2016-03-07 2018-08-14 长春理工大学 基于MgO:PPLN晶畴占空比可控的电场调谐光参量振荡器
CN106992426B (zh) * 2017-04-18 2019-09-13 华中科技大学 一种单端输出的腔内泵浦光参量振荡器
CN108666862B (zh) * 2018-04-26 2019-07-23 长春理工大学 一种红外双波长可调谐自光参量振荡器
CN110797750A (zh) * 2019-09-27 2020-02-14 中国科学院电子学研究所 一种输出双波长中红外的光参量振荡器

Also Published As

Publication number Publication date
CN112421364A (zh) 2021-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112421364B (zh) 一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器
US7535938B2 (en) Low-noise monolithic microchip lasers capable of producing wavelengths ranging from IR to UV based on efficient and cost-effective frequency conversion
CN112993727B (zh) 一种基于多周期Nd:MgO:PPLN伺服匹配控制中红外差分双波长激光器
JP2015096857A (ja) 非線形振動分光法および顕微鏡法のための2周波出力を提供する同調可能な光パラメトリック発振器レーザシステムを提供するシステムおよび方法
CN104953461A (zh) 一种基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器
CN107528197B (zh) 双腔复合非稳腔选模泵浦的自光参量振荡中红外激光器
US20110064096A1 (en) Mid-IR laser employing Tm fiber laser and optical parametric oscillator
CN101741000A (zh) 以级联超晶格为变频晶体的黄光激光器
CN107046222A (zh) 一种实现相近双波长输出的内腔光学参量振荡器
CN112421363B (zh) 一种基于Nd:MgO:LiNbO3晶体的正交偏振双波长自由调控切换激光器
CN116191189A (zh) 一种单频连续光学参量振荡器
CN112260051B (zh) 一种1342nm红外固体激光器
CN110265863A (zh) 一种腔内反斯托克斯拉曼激光器以及受激拉曼蓝移波长最大化输出方法
CN113078536B (zh) 一种侧向泵浦Nd:MgO:PPLN中红外激光器及其双棱镜波长控制方法
Donin et al. New method of Q-switching with mode locking in solid-state lasers
CN113078541B (zh) 一种基于Nd:MgO:LN的正交偏振双波长调Q激光器及方法
Creeden et al. Thulium fiber laser-pumped mid-IR OPO
KR20100032055A (ko) 광매개 공진기
CN102044839A (zh) 一种双波长跃迁受激拉曼和频激光波长转换装置
CN106299998A (zh) 可调谐电光调q开关和激光器
US20250062584A1 (en) Methods of generating laser outputs based on different states of laser inputs and related systems
JPH10150238A (ja) 光パラメトリック発振器とその設計方法
RU2459328C1 (ru) Оптический квантовый генератор двухмикронного диапазона длин волн
Georges et al. Half-Watt single frequency yellow 561 nm and yellow-green 553 nm DPSS lasers with record 19% optical conversion efficiency
RU2424609C1 (ru) Устройство для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant