[发明专利]一种窄线宽嵌套腔光参量振荡器

说明书

本申请提供一种窄线宽嵌套腔光参量振荡器，包括：泵浦光源、激光晶体以及非线性晶体，其中，所述激光晶体与所述非线性晶体的端部位置分别设有多个腔镜；设置在所述激光晶体与所述非线性晶体端部相邻位置的两个腔镜，分别对激光腔谐振光和OPO谐振光具有不同的反射率，构成F‑P标准具。本申请基于法布里‑珀罗标准具的线宽压窄原理，构成一个嵌套腔光参量振荡器，使得激光谐振腔和OPO谐振腔公用同一个F‑P标准具，并且此F‑P标准具的构成为激光晶体和非线性晶体的两个端面。因此，仅采用一个F‑P标准具即可达到对两个谐振腔中产生的振荡激光分别压窄的效果，无需引入额外元件，压缩振荡器的体积，提高可靠性。

技术领域

本申请涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种窄线宽嵌套腔光参量振荡器。

背景技术

光参量振荡器（Optical Parametric Oscillator，OPO）是一种振荡在光学频率的参量振荡器。它可将输入频率为ωp的激光，即：泵浦激光，通过二阶非线性光学相互作用，转换成两个频率较低的输出光，即：信号光ωs和闲频光ωi，两个输出光的频率之和等于输入光频率，即：ωs+ωi=ωp。OPO能够提供一种可调谐、高相干光源，可实现传统激光所达不到的光波长辐射。

典型的光参量振荡器主要包含三个关键部分，即：激光泵浦光源、光学谐振腔和非线性光学晶体。其中，光学谐振腔用于和两个输出光中的至少一者相共振。在非线性光学晶体中，泵浦激光，信号光和闲频光相互重合。三个不同频率光的相互作用使得信号光和闲频光的参量幅度增益，并且与之相对应的泵浦激光幅度衰减。共振光波（信号光或闲频光或两者同时）在谐振腔中振荡，增益不断提高，补偿了共振光波在来回振荡中的损耗。

激光的输出光谱宽度称为其输出线宽。光参量振荡器是一种获得可调谐激光的有效方法，但由于其使用的非线性晶体，特别是周期极化晶体的增益谱线宽，造成现有振荡器的输出激光线宽较宽，需要采用线宽压窄技术使输出谱线变窄，维持中心波长稳定。光参量振荡器的输出线宽受到多种因素影响，包括激光泵浦光线宽、谐振腔镜片的镀膜参数、非线性晶体的匹配带宽等。现有光参量振荡器在需要窄线宽输出时，具有结构设计复杂、光谱压窄困难、谱线稳定性差的缺点。

目前要获得窄线宽激光输出，经常采用的方法包括：在腔内插入法布里-珀罗标准具(F-P标准具)、插入光栅或对谐振腔注入窄线宽种子的方式进行光谱压窄。其中，在腔内插入标准具或光栅需要额外的机械夹具、调整元件对其进行微调，增加了系统的复杂性和成本，特别是在腔内加入光栅的体积巨大且损耗较高，对OPO的整体体积和性能影响巨大。而腔内插入F-P标准具的方法，对于一些特殊构造的光参量振荡器，特别是在内腔具有激光谐振腔和OPO谐振腔两个腔时，需要同时对两个谐振腔的线宽进行压窄，因此需要增加两套光谱压窄元件，对泵浦光源和OPO的线宽分别进行压窄，使系统结构更加复杂，可靠性降低。

发明内容

本申请提供了一种窄线宽嵌套腔光参量振荡器，以解决现有振荡器因设置多个压窄线宽元件，造成系统结构复杂，体积较大，可靠性低的问题。

本申请提供一种窄线宽嵌套腔光参量振荡器，包括：泵浦光源；激光晶体，包括由激光晶体材料制成的晶体块，用于吸收所述泵浦光源发射的泵浦激光，以及产生发射激光；非线性晶体，包括由非线性晶体材料制成的晶体块，用于吸收所述激光晶体产生的发射激光，以及产生参量激光；其中，所述激光晶体与所述非线性晶体的端部位置分别设有多个腔镜；设置在所述激光晶体与所述非线性晶体端部相邻位置的两个腔镜，分别对激光腔谐振光和OPO谐振光具有不同的反射率，构成F-P标准具，通过多光束干涉滤波原理对激光的线宽进行压窄。

可选的，所述光参量振荡器包括四个腔镜，分别为：设置在所述激光晶体两端的第一腔镜和第二腔镜，以及设置在所述非线性晶体两端的第三腔镜和第四腔镜；其中，所述第二腔镜和所述第三腔镜之间的区域构成F-P标准具。

可选的，所述第一腔镜与所述第三腔镜之间的区域构成激光谐振腔，以通过激光晶体受激辐射产生特定波长的发射激光；