本發(fā)明涉及單頻脈沖激光器，特別是一種基于外差拍頻鎖定的種子注入單頻脈沖全固態(tài)光參量振蕩器。

背景技術(shù)：

2μm波段激光處于人眼安全波段和水分子吸收峰，易被生物組織吸收，也能用作中紅外波段光參量振蕩器的抽運(yùn)源；同時(shí)位于大氣傳輸窗口，對(duì)大氣和煙霧穿透能力強(qiáng)，覆蓋諸多溫室氣體和污染氣體的吸收譜，在激光醫(yī)療、相干通信、激光測(cè)距、激光雷達(dá)、光電對(duì)抗、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用價(jià)值和廣闊市場(chǎng)前景，因此發(fā)明性能可靠的2μm波段單頻脈沖全固態(tài)激光器具有十分重要的意義。

目前產(chǎn)生2μm波段單頻脈沖激光的方法主要有兩種：

1)半導(dǎo)體或光纖激光泵浦Tm\Ho摻雜介質(zhì)的調(diào)Q激光器結(jié)合種子注入和色散元件選模；

2)1μm波段激光泵浦的種子注入光參量振蕩器結(jié)合諧振探測(cè)鎖腔技術(shù)。

方法1)中增益介質(zhì)的準(zhǔn)三能級(jí)運(yùn)轉(zhuǎn)閾值高，需低溫制冷，系統(tǒng)復(fù)雜昂貴，腔內(nèi)色散元件插入損耗大導(dǎo)致效率低，固定的腔長(zhǎng)致使激光脈寬與線寬可調(diào)性差，極大限制其應(yīng)用范圍。

方法2)中泵浦源技術(shù)成熟，易于獲取，輸出波長(zhǎng)調(diào)諧范圍大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合工程化。但2μm波段位于簡(jiǎn)并點(diǎn)附近，參量增益帶寬大，輸出激光線寬較難壓窄，諧振探測(cè)鎖腔技術(shù)采用壓電陶瓷掃腔獲取單頻輸出，不可避免地存在壓電遲滯和機(jī)械振鈴，降低系統(tǒng)反饋精度，激光頻率穩(wěn)定性與抗干擾能力差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于外差拍頻鎖定的種子注入2μm波段單頻脈沖光參量振蕩器，該振蕩器能夠輸出可調(diào)諧單頻激光，具有頻率穩(wěn)定性高、線寬可控、重復(fù)頻率與脈寬可調(diào)、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，不僅適合工程商業(yè)化，也能適應(yīng)機(jī)載與星載要求。

本發(fā)明的工作原理是：

一種種子注入2μm波段單頻脈沖光參量振蕩器，以重復(fù)頻率與脈寬連續(xù)可調(diào)的1μm波段單頻脈沖激光為泵浦源實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)與線寬的調(diào)諧，通過一體化環(huán)形行波穩(wěn)定腔的限模特性提高機(jī)械被動(dòng)穩(wěn)定性，利用外差拍頻方案鎖定腔長(zhǎng)，即掃描-保持-預(yù)觸發(fā)-鑒頻-補(bǔ)償-觸發(fā)。在每個(gè)泵浦周期內(nèi)，將泵浦光在空間上等分成具有固定延時(shí)的兩束光，當(dāng)壓電陶瓷掃描光參量振蕩器的腔長(zhǎng)時(shí)，光電探測(cè)器檢測(cè)到高穩(wěn)定度的種子光經(jīng)環(huán)形腔形成的干涉信號(hào)峰值后，保持腔長(zhǎng)在該位置直至第一束泵浦光到來。輸出的第一束單頻脈沖光與種子光外差拍頻產(chǎn)生的頻差將作為誤差信號(hào)，送入反饋系統(tǒng)實(shí)時(shí)微調(diào)加載在腔內(nèi)電光晶體上的電壓，以微調(diào)腔長(zhǎng)補(bǔ)償頻差，并保持腔長(zhǎng)直至延時(shí)后的第二束泵浦光到來，由于兩束泵浦光特性一致，僅在時(shí)間上有極短的延時(shí)，因此能獲得與種子光頻率一致的2μm波段單頻脈沖激光輸出。

本發(fā)明技術(shù)的技術(shù)解決方案是：

一種基于外差拍頻鎖定的種子注入2μm波段單頻脈沖光參量振蕩器，特征在于其結(jié)構(gòu)包括腔外種子注入光路，泵浦光路，一體化諧振腔，拍頻測(cè)試組件及電學(xué)控制組件五個(gè)部分：

所述的腔外種子注入光路包括種子激光器、分束器、耦合透鏡組、隔離器組和第一半波片；

所述的泵浦光路包括單頻脈沖泵浦源、第二半波片、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一折返鏡、光學(xué)延時(shí)裝置、第二折返鏡、第一電光晶體、第一聚焦透鏡、第一反射鏡和雙色鏡；

所述的一體化諧振腔包括諧振腔框體、第一腔鏡、第二腔鏡、第三腔鏡和第四腔鏡，第一非線性晶體、第二非線性晶體、第二電光晶體；

所述的拍頻測(cè)試組件包括分光鏡、第三電光晶體、第三偏振分束器、第二反射鏡、第三半波片、第二聚焦透鏡、合束器和聲光移頻器；

所述的電學(xué)控制組件包括壓電陶瓷、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源、時(shí)序控制系統(tǒng)、第一光電探測(cè)器、高壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源、第二光電探測(cè)器、低壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源組成；

上述元器件的位置關(guān)系如下：

所述的種子激光器輸出的種子光經(jīng)過所述的分束器分成低功率種子光和高功率種子光：所述的低功率種子光依次經(jīng)所述的耦合透鏡組、隔離器組、第一半波片、雙色鏡、第一腔鏡注入到所述的一體化諧振腔中；所述的高功率種子光經(jīng)所述的聲光移頻器進(jìn)入所述的合束器中；

所述的單頻脈沖泵浦源輸出的泵浦光經(jīng)所述的第二半波片和第一偏振分束器后在空間上分成等強(qiáng)度的透射光束和反射光束：所述的透射光束透過所述的第二偏振分束器繼續(xù)傳輸形成第一束泵浦光，經(jīng)所述的第一電光晶體、第一聚焦鏡、第一反射鏡和雙色鏡反射后與所述的種子光同方向地經(jīng)第一腔鏡入射至所述的一體化諧振腔中；所述的反射光束經(jīng)第一折返鏡、光學(xué)延時(shí)裝置、第二折返鏡和第二偏振分束器反射后成為第二束泵浦光，經(jīng)所述的第一電光晶體、第一聚焦鏡、第一反射鏡和雙色鏡反射后與所述的種子光同方向地經(jīng)第一腔鏡入射至所述的一體化諧振腔；

所述的一體化諧振腔中沿光路依次是第一腔鏡、第一非線性晶體、第二非線性晶體、第二腔鏡、第三腔鏡、第二電光晶體、第四腔鏡和第一腔鏡，所述的第四腔鏡緊固在壓電陶瓷上，在所述的第二腔鏡和第三腔鏡之間光路的延長(zhǎng)線上設(shè)有所述的第一光電探測(cè)器；

由所述的第一束泵浦光經(jīng)一體化諧振腔振蕩產(chǎn)生的第一束信號(hào)光經(jīng)所述的分光鏡、第三電光晶體和第三偏振分束器反射后，入射到與其傳輸方向成45°放置的第二反射鏡上，由所述的第二反射鏡反射衰減后的第一束信號(hào)光經(jīng)所述的第三半波片、第二聚焦鏡輸入至所述的合束器中；所述的高功率種子光經(jīng)所述的聲光移頻器移頻后輸入至所述的合束器中與進(jìn)入其中的第一束信號(hào)光進(jìn)行拍頻，所述的合束器輸出的拍頻光信號(hào)耦合進(jìn)所述的第二光電探測(cè)器中并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；

由所述的第二束泵浦光經(jīng)一體化諧振腔振蕩產(chǎn)生的第二束信號(hào)光經(jīng)所述的分光鏡、第三電光晶體和第三偏振分束器透射后輸出；

所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源的輸出端與所述的壓電陶瓷的輸入端相連，所述的低壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源的輸出端與所述的第二電光晶體的輸入端相連，所述的第一光電探測(cè)器和第二光電探測(cè)器的輸出端與所述的時(shí)序控制系統(tǒng)的輸入端相連，所述的高壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源的輸出端與所述的第一電光晶體和第三電光晶體的輸入端相連，所述的時(shí)序控制系統(tǒng)的輸出端分別與所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源的輸入端、所述的低壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源的輸入端、所述的高壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源的輸入端和所述的泵浦源的控制端相連。

所述的種子激光器為單頻窄線寬線偏振連續(xù)穩(wěn)頻激光，輸出波長(zhǎng)為2.05μm，線寬在0.1MHz量級(jí)；所述的分束器為保偏分束器，分束比為1:9。

所述的單頻脈沖泵浦源為單頻窄線寬脈沖激光器，輸出波長(zhǎng)為1.06μm，脈寬在10-100ns可調(diào)，重復(fù)頻率在0-100Hz可調(diào)；所述的光學(xué)延時(shí)裝置對(duì)入射至其中的激光施加固定光學(xué)延時(shí)，延時(shí)在100-200ns內(nèi)可調(diào)。

所述的第一折返鏡和第二折返鏡與光路成45°；所述的第一反射鏡和雙色鏡與泵浦光路成45°。

所述的第一腔鏡和第二腔鏡為曲率半徑等于660mm的平凹鏡，所述的第三腔鏡和第四腔鏡為平鏡，所述的第一腔鏡具有對(duì)信號(hào)光2.05μm波長(zhǎng)30％～50％的透過率且對(duì)泵浦光1.06μm波長(zhǎng)高透的鍍膜，第二腔鏡和第四腔鏡鍍有對(duì)信號(hào)光高反、泵浦光高透且空閑光2.21μm波長(zhǎng)超過50％透過率的膜，第三腔鏡具有對(duì)信號(hào)光1％的透過率、泵浦光高透且對(duì)空閑光超過50％透過率的鍍膜；所述的第一非線性晶體和第二非線性晶體為臨界相位匹配切割的磷酸鈦氧鉀晶體(KTiOPO₄,KTP)，利用熱電制冷片對(duì)其進(jìn)行高精度控溫。

所述的諧振腔框體是由銦鋼塊加工而成，所述的第一腔鏡、第二腔鏡、第三腔鏡和第四腔鏡直接固定在框體的側(cè)壁上，所述的第一非線性晶體、第二非線性晶體和第二電光晶體通過轉(zhuǎn)接件固定在框體的底板上，所述的第一非線性晶體和第二非線性晶體以走離補(bǔ)償方式置于所述的第一腔鏡和第二腔鏡之間的光路上，所述的第二電光晶體處在所述的第三腔鏡和第四腔鏡之間的光路上。

輸入諧振腔內(nèi)的泵浦光透過所述的第一腔鏡入射至所述的第一非線性晶體和第二非線性晶體進(jìn)行非線性轉(zhuǎn)換，輸出2μm波段的信號(hào)光、空閑光和剩余泵浦光，該2μm波段的信號(hào)光經(jīng)所述的第二腔鏡、第三腔鏡和第四腔鏡反射至所述的第一腔鏡，所述的第一腔鏡將所接收到的一部分信號(hào)光反射至第二腔鏡上進(jìn)入所述的諧振腔內(nèi)繼續(xù)振蕩，另一部分信號(hào)光透過所述的第一腔鏡形成該信號(hào)光透射輸出光路；所述的空閑光經(jīng)所述的第二腔鏡、第三腔鏡、第四腔鏡透射出去，所述的泵浦光經(jīng)所述的第二腔鏡透射出去；

注入諧振腔內(nèi)的種子光透過所述的第一腔鏡入射至所述的第一非線性晶體和第二非線性晶體，經(jīng)所述的第二腔鏡反射至第三腔鏡，所述的第三腔鏡將接收到的一部分種子光反射至第二電光晶體，并經(jīng)由第四腔鏡反射至所述的第一腔鏡形成閉環(huán)光路繼續(xù)在腔內(nèi)多次往返傳輸，另一部分種子光透過所述的第三腔鏡輸出；所述的種子光經(jīng)諧振腔多次往返后經(jīng)所述的第三腔鏡輸出的干涉信號(hào)傳輸至所述的第一光電探測(cè)器并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

所述的分光鏡與所述的信號(hào)光透射輸出光路成45°放置，該分光鏡對(duì)殘留的空閑光和泵浦光進(jìn)行反射濾除，并對(duì)腔內(nèi)輸出的2μm波段信號(hào)光透射；所述的第二反射鏡為單面拋光的毛玻璃，用于衰減射入其中的激光強(qiáng)度；

所述的外差拍頻鎖定腔長(zhǎng)的方法包括下列步驟：

1.在每個(gè)工作周期的起始點(diǎn)通過壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源給所述的壓電陶瓷施加一線性斜坡電壓，調(diào)整光參量振蕩器的腔長(zhǎng)，當(dāng)所述的時(shí)序控制系統(tǒng)檢測(cè)到所述的第一光電探測(cè)器上種子光經(jīng)過諧振腔形成的干涉信號(hào)峰值時(shí)，保持壓電陶瓷的位置，同時(shí)所述的時(shí)序控制系統(tǒng)通過高壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源向所述的第一電光晶體施加半波電壓，并向所述的單頻泵浦源輸出指令，打開所述的單頻泵浦源；

2.在所述的第二束泵浦光的固定延時(shí)時(shí)間內(nèi)，所述的時(shí)序控制系統(tǒng)檢測(cè)到所述的第二光電探測(cè)器上移頻后的高功率種子光與所述的第一束泵浦光產(chǎn)生的第一束脈沖信號(hào)光的拍頻中心頻率后，根據(jù)其與固定移頻量的頻差，通過所述的低壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源向所述的第二電光晶體施加補(bǔ)償頻差所需的電壓并保持住，同時(shí)所述的時(shí)序控制系統(tǒng)向所述的高壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源發(fā)出指令，撤掉施加在所述的第一電光晶體上的半波電壓，并向所述的第三電光晶體施加半波電壓直至第二束泵浦光到來，隨即從所述的第三偏振分束器僅透射出頻率與種子光一致的第二束單頻脈沖信號(hào)光。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.采用可調(diào)諧的單頻泵浦源、可調(diào)諧種子光和晶體角度調(diào)諧可實(shí)現(xiàn)大范圍單頻信號(hào)光波長(zhǎng)、脈寬、重復(fù)頻率、線寬可調(diào)諧輸出。

2.采用一體化穩(wěn)定行波環(huán)形腔，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性高，抗干擾能力強(qiáng)，可適應(yīng)機(jī)載與星載要求。

3.利用種子注入，綜合壓電陶瓷掃腔電壓低和電光晶體掃腔響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，采用此外差拍頻鎖定腔長(zhǎng)的方案，可實(shí)現(xiàn)與種子光頻嚴(yán)格一致的高穩(wěn)定度單頻窄線寬脈沖光輸出。

4.采用走離補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和高精度的主動(dòng)熱電制冷片溫控，保證高穩(wěn)定、高效率、高光束質(zhì)量激光輸出。

附圖說明

圖1是本發(fā)明激光器的系統(tǒng)框圖。

圖2是電學(xué)控制處理連接圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1是本發(fā)明激光器的系統(tǒng)框圖，由圖可見，本發(fā)明基于外差拍頻鎖定的種子注入2μm波段單頻脈沖光參量振蕩器的結(jié)構(gòu)包括腔外種子注入光路1，泵浦光路2，一體化諧振腔3，拍頻測(cè)試組件4和電學(xué)控制組件5五個(gè)部分：

所述的腔外種子注入光路包括種子激光器1-1、分束器1-2、耦合透鏡組1-3、隔離器組1-4和第一半波片1-5；

所述的泵浦光路包括單頻脈沖泵浦源2-1，第二半波片2-2、第一偏振分束器2-3、第二偏振分束器2-4、第一折返鏡2-5、光學(xué)延時(shí)裝置2-6、第二折返鏡2-7、第一電光晶體2-8、第一聚焦透鏡2-9、第一反射鏡2-10和雙色鏡2-11；

所述的一體化諧振腔包括諧振腔框體3-0、第一腔鏡3-1、第二腔鏡3-2、第三腔鏡3-3和第四腔鏡3-4，第一非線性晶體3-5、第二非線性晶體3-6、第二電光晶體3-7；

所述的拍頻測(cè)試組件包括分光鏡4-1、第三電光晶體4-2、第三偏振分束器4-3、第二反射鏡4-4、第三半波片4-5、第二聚焦透鏡4-6、合束器4-7和聲光移頻器4-8；

所述的電學(xué)控制組件包括壓電陶瓷5-1、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源5-2、時(shí)序控制系統(tǒng)5-3、第一光電探測(cè)器5-4、高壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源5-5、第二光電探測(cè)器5-6、低壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源5-7組成。

上述元器件的位置關(guān)系如下：

所述的種子激光器1-1輸出的種子光經(jīng)過所述的分束器1-2分成低功率種子光和高功率種子光：所述的低功率種子光依次經(jīng)所述的耦合透鏡組1-3、隔離器組1-4、第一半波片1-5、雙色鏡2-11、第一腔鏡3-1注入到所述的一體化諧振腔中；所述的高功率種子光經(jīng)所述的聲光移頻器4-8進(jìn)入所述的合束器4-7中；

所述的單頻脈沖泵浦源2-1輸出的泵浦光經(jīng)所述的第二半波片2-2和第一偏振分束器2-3后在空間上分成等強(qiáng)度的透射光束和反射光束：所述的透射光束透過所述的第二偏振分束器2-4繼續(xù)傳輸形成第一束泵浦光，經(jīng)所述的第一電光晶體2-8、第一聚焦鏡2-9、第一反射鏡2-10和雙色鏡2-11反射后與所述的種子光同方向地經(jīng)第一腔鏡3-1入射至所述的一體化諧振腔中；所述的反射光束經(jīng)第一折返鏡2-5、光學(xué)延時(shí)裝置2-6、第二折返鏡2-7和第二偏振分束器2-4反射后成為第二束泵浦光，經(jīng)所述的第一電光晶體2-8、第一聚焦鏡2-9、第一反射鏡2-10和雙色鏡2-11反射后與所述的種子光同方向地經(jīng)第一腔鏡3-1入射至所述的一體化諧振腔；

所述的一體化諧振腔中沿光路依次是第一腔鏡3-1、第一非線性晶體3-5、第二非線性晶體3-6、第二腔鏡3-2、第三腔鏡3-3、第二電光晶體3-7、第四腔鏡3-4和第一腔鏡3-1，所述的第四腔鏡3-4緊固在壓電陶瓷5-1上，在所述的第二腔鏡3-2和第三腔鏡3-3之間光路的延長(zhǎng)線上設(shè)有所述的第一光電探測(cè)器5-4；

由所述的第一束泵浦光經(jīng)一體化諧振腔振蕩產(chǎn)生的第一束信號(hào)光經(jīng)所述的分光鏡4-1、第三電光晶體4-2和第三偏振分束器4-3反射后，入射到與其傳輸方向成45°放置的第二反射鏡4-4上，由所述的第二反射鏡4-4反射衰減后的第一束信號(hào)光經(jīng)所述的第三半波片4-5、第二聚焦鏡4-6輸入至所述的合束器4-7中；所述的高功率種子光經(jīng)所述的聲光移頻器4-8移頻后輸入至所述的合束器4-7中與進(jìn)入其中的第一束信號(hào)光進(jìn)行拍頻，所述的合束器4-7輸出的拍頻光信號(hào)耦合進(jìn)所述的第二光電探測(cè)器5-6中并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；

由所述的第二束泵浦光經(jīng)一體化諧振腔振蕩產(chǎn)生的第二束信號(hào)光經(jīng)所述的分光鏡4-1、第三電光晶體4-2和第三偏振分束器4-3透射后輸出。

所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源5-2的輸出端與所述的壓電陶瓷5-1的輸入端相連，所述的低壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源5-7的輸出端與所述的第二電光晶體3-7的輸入端相連，所述的第一光電探測(cè)器5-4和第二光電探測(cè)器5-6的輸出端與所述的時(shí)序控制系統(tǒng)5-3的輸入端相連，所述的高壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源5-5的輸出端與所述的第一電光晶體2-8和第三電光晶體4-2的輸入端相連，所述的時(shí)序控制系統(tǒng)5-3的輸出端分別與所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源5-2的輸入端、所述的低壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源5-7的輸入端、所述的高壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源5-5的輸入端和所述的泵浦源2-1的控制端相連，如圖2所示。

所述的種子激光器1-1為單頻窄線寬線偏振連續(xù)穩(wěn)頻激光，輸出波長(zhǎng)為2.05μm，線寬在0.1MHz量級(jí)。所述的分束器1-2為保偏分束器，分束比為1:9。所述的耦合透鏡組1-3對(duì)所述的低功率種子光束進(jìn)行變換，使其在諧振腔內(nèi)的光斑大小與諧振腔內(nèi)信號(hào)振蕩光斑大小一樣。所述的隔離器組1-4能夠提供大于56dB的隔離度，保持光路的單向傳輸，防止諧振腔產(chǎn)生的脈沖激光損傷種子激光器。所述的第一半波片1-5用于調(diào)整隔離器組輸出的線偏振種子光的偏振態(tài)，以滿足注入條件。

所述的單頻脈沖泵浦源2-1為單頻窄線寬脈沖激光器，輸出波長(zhǎng)為1.06μm，該單頻脈沖泵浦源可以通過穩(wěn)定的波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)諧窄線寬單頻1.06μm種子激光經(jīng)聲光斬波后通過多級(jí)級(jí)聯(lián)的半導(dǎo)體激光泵浦的光纖和板條混合激光放大器放大獲得，輸出能量在0-20mJ可調(diào)，脈寬在10-100ns可調(diào)，重復(fù)頻率在0-100Hz可調(diào)。所述的光學(xué)延時(shí)裝置2-6對(duì)入射至其中的激光施加固定光學(xué)延時(shí)，延時(shí)在100-200ns內(nèi)可調(diào)。

所述的第一電光晶體2-8用于調(diào)整透過第二偏振分束器2-4的第一束泵浦光的偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)光參量振蕩的相位匹配。所述的第一聚焦透鏡2-9對(duì)泵浦光束進(jìn)行變換，使其在諧振腔內(nèi)的光斑大小與諧振腔產(chǎn)生的信號(hào)振蕩光斑大小一致。所述的第一折返鏡(2-5)、第二折返鏡(2-7)與光路成45°；所述的第一反射鏡(2-10)和雙色鏡(2-11)與泵浦光路成45°。

所述的第一腔鏡3-1和第二腔鏡3-2為曲率半徑等于660mm的平凹鏡，所述的第三腔鏡3-3和第四腔鏡3-4為平鏡，所述的第一腔鏡3-1具有對(duì)信號(hào)光2.05μm波長(zhǎng)30％～50％的透過率且對(duì)泵浦光1.06μm波長(zhǎng)高透的鍍膜，第二腔鏡3-2和第四腔鏡3-4鍍有對(duì)信號(hào)光高反、泵浦光高透且空閑光2.21μm波長(zhǎng)超過50％透過率的膜，第三腔鏡3-3具有對(duì)信號(hào)光1％的透過率、泵浦光高透且對(duì)空閑光超過50％透過率的鍍膜。所述的第一非線性晶體3-5和第二非線性晶體3-6為臨界相位匹配切割的磷酸鈦氧鉀晶體(KTiOPO₄,KTP)，切角為θ＝52.7°，晶體通光面鍍泵浦光、信號(hào)光和空閑光均高透的膜，利用熱電制冷片對(duì)其進(jìn)行高精度控溫。

所述的諧振腔框體3-0是由銦鋼塊加工而成，所述的第一腔鏡3-1、第二腔鏡3-2、第三腔鏡3-3和第四腔鏡3-4直接固定在框體的側(cè)壁上，所述的第一非線性晶體3-5、第二非線性晶體3-6和第二電光晶體3-7通過轉(zhuǎn)接件固定在框體的底板上。所述的第一非線性晶體3-5和第二非線性晶體3-6以走離補(bǔ)償方式置于所述的第一腔鏡3-1和第二腔鏡3-2之間的光路上，所述的第二電光晶體3-7處在所述的第三腔鏡3-3和第四腔鏡3-4之間的光路上，在所述的第二腔鏡3-2和第三腔鏡3-3之間光路的延長(zhǎng)線上設(shè)有所述的第一光電探測(cè)器5-4。

輸入諧振腔內(nèi)的泵浦光透過所述的第一腔鏡3-1入射至所述的第一非線性晶體3-5和第二非線性晶體3-6進(jìn)行非線性轉(zhuǎn)換，輸出2μm波段的信號(hào)光、空閑光和剩余泵浦光，該2μm波段的信號(hào)光經(jīng)所述的第二腔鏡3-2、第三腔鏡3-3和第四腔鏡3-4反射至所述的第一腔鏡3-1，所述的第一腔鏡3-1將所接收到的一部分信號(hào)光反射至第二腔鏡3-2上進(jìn)入所述的諧振腔內(nèi)繼續(xù)振蕩，另一部分信號(hào)光透過所述的第一腔鏡3-1形成該信號(hào)光透射輸出光路；所述的空閑光經(jīng)所述的第二腔鏡3-2、第三腔鏡3-3、第四腔鏡3-4透射出去，所述的泵浦光經(jīng)所述的第二腔鏡3-2透射出去。

注入諧振腔內(nèi)的種子光透過所述的第一腔鏡3-1入射至所述的第一非線性晶體3-5和第二非線性晶體3-6，經(jīng)所述的第二腔鏡3-2反射至第三腔鏡3-3，所述的第三腔鏡3-3將接收到的一部分種子光反射至第二電光晶體3-7，并經(jīng)由第四腔鏡3-4反射至所述的第一腔鏡3-1形成閉環(huán)光路繼續(xù)在腔內(nèi)多次往返傳輸，另一部分種子光透過所述的第三腔鏡3-3輸出；所述的種子光經(jīng)諧振腔多次往返后經(jīng)所述的第三腔鏡3-3輸出的干涉信號(hào)傳輸至所述的第一光電探測(cè)器5-4并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

所述的分光鏡4-1與所述的信號(hào)光透射輸出光路成45°放置，該分光鏡4-1對(duì)殘留的空閑光和泵浦光進(jìn)行反射濾除，并對(duì)腔內(nèi)輸出的2μm波段信號(hào)光透射。所述的第三電光晶體4-2用于調(diào)整所述的第二束脈沖信號(hào)光的偏振態(tài)使其完全透射出第三偏振分束器4-3。所述的第二反射鏡4-4為單面拋光的毛玻璃，用于衰減射入其中的激光強(qiáng)度。所述的第三半波片4-5用于調(diào)整所述的第一束脈沖信號(hào)光的偏振態(tài)，使其與所述的高功率種子光偏振態(tài)一致，以滿足拍頻條件。所述的第二聚焦鏡4-6對(duì)所述的第一束脈沖信號(hào)光進(jìn)行變換，使其高效耦合進(jìn)合束器4-7。所述的聲光移頻器4-8移頻量固定在400MHz且高度穩(wěn)定，對(duì)所述的高功率種子光進(jìn)行固定移頻，并將移頻后的高功率種子光傳輸至合束器4-7。所述的合束器4-7為保偏合束器，其合束比為1:1，接收輸入的所述的高功率種子光和所述的第一束脈沖信號(hào)光使其產(chǎn)生光學(xué)拍頻。

所述的第一電光晶體2-8為特殊切割的RTP晶體，其快軸或慢軸與輸入線偏泵浦光的偏振方向成45°夾角，晶體兩端鍍對(duì)1.06μm泵浦光高透的膜；所述的第二電光晶體3-7為特殊切割的RTP晶體，其感應(yīng)折射率主軸方向與諧振腔內(nèi)種子光的偏振態(tài)一致，晶體兩端鍍對(duì)2.05μm信號(hào)光高透的膜；所述的第三電光晶體4-2為特殊切割的RTP晶體，其快軸或慢軸與輸出線偏信號(hào)光的偏振方向成45°夾角，晶體兩端鍍對(duì)2.05μm信號(hào)光高透的膜。

請(qǐng)參照?qǐng)D2，所述的外差拍頻鎖定腔長(zhǎng)的方法包括下列步驟：

1.在每個(gè)工作周期的起始點(diǎn)通過壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源5-2給所述的壓電陶瓷5-1施加一線性斜坡電壓，調(diào)整光參量振蕩器的腔長(zhǎng)，當(dāng)所述的時(shí)序控制系統(tǒng)5-3檢測(cè)到所述的第一光電探測(cè)器5-4上種子光經(jīng)過諧振腔形成的干涉信號(hào)峰值時(shí)，保持壓電陶瓷5-1的位置，同時(shí)所述的時(shí)序控制系統(tǒng)5-3通過高壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源5-5向所述的第一電光晶體2-8施加半波電壓，并向所述的單頻泵浦源2-1輸出指令，打開所述的單頻泵浦源2-1，所述的第一束泵浦光進(jìn)入一體化諧振腔產(chǎn)生單頻脈沖信號(hào)光。

2.在所述的第二束泵浦光的固定延時(shí)時(shí)間內(nèi)，所述的時(shí)序控制系統(tǒng)5-3檢測(cè)到所述的第二光電探測(cè)器5-6上移頻后的高功率種子光與所述的第一束泵浦光產(chǎn)生的第一束脈沖信號(hào)光的拍頻中心頻率后，根據(jù)其與固定移頻量的頻差，通過所述的低壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源5-7向所述的第二電光晶體3-7施加補(bǔ)償頻差所需的電壓并保持住，同時(shí)所述的時(shí)序控制系統(tǒng)5-3向所述的高壓電光晶體驅(qū)動(dòng)源5-5發(fā)出指令，撤掉施加在所述的第一電光晶體2-8上的半波電壓，并向所述的第三電光晶體4-2施加半波電壓直至第二束泵浦光到來，隨即從所述的第三偏振分束器4-3僅透射出頻率與種子光一致的第二束單頻脈沖信號(hào)光。

實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明可獲得高效率、高光束質(zhì)量、高頻率穩(wěn)定度的2μm波段單頻脈沖激光輸出，在很大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了輸出波長(zhǎng)、線寬、重復(fù)頻率、脈寬連續(xù)可調(diào)諧，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。