基于MgO:PPLN晶疇占空比可控的電場調(diào)諧光參量振蕩器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于固體激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于MgO: PPLN晶疇占空比可控的電場調(diào)諧光參量振蕩器。
【背景技術(shù)】
[0002]光參量振蕩技術(shù)是產(chǎn)生寬帶可調(diào)諧相干激光光源的有效途徑，以此技術(shù)為依托的光參量振蕩器(OPO)具有調(diào)諧范圍寬、調(diào)諧方式靈活多樣、易于整機(jī)全固化等優(yōu)點，在軍事、醫(yī)療、通信等領(lǐng)域均有著廣泛應(yīng)用，是近年來激光非線性變頻領(lǐng)域的重要研究方向和研究熱點。
[0003]頻譜調(diào)諧性能是衡量光參量振蕩器的重要指標(biāo)之一。目前光參量振蕩器依據(jù)不同的變頻介質(zhì)，所采用的調(diào)諧手段不盡相同，如使用KTP、LB0、ZGP等傳統(tǒng)雙折射晶體可以通過改變晶體匹配角度實現(xiàn)波長調(diào)諧，使用MgO:PPLN、MgO:PPLT等周期極化晶體可以通過改變栗浦波長、極化周期、晶體溫度實現(xiàn)波長調(diào)諧。這些調(diào)諧手段相比于腔內(nèi)插入閃耀光柵、標(biāo)準(zhǔn)具等選頻元件的機(jī)械調(diào)諧更加簡單、靈活，但在頻譜調(diào)諧的高精度控制、快速響應(yīng)方面卻仍未得到有效改善。如最為廣泛應(yīng)用的溫度調(diào)諧，環(huán)境溫差、高功率激光栗浦所帶來的熱積聚等影響因素導(dǎo)致很難實現(xiàn)精細(xì)的譜線控制，并且高低溫調(diào)諧切換過程需要很長的響應(yīng)時間。針對這一問題，Ned O ’ Brien利用PPLN晶體鈮酸鋰基質(zhì)的線性電光效應(yīng)，采用對PPLN晶體施加特定方向外電場，借助電場加載電壓可控性強(qiáng)，高效性、實時性的突出優(yōu)勢，實現(xiàn)了頻譜的高精度電場調(diào)諧(參考Ned O’Brien等1999年發(fā)表在“OPTICS LETTERS”的文章“Electro-optic spectral tuning in a continuous-wave,asymmetric-duty-cycle,per1dically poled LiNbOsoptical parametric oscillator”)。電場調(diào)諧技術(shù)的弓丨入，極大地促進(jìn)了光參量振蕩器在一些高精度測量、檢測等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，但這種技術(shù)帶來的問題是調(diào)諧帶寬受限于晶疇占空比，占空比越小，也即正、負(fù)晶疇長度差值越大，相應(yīng)的調(diào)諧帶寬越寬(參考于永吉等2015年發(fā)表在“物理學(xué)報”的文章“基于MgO = QPLN的多光參量振蕩器電場調(diào)諧特性理論與實驗研究”)。然而，根據(jù)準(zhǔn)相位匹配原理，晶疇占空比越小，相應(yīng)的調(diào)諧參量光轉(zhuǎn)換效率也越低，由此可見，電場調(diào)諧過程中寬調(diào)諧與高效率不可兼顧，并互為制約。
[0004]目前用于光參量振蕩器的PPLN極化晶體均為單一晶疇占空比，晶疇占空比一旦確定后即無法進(jìn)行調(diào)控，難以根據(jù)實際需求在高精度寬調(diào)諧與高變頻效率二者間自由切換，極大限制了這類光參量振蕩器的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有光參量振蕩器存在的受限于單一晶疇占空比、不能靈活在高精度寬調(diào)諧與高變頻效率二者間自由切換的難點問題，本發(fā)明提供一種以晶疇占空比可以外部調(diào)控的MgO = PPLN晶體為頻率變換介質(zhì)，通過對它加載電壓實現(xiàn)高精度寬調(diào)諧的基于MgO = PPLN晶疇占空比可控的電場調(diào)諧光參量振蕩器。
[0006]本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明的基于MgO:PPLN晶疇占空比可控的電場調(diào)諧光參量振蕩器，包括:計算機(jī)；
[0008]與計算機(jī)相連的電控精密平移臺；
[0009]固定在電控精密平移臺上的溫控器；
[0010]激光栗浦源，產(chǎn)生栗浦光；
[0011 ]聚焦耦合系統(tǒng)，對激光栗浦源產(chǎn)生的栗浦光進(jìn)行聚焦；
[0012]由第一平凹鏡與第二平凹鏡組成的共焦型光參量振蕩腔；
[0013]位于共焦型光參量振蕩腔中共焦點處的MgO:PPLN晶體，經(jīng)聚焦耦合系統(tǒng)聚焦后的栗浦光栗浦位于共焦型光參量振蕩腔中共焦點處的MgO: PPLN晶體，所述MgO: PPLN晶體貼合在溫控器上，所述MgO: PPLN晶體的每個極化周期單元采用正、負(fù)晶疇對角線分割結(jié)構(gòu)；
[0014]隔離器，對第二平凹鏡反射回的栗浦光進(jìn)行回光隔離；
[0015]位于共焦型光參量振蕩腔中共焦點處的MgO: PPLN晶體，所述MgO: PPLN晶體貼合在溫控器上，所述MgO: PPLN晶體的每個極化周期單元采用正、負(fù)晶疇對角線分割結(jié)構(gòu)；
[0016]固定在MgO:PPLN晶體上下表面的平面電極片；
[0017]兩端分別與平面電極片相連的驅(qū)動電源，對MgO:PPLN晶體進(jìn)行電壓加載；
[0018]通過計算機(jī)控制電控精密平移臺的橫向移動步長，實現(xiàn)橫向移動MgO:PPLN晶體所在的通光位置，進(jìn)而改變晶疇占空比。
[0019]進(jìn)一步的，所述MgO: PPLN晶體中心軸對應(yīng)的晶疇占空比為I/2，即正、負(fù)晶疇長度相等，中心軸兩側(cè)的晶疇占空比分別趨向于O和I，通過橫向移動MgO: PPLN晶體所在的通光位置改變晶疇占空比。
[0020]進(jìn)一步的，所述激光栗浦源采用以Nd: YAG,Nd: YVO4或Nd:GdVO4為增益介質(zhì)的全固態(tài)激光器，或者采用光纖激光器，所述激光栗浦源產(chǎn)生的1.06μπι波長激光經(jīng)聚焦耦合系統(tǒng)后光斑半徑小于500μηι。
[0021]進(jìn)一步的，所述隔離器為Thorlabs公司生產(chǎn)的Ι0-8-1064-ΗΡ型號自由空間隔離器。
[0022]進(jìn)一步的，所述聚焦耦合系統(tǒng)由兩塊平-凸透鏡組成，兩塊平-凸透鏡的焦距分別為200_和150_，面元均為Φ 20_，兩塊平-凸透鏡均對激光栗浦源產(chǎn)生的栗浦光高透。
[0023]進(jìn)一步的，所述第一平凹鏡與第二平凹鏡的曲率半徑相同，曲率半徑取值范圍為150mm?300mmo
[0024]進(jìn)一步的，所述第一平凹鏡表面鍍有1064nm增透膜、1400nm?1700nm高反膜和3300nm?4200nm高反膜，所述第二平凹鏡表面鍍有1064nm高反膜、1400nm?1700nm半反半透膜和3300nm?4200nm高透膜。
[0025]進(jìn)一步的，所述MgO: PPLN晶體的尺寸為:厚X寬X長=ImmX 1mmX 50mm，兩端鍍有1064nm、1400nm?1700nm、3300nm?4200nm三色增透膜，極化周期長度取值范圍為28.5μπι?32.5ym0
[0026]進(jìn)一步的，所述驅(qū)動電源的加載電壓在-3000V?+3000V范圍區(qū)間連續(xù)調(diào)節(jié)。
[0027]進(jìn)一步的，所述溫控器的控制溫度在15°C?200°C范圍區(qū)間連續(xù)調(diào)節(jié)。
[0028]本發(fā)明的有益效果是:
[0029]本發(fā)明以晶疇占空比可以外部調(diào)控的MgO: PPLN晶體為頻率變換介質(zhì)，通過對MgO:PPLN晶體極化結(jié)構(gòu)的設(shè)計及通光位置的控制，可以實現(xiàn)晶疇占空比的連續(xù)調(diào)控，這種電場調(diào)諧光參量振蕩器能夠根據(jù)實際需要在高精度寬調(diào)諧與高變頻效率二者間自由切換。
[0030]本發(fā)明中，所采用的MgO:PPLN晶體為極化周期正、負(fù)晶疇對角線分割結(jié)構(gòu)，具有占空比值可變并可通過平移實時調(diào)控的特性，結(jié)合電場調(diào)諧技術(shù)，可以根據(jù)調(diào)諧帶寬及變頻效率的實際需求，靈活選擇合適的晶疇占空比，極大提升了電場調(diào)諧光參量振蕩器的輸出性能，能夠有效解決高精度寬調(diào)諧與高變頻效率二者間自由切換受限于晶疇占空比這一問題，拓展了這類光參量振蕩器的應(yīng)用范疇。
[0031]本發(fā)明可以應(yīng)用到其它極化周期長度下，進(jìn)而實現(xiàn)不同中心波長可調(diào)諧激光輸出，同時也可采用多通道體制，兼容多種極化周期，或結(jié)合溫控器的溫度控制，獲得更寬的譜段覆蓋。
[0032]本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，調(diào)控響應(yīng)快速、精準(zhǔn)等優(yōu)點。本發(fā)明主要應(yīng)用于基于可調(diào)諧固體激光器的高精度測量、檢測等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明的基于MgO:PPLN晶疇占空比可控的電場調(diào)諧光參量振蕩器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖2為晶疇占空比可控的MgO= PPLN晶體的極化結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖3為晶疇占空比可控的MgO: PPLN電場調(diào)諧工作原理示意圖。
[0036]圖4為【具體實施方式】一中不同晶疇占空比下的參量光輸出波長隨加載電壓變化關(guān)系圖。圖中，D為晶疇占空比。
[0037]圖5為【具體實施方式】一中不同晶疇占空比下的轉(zhuǎn)換效率隨晶疇占空比變化關(guān)系圖。
[0038]圖中:1、激光栗浦源，2、隔離器，3、聚焦耦合系統(tǒng)，4、第一平凹鏡，5、MgO:PPLN晶體，6、平面電極片，7、驅(qū)動電源，8、溫控器，9、電控精密平移臺，10、計算機(jī)，11、第二平凹鏡。
【具體實施方式】
[0039]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0040]如圖1所示，本發(fā)明的基于MgO:PPLN晶疇占空比可控的電場調(diào)諧光參量振蕩器，包括:激光栗浦源1、隔離器2、聚焦耦合系統(tǒng)3、第一平凹鏡4、MgO:PPLN晶體5、兩片平面電極片
6、驅(qū)動電源7、溫控器8、電控精密平移臺9、計算機(jī)10和第二平凹鏡11。
[0041]激光栗浦源I產(chǎn)生的栗浦光通過隔離器2后(隔離器2對激光栗浦源I產(chǎn)生的栗浦光并沒有實際作用)被聚焦耦合系統(tǒng)3接收，第一平凹鏡4與第二平凹鏡11構(gòu)成共焦型光參量振蕩腔，MgO:PPLN晶體5位于共焦型光參量振蕩腔中的共焦點處，激光栗浦源I產(chǎn)生的栗浦光經(jīng)聚焦耦合系統(tǒng)3聚焦后，栗浦位于共焦型光參量振蕩腔中共焦點處的MgO:PPLN晶體5，隔離器2對第二平凹鏡11反射回的栗浦光進(jìn)行回光隔離作用，防止其損傷激光栗浦源I。MgO:PPLN晶體5上下表面均固定有平面電極片6，驅(qū)動電源7—端與平面電極片6相連，實現(xiàn)對MgO: PPLN晶體5的電壓加載，驅(qū)動電源7另一端與溫控器8相連，并作為電壓接地端，上下表面固定有平面電極片6的MgO: PPLN晶體5緊密貼合在溫控器8上，溫控器8固定在電控精密平移臺9上，電控精密平移臺9與計算機(jī)10電連接，通過計算機(jī)10驅(qū)動電控精密平移臺9的步進(jìn)電機(jī)，合理控制電控精密平移臺9的橫向移動步長，實現(xiàn)橫向移動MgO: PPLN晶體5所在的通光位置，進(jìn)而改變晶疇占空比。
[0042]由于正、負(fù)晶疇與極化周期長度的比值即為對應(yīng)的晶疇占空比，因此MgO:PPU^aB體5的每個極化周期單元采用正、負(fù)晶疇對角線分割結(jié)構(gòu)，如圖2所示，可以根據(jù)實際需要選擇最佳的晶疇占空比對應(yīng)的通光位置。如圖3所示，MgO: PPLN晶體5中心軸對應(yīng)的晶疇占空比為1/2，也即正、負(fù)晶疇長度相等，中心軸兩側(cè)的晶疇占空比分別趨向于O和1，通過橫向移動MgO: PPLN晶體5所在的通光位置即可實現(xiàn)改變晶疇占空比的目的。通光位置的選取依據(jù)為:中心軸處(晶疇占空比為1/2)轉(zhuǎn)換效率最高，但無法應(yīng)用電場調(diào)諧;偏離中心軸越遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)換效率越低，但相應(yīng)的電場調(diào)諧波長范圍越寬；中心軸兩側(cè)互為對稱點處(如晶疇占空比1/4與3/4)的電場調(diào)諧波長范圍與轉(zhuǎn)換效率相同，對應(yīng)加載電壓互為反向。由于MgO = PPLN晶體5的正、負(fù)晶疇采用極化周期單元對角線分割，因此其晶疇占空比沿對角線為連續(xù)變化，所以通過計算機(jī)1合理控制電控精密平移臺9的橫向移動步長，橫向移動MgO: PPLN晶體5所在的通光位置，實現(xiàn)任意晶疇占空比的外部調(diào)控。
[0043]激光栗浦源I可以是以Nd:YAG、Nd:YV04、Nd:GdV04等為增益介質(zhì)的全固態(tài)激光器，產(chǎn)生1.06μπι波長激光；也可以是光纖激光器，產(chǎn)生1.06μπι波長激光。激光栗浦源I產(chǎn)生的1.06μπι波長激光經(jīng)聚焦耦合系統(tǒng)3后光斑半徑小于500