CN103715593A - 一种2μm光纤激光泵浦的单频中红外光源*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2μm光纤激光泵浦的单频中红外光源******，包括2μm光纤激光器1、聚焦透镜2、入射腔镜3、非线性晶体4、输出腔镜5、全反镜6、全反镜7、滤光片8，2μm光纤激光器1作为OPO泵浦光，经聚焦透镜2聚焦于非线性晶体4内部；所述入射腔镜3、输出腔镜5和全反镜6、全反镜7构成OPO信号光谐振腔，为OPO信号光提供正反馈；2μm泵浦光强度超过OPO阈值后，OPO信号光谐振腔内建立有稳定的单频中红外信号光振荡；单频中红外信号光经过输出腔镜5输出；经滤光片8后，得到纯净的单频中红外信号光输出；通过改变非线性晶体4的相位匹配条件，实现输出波长的调谐。本发明有效地提高OPO光源的光转换效率；结构相对简单，获得单频中红外光源，满足高精度应用需要。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域中的激光器，特别涉及一种采用2μm光纤激光泵浦的高效率单频中红外光学参量振荡器。
背景技术
波长位于3-5μm中红外波段的相干光源在光谱、遥感等领域具有重要的应用需求。由于缺少能够直接发射此波段激光的增益介质，3-5μm波段的中红外相干光源一直依赖于非线性光学频率手段，特别是是光学参量振荡（OPO）的方式获得。
传统上这个波段的OPO多采用容易获得的1μm（1064nm）激光作为泵浦源，然而，1μm泵浦光子与输出的3-5μm中红外光子之间的能量差很大，导致总体光光效率较低。在部分采用磷锗锌（ZGP）为非线性晶体的中红外OPO中，为满足相位匹配条件，需要先通过1μm激光泵浦兼并OPO获得2μm光源，再用2μm光源泵浦中红外OPO，一方面兼并OPO的稳定性难以保证，增加了一个非线性频率变换过程也降低了总的转换效率，另一方面为提高非线性转换效率往往采用脉冲工作方式和线型短腔（ChineseOpticsLetters，9(6)，061403，2011），致使其输出的光谱线宽较宽，难以满足高精度应用的需要。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明提出了一种2μm光纤激光泵浦的单频中红外光源***，利用2μm光纤激光器作为泵浦源，减小泵浦光子和所需中红外输出光子间的能量差，以提高OPO的光光转换效率；同时结合环型行波腔设计，保证OPO的单频运转，起到改善光谱线宽的作用，以满足高精度应用的需求。
本发明通过如下技术方案予以实现。
本发明提出了一种2μm光纤激光泵浦的单频中红外光源******，该光源***包括：2μm光纤激光器1、聚焦透镜2、入射腔镜3、非线性晶体4、输出腔镜5、全反镜6、全反镜7、滤光片8，其中，聚焦透镜2镀2μm泵浦光增透膜系；入射腔镜3为凹镜，镀泵浦光增透、信号光高反膜系；非线性晶体4两端镀泵浦光、信号光和闲频光增透膜系；输出腔镜5为凹镜，镀泵浦光和闲频光增透、信号光部分反射膜系；全反镜6和全反镜7镀信号光高反膜系；滤光片8镀泵浦光和闲频光高反、信号光增透膜系；
所述2μm光纤激光器1发射2μm激光，作为OPO的泵浦光，经所述聚焦透镜2聚焦于所述非线性晶体4内部；所述入射腔镜3、输出腔镜5和全反镜6、全反镜7构成OPO的信号光谐振腔，为OPO信号光提供正反馈，保证信号光单频运转；所述2μm泵浦光强度超过OPO阈值后，所述OPO信号光谐振腔内建立有稳定的单频中红外信号光振荡；所述单频中红外信号光经过所述输出腔镜5输出；经所述滤光片8滤去剩余的泵浦光和闲频光后，得到纯净的单频中红外信号光输出；通过改变非线性晶体4的相位匹配条件，实现输出波长的调谐。
所述全反镜6和所述全反镜7镀信号光高反膜系之间还设置了标准具9，采用CaF2基片，厚度0.5mm。2μm泵浦光以e光入射PPLT晶体，通过调节标准具9的角度实现输出波长的细调。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
本发明提供了一种2μm光纤激光泵浦的可调谐单频中红外光源，通过采用波长2μm的光纤激光作为泵浦源，与传统的1μm泵浦方式相比，大幅减小了泵浦光子和所需的中红外光子之间的能量差，从而能够有效地提高OPO光源的光光转换效率。通过环形行波腔结合光纤激光泵浦源，能够以相对简单的结构实现OPO的单频运转，获得单频中红外光源，满足高精度应用的需要。
附图说明
图1为本发明提供的2μm光纤激光泵浦的可调谐单频中红外光源的结构示意图。
附图标号说明如下：
1：2μm光纤激光器； 2：聚焦透镜；
3：入射腔镜； 4：非线性晶体；
5：输出腔镜； 6：全反镜；
7：全反镜； 8：滤光片；
9：标准具
具体实施方式
为能更好的理解本发明的发明内容、特点及功效，下面结合附图和实施例对本发明的技术作进一步的说明。
为解决目前3-5μm中红外光学参量振荡器光光转换效率较低、输出光谱线宽不够精细的问题，本发明实施例提供了一种2μm光纤激光泵浦的单频中红外光源***设计方案，参见图1。
2μm光纤激光器可以为掺铥（Tm）光纤激光器，也可以为掺钬（Ho）光纤激光器等其他发射波长在2μm附近的光纤激光器，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。
根据所需输出波长不同，非线性晶体4可以为周期极化钽酸锂（PPLT）晶体，也可以为周期极化铌酸锂（PPLN）、磷锗锌（ZGP）和磷硅镉（CSP）等常用中红外非线性光学晶体，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。
输出波长的调谐方式，可采用对非线性晶体4进行温度调节、极化周期调谐和角度调谐等方式，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。
为提高单频运转的稳定性，同时实现输出波长的精细调谐，本发明实施例中的中红外光源，还包括标准具9，通过改变标准具9的角度即可实现OPO波长的精细调谐。
下面以一个实验来验证本发明实施例提供的一种2μm光纤激光泵浦的单频中红外光源***的可行性，其中，2μm光纤激光器1采用掺Tm光纤主振-放大***，发射中心波长1950nm，最高输出功率50W；非线性晶体4为PPLT晶体，尺寸30mm×5mm×1mm，极化周期26.4-28.1μm，工作温度100℃下对应信号光和闲频光波长范围分别为3.21-3.9μm和3.9-4.96μm，各镜片及晶体端面均镀相应波长范围的膜系；
聚焦透镜2焦距50mm，聚焦后PPLT晶体内1950nm泵浦光光斑半径～47μm；入射腔镜3和输出腔镜5均为凹镜，曲率半径50mm，间距80mm；全反镜6和全反镜7均为平镜，OPO信号光总腔长255mm，对应PPLT晶体内信号光束腰～62μm，这样泵浦光和信号光的聚焦参数ξ均约等于2，OPO振荡阈值可低至2-3W；标准具9采用CaF2基片，厚度0.5mm。2μm泵浦光以e光入射PPLT晶体，泵浦功率超过阈值后，即可形成参量振荡，产生中红外信号光；可通过改变PPLT晶体的温度和极化周期实现输出波长的粗调，通过调节标准具9的角度实现输出波长的细调；进一步优化OPO的耦合输出，可实现高功率、高效率的单频中红外输出。验证了本发明实施例提供的一种2μm光纤激光泵浦的可调谐单频中红外光源的可行性。
综上所述，本发明实施例提供了一种2μm光纤激光泵浦的可调谐单频中红外光源，本发明实施例通过采用2μm光纤激光器替代传统1μm激光器作为中红外OPO的泵浦源，大幅减小泵浦光子与输出中红外光子的能量差，能够有效提高中红外OPO的光光转换效率；对于输出中红外波长3300nm而言，采用1064nm激光泵浦量子效率仅为32.2%，而采用1950nm泵浦量子效率为59.1%，在相同的参量下转换效率下，光光转换效率可提升近一倍；相对1μm激光泵浦简并OPO再泵浦中红外OPO的技术方案，减少一个非线性频率变换过程，提高了效率，同时复杂程度大幅简化，更有利于实现中红外OPO的稳定单频运转，满足高精度应用的实际需要。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种2μm光纤激光泵浦的单频中红外光源***，其特征在于，该光源***包括2μm光纤激光器（1）、聚焦透镜（2）、入射腔镜（3）、非线性晶体（4）、输出腔镜（5）、全反镜（6）、全反镜（7）以及滤光片（8）；其中，聚焦透镜（2）镀2μm泵浦光增透膜系；入射腔镜（3）为凹镜，镀泵浦光增透、信号光高反膜系；非线性晶体（4）两端镀泵浦光、信号光和闲频光增透膜系；输出腔镜（5）为凹镜，镀泵浦光和闲频光增透、信号光部分反射膜系；全反镜（6）和全反镜（7）镀信号光高反膜系；滤光片（8）镀泵浦光和闲频光高反、信号光增透膜系；
所述2μm光纤激光器（1）发射2μm激光，作为OPO的泵浦光，经所述聚焦透镜（2）聚焦于所述非线性晶体（4）内部；所述入射腔镜（3）、输出腔镜（5）和全反镜（6）、全反镜（7）构成OPO的信号光谐振腔，为OPO信号光提供正反馈，保证信号光单频运转；所述2μm泵浦光强度超过OPO阈值后，所述OPO信号光谐振腔内建立有稳定的单频中红外信号光振荡；所述单频中红外信号光经过所述输出腔镜（5）输出；经所述滤光片（8）滤去剩余的泵浦光和闲频光后，得到纯净的单频中红外信号光输出；通过改变非线性晶体（4）的相位匹配条件，实现输出波长的调谐。
2.根据权利要求1所述的2μm光纤激光泵浦的单频中红外光源***，其特征在于，所述全反镜（6）和所述全反镜7镀信号光高反膜系之间还设置有标准具（9），采用CaF2基片，厚度0.5mm；2μm泵浦光以e光入射PPLT晶体，通过调节标准具9的角度实现输出波长的细调。
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