[发明专利]一种抑制腔内泵浦连续波光参量振荡器弛豫振荡的装置

说明书

本发明公开了一种抑制腔内泵浦连续波光参量振荡器驰豫振荡的装置，包括：依次设置在半导体激光器外部泵浦源的光轴上的准直透镜、聚焦透镜和泵浦腔，以及设置在与光轴垂直的方向上的OPO端镜，泵浦腔包括：依次设置的输入耦合镜、激光增益介质、第一透镜、双光子吸收元件、第二透镜、分束镜、非线性材料和公共端镜；双光子吸收元件用于对泵浦激光产生双光子吸收从而抑制驰豫振荡。本发明采用双光子吸收的非线性损耗抑制驰豫振荡，克服现有技术中通过倍频抑制驰豫振荡因相位匹配增加复杂性的问题，并且可以使用激光转换效率高、技术成熟的具有长的上能级寿命的增益介质，获得高的OPO功率转换效率，自腔内泵浦连续波光参量振荡器中获得具有高度功率稳定型的输出。

技术领域

本发明涉及光参量振荡器领域，更具体地，涉及一种抑制腔内泵浦连续波光参量振荡器弛豫振荡的装置。

背景技术

光参量振荡器(Optical Parametric Oscillator，OPO)利用二阶非线性效应，将入射激光(称为泵浦光)转换为两个频率不同的出射激光，其中一个频率较高者称为信号光，另一个频率更低的称为闲频光，泵浦光的频率等于信号光和闲频光的频率之和；OPO用于拓展激光辐射的输出波段，实现宽带可调谐的激光辐射。

腔内泵浦的光参量振荡器将非线性晶体置于泵浦激光器的谐振腔内；利用谐振腔内的高功率密度，能够实现连续波光参量振荡器的低阈值振荡；通过控制非线性耦合，腔内泵浦的光参量振荡器可以获得极高的功率转换效率。文献G.A.Turnbull，M.H.Dunn，andM.Ebrahimzadeh，“Continuous-wave，intracavity optical parametric oscillators ananalysis of power characteristics，”Appl.Phys.B 66(6)，701–710(1998)对此给出了详细的讨论。

现有的用于腔内泵浦连续波光参量振荡器的激光器，一般使用激光转换效率高的、上能级寿命长的激光增益介质，常用的有掺钕和掺镱介质，如Nd:YVO₄(掺钕钒酸钇晶体)和Yb:YAG(掺镱钇铝石榴石)。理论和试验都表明，由于激光增益介质的上能级寿命(>100us)远大于泵浦和信号光腔的寿命(约10ns)，腔内的泵浦和信号光进行快速的能量转换，导致两光的腔内功率和输出功率很不稳定，表现为长时间高频率的驰豫振荡，如文献Turnbull G A，Stothard D J M，Ebrahimzadeh M，et al.Transient dynamics of CWintracavity singly resonant optical parametric oscillators[J].IEEE journal ofquantum electronics，1999，35(11):1666-1672所述。该特性严重的限制了腔内泵浦连续波光参量振荡器作为功率和频率稳定的激光源在精密测量中的应用。为了抑制驰豫振荡稳定输出功率，国际上提出两种有效的方法。其中一种方法是在泵浦激光器腔内加入倍频晶体，利用泵浦光倍频的非线性损耗抑制驰豫振荡，如文献Stothard D J M，Dunn MH.Relaxation oscillation suppression in continuous-wave intracavity opticalparametric oscillators[J].Optics Express，2010，18(2):1336-1348所述，该方法依赖泵浦光倍频，但是倍频过程需要长的倍频晶体，而且需要严格的相位匹配，极大地增加了复杂性。另一种方法是采用上能级寿命短的激光增益介质，如文献Stothard D J M，HopkinsJ M，Burns D，et al.Stable，continuous-wave，intracavity，optical parametricoscillator pumped by a semiconductor disk laser(VECSEL)[J].Optics Express，2009，17(13):10648-10658所述的半导体碟片增益介质，但是基于该增益介质的激光器激光转换效率比较低，会限制腔内泵浦连续波光参量振荡器的效率。