專利名稱：折疊型內(nèi)腔變反射率光參量振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種折疊結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔變反射率腔鏡的光參量振蕩器，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。
輸出光束高能量和高光束質(zhì)量是目前光參量振蕩器主要的兩個研究方向，尤其是同時獲得高的輸出能量和光束質(zhì)量是相當困難的，成為該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。內(nèi)腔型光參量振蕩器是目前提高輸出能量的有效技術(shù)，而變反射率鏡技術(shù)是在基于受激放大原理的激光領(lǐng)域中提高光束質(zhì)量的方法。內(nèi)腔型光參量振蕩器是指將輸出信號光的光參量諧振腔置于抽運該諧振腔的泵浦諧振腔內(nèi)部。參考

圖1所示的目前采用的線型平平內(nèi)腔光參量振蕩器結(jié)構(gòu)。光參量振蕩腔主要由反射鏡1、輸出鏡3和非線性晶體2組成；泵浦諧振腔主要由腔鏡4、激光工作介質(zhì)5和輸出鏡3組成。圖1b是T型平平內(nèi)腔光參量振蕩器結(jié)構(gòu)。內(nèi)腔光參量振蕩器還可以采用其他形式的線型結(jié)構(gòu)。相對外腔光參量振蕩器，內(nèi)腔中泵浦光光功率密度更高，可以得到充分的利用，具有總體結(jié)構(gòu)緊湊，但是光束質(zhì)量較差。變反射率鏡是激光領(lǐng)域中提高激光光束質(zhì)量的有效方法之一，變反射率膜系的反射率曲線可以是連續(xù)或是階越的多種線型，包括高斯曲線、準高斯曲線、拋物線等等，一般要求反射率值沿激光腔軸心呈中心對稱分布，具體的線型可以結(jié)合諧振腔的具體要求而設(shè)計。
2002年2月6日公開的，由本申請人申請的公開號為1334626A，名稱為內(nèi)腔變反射率光參量振蕩器的中國發(fā)明專利率先提出將內(nèi)腔結(jié)構(gòu)和變反射率鏡技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)高能量和高光束質(zhì)量的激光輸出。但是由于這種線型內(nèi)腔結(jié)構(gòu)本身存在一定的局限性，參量諧振腔光路完全處于泵浦腔光路中，諧振的過程造成兩光路互相之間的干涉，這種干涉一方面將產(chǎn)生干涉強點，極其容易造成光學(xué)元件的損傷；另一方面干涉大大限制光束質(zhì)量的提高，使這種結(jié)構(gòu)的總體效果比較有限。
本發(fā)明是在充分研究傳統(tǒng)內(nèi)腔結(jié)構(gòu)固有弊端的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種新型折疊結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔光參量振蕩器，采用折疊結(jié)構(gòu)將泵浦光路和參量諧振腔光路分離，徹底改變傳統(tǒng)內(nèi)腔光參量振蕩器的運轉(zhuǎn)特性，最大程度上減小可能干涉引起的對光學(xué)材料的損傷和對光束質(zhì)量的影響；另一方面沿用變反射率膜系，改善光參量振蕩器的參量振蕩過程，提高腔內(nèi)的橫模選擇能力，使輸出激光束具有更高的光束質(zhì)量。
本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種折疊型內(nèi)腔變反射率光參量振蕩器，其特征在于該振蕩器包括泵浦諧振腔和光參量諧振腔，所述泵浦諧振腔依次包括泵浦輸出鏡、被動調(diào)Q晶體、起偏器、激光工作介質(zhì)、激勵氙燈、光束分離鏡、非線性晶體和反射鏡，所述光參量諧振腔依次包括所述的反射鏡、所述的非線性晶體、所述的光束分離鏡及信號光輸出鏡；所述的泵浦諧振腔與光參量諧振腔形成一定的角度，該角度由所述的光束分離鏡來調(diào)節(jié)。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，在本發(fā)明所述的泵浦輸出鏡和信號光輸出鏡朝向腔內(nèi)側(cè)表面上分別鍍有與泵浦光和信號光波長相應(yīng)的變反射率膜系。
本發(fā)明所述的泵浦輸出鏡、反射鏡和信號光輸出鏡為曲面鏡或平面鏡。
從組成元件上雖然只是增加了一個光束分離鏡，但是從本質(zhì)上改變了內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，是一種完全新式的諧振腔結(jié)構(gòu)。在輸出能量和輸出光束質(zhì)量參數(shù)方面，比目前結(jié)構(gòu)的光參量振蕩器具有明顯的優(yōu)勢。這種折疊內(nèi)腔另外一個實用性方面的優(yōu)勢在于整體結(jié)構(gòu)緊湊、可調(diào)。光參量振蕩器一般是作為激光儀器的光源部件，要求整體尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊，而且不同儀器要求的結(jié)構(gòu)差別較大，由于光束分離鏡的采用，可以通過調(diào)整反射角度實現(xiàn)光參量振蕩器結(jié)構(gòu)的調(diào)整，提高該發(fā)明項目的實用性能。
圖1b為T型平平腔內(nèi)腔光參量振蕩器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2a為實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2b為實施例一中信號光輸出鏡3的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2c為實施例一中泵浦輸出鏡4的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖1-3中，1是光參量諧振腔的反射鏡；2是非線性晶體KTP；3是信號光輸出鏡；4是泵浦光的輸出鏡；5是激光工作介質(zhì)NdYAG；6是T型內(nèi)腔的輸出鏡；7是T型內(nèi)腔的濾光片；10是泵浦激光的被動調(diào)Q晶體；11是泵浦激光的起偏器；12是激勵氙燈；13是折疊內(nèi)腔的光束分離鏡；14是二氧化鋯漸變模層；15是K9玻璃；16是二氧化鋯1/4波長模；17是二氧化硅1/4波長模；18是硫化鋅1/4波長膜；19是氟化鎂1/4波長膜；20是硫化鋅漸變膜層。
如圖2a所示，折疊內(nèi)腔變反射率光參量振蕩器采用非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)，非線性晶體2為KTP(KTiOPO4)，以非臨界相位匹配方式工作；激光工作介質(zhì)5選用NdYAG，由激勵氙燈12提供激勵，產(chǎn)生波長為1064nm的激光，信號光輸出鏡3的凸面鍍1570nm變反射率膜系，凹面鍍對1570nm高透過濾模層。信號光輸出鏡3的變反射率曲線采用2階高斯線型，該實例的輸出波長為1570nm附近。信號光輸出鏡3的變反射率膜系結(jié)構(gòu)如圖2b所示，其中基片15的材料為K9玻璃；二氧化鋯的1/4波長模層16的厚度約為0.20μm；二氧化硅1/4波長模17的厚度約為0.27μm。二氧化鋯1/4波長模16和二氧化硅1/4波長模17均可以采用普通的蒸鍍法加工。最外層的二氧化鋯漸變模層14是中心對稱的，且漸變分布，中心厚度約為0.20μm，且厚度從中心向邊緣遞減，在邊遠處接近0，該層采用電子槍蒸鍍法進行加工。信號光輸出鏡3的膜系對波長為1.57μm光波反射率為所要求的曲線，膜系中心處的反射率值為50％左右。
泵浦輸出鏡4的凸面也為變反射率膜系，模層的結(jié)構(gòu)如圖2c所示。其中基片15的材料為K9玻璃；硫化鋅1/4波長膜18的厚度約為0.12μm；氟化鎂1/4波長膜19的厚度約為0.19μm，硫化鋅1/4波長膜18和氟化鎂1/4波長膜19采用普通蒸鍍法加工。硫化鋅漸變膜層20為中心軸對稱的漸變分布硫化鋅膜，中心厚度約為0.12μm，且從中心向邊緣遞減，在邊緣接近0。該層采用電子槍蒸發(fā)的方法進行加工。硫化鋅1/4波長膜18、氟化鎂1/4波長膜19和硫化鋅漸變膜層20構(gòu)成的膜系對波長1.064μm光波的反射率為所要求的曲線，中心透過率為90％左右。反射鏡1凹面所鍍模層為均勻反射率結(jié)構(gòu)，對1.57μm和1.064μm波長的光均為高反射率；光束分離鏡13對1.064μm全反射，對1.57μm增透。
光束分離鏡是是泵浦諧振腔和光參量諧振腔的連接元件，光束分離鏡的偏轉(zhuǎn)角度可以根據(jù)實際應(yīng)用中，對光參量諧振腔輸出位置的要求進行偏轉(zhuǎn)，在本實施方案中，泵浦諧振腔和光參量諧振腔光路之間的夾角為58度。
本實施方案中，外接電源給激勵氙燈12提供脈沖電壓，激光工作介質(zhì)5在激勵氙燈的作用下，產(chǎn)生粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)，但此時沒有超過被動調(diào)Q晶體10的閾值，由光參量諧振腔的反射鏡1和泵浦輸出鏡4構(gòu)成的泵浦諧振腔中沒有泵浦光產(chǎn)生。當激光工作介質(zhì)5中積蓄的能量超過被動調(diào)Q晶體10的閾值時，在泵浦諧振腔中產(chǎn)生泵浦光。泵浦光經(jīng)過光束分離鏡13反射，對非線性晶體2進行抽運，產(chǎn)生的信號光透過光束分離鏡13在光參量諧振腔中振蕩得到放大，最終從信號光輸出鏡3輸出。
實施方案一可以輸出很高光束質(zhì)量的激光束，遠場發(fā)散角大大優(yōu)于普通光參量振蕩器，而且能夠得到高的轉(zhuǎn)換效率，可以作為激光測距、目標指示、光電對抗等領(lǐng)域的理想激光光源。
實施例二折疊內(nèi)腔光參量振蕩器采用平平腔結(jié)構(gòu)。
折疊內(nèi)腔變反射率光參量振蕩器采用平平腔結(jié)構(gòu)，如圖3所示。與實施例一不同的是泵浦諧振腔和光參量諧振腔的3個腔鏡均為平面鏡，其他部分的結(jié)構(gòu)與實施例一相同。變反射率模層的結(jié)構(gòu)和加工方法與實施例一是相同的。
實施方案二輸出的同樣是1.57μm紅外激光束，但是由于采用的是平平腔結(jié)構(gòu)，限制了泵浦激光的光束質(zhì)量，尤其是遠場發(fā)散角，但是平平腔的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換效率更高。雖然平平腔結(jié)構(gòu)輸出的光束質(zhì)量有所下降，但實施例二更加適合于高效率的應(yīng)用要求。
權(quán)利要求
1.折疊型內(nèi)腔變反射率光參量振蕩器，其特征在于該振蕩器包括泵浦諧振腔和光參量諧振腔，所述泵浦諧振腔依次包括泵浦輸出鏡(4)、被動調(diào)Q晶體(10)、起偏器(11)、激光工作介質(zhì)(5)、激勵氙燈(12)、光束分離鏡(13)、非線性晶體(2)和反射鏡(1)，所述光參量諧振腔依次包括所述的反射鏡(1)、所述的非線性晶體(2)、所述的光束分離鏡(13)及信號光輸出鏡(3)；所述的泵浦諧振腔與光參量諧振腔形成一定的角度，該角度由所述的光束分離鏡(13)來調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩器，其特征在于在所述泵浦輸出鏡(4)和信號光輸出鏡(3)朝向腔內(nèi)側(cè)表面上分別鍍有與泵浦光和信號光波長相應(yīng)的變反射率膜系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的振蕩器，其特征在于所述的泵浦輸出鏡(4)、反射鏡(1)和信號光輸出鏡(3)為曲面鏡或平面鏡。
全文摘要
折疊型內(nèi)腔變反射率光參量振蕩器，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有內(nèi)腔結(jié)構(gòu)中，泵浦光路和參量諧振腔光路易相互干涉引起光學(xué)元件損傷和降低光束質(zhì)量的問題，本發(fā)明公開了一種折疊型內(nèi)腔變反射率光參量振蕩器，包括泵浦諧振腔和光參量諧振腔，泵浦諧振腔依次包括泵浦輸出鏡、被動調(diào)Q晶體、起偏器、激光工作介質(zhì)、激勵氙燈、光束分離鏡、非線性晶體和反射鏡，光參量諧振腔依次包括所述的反射鏡、所述的非線性晶體、所述的光束分離鏡及信號光輸出鏡；泵浦諧振腔與光參量諧振腔形成一定的角度，該角度由所述的光束分離鏡來調(diào)節(jié)。本發(fā)明改善了光參量振蕩器的參量振蕩過程，提高了腔內(nèi)的橫模選擇能力，使輸出激光束具有更高的光束質(zhì)量和轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01S3/086GK1461081SQ0313757
公開日2003年12月10日 申請日期2003年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月18日
發(fā)明者鞏馬理, 保奭燚, 黃磊, 陳剛 申請人:清華大學(xué)