[发明专利]一种双谐振光参量振荡器的腔长锁定方法及系统

说明书

本发明公开了一种双谐振光参量振荡器的腔长锁定方法及系统，属于光参量振荡器领域，双谐振光参量振荡器用于进行光参量过程以输出超短脉冲，并耦合出一部分超短脉冲作为反馈参考光；波长选择元件用于选择出反馈参考光中预设波长的激光；腔长锁定单元接收经过波长选择元件选择出的反馈参考光中预设波长的激光，以控制双谐振光参量振荡器的腔长锁定在输出超短脉冲中预设波长激光的功率最大对应的腔长，实现双谐振光参量振荡器输出功率的稳定。本发明利用波长选择元件，选择超短脉冲的光谱内部某一窄带光谱的功率进行功率锁定，提高了腔长锁定系统的锁定稳定性，实现了稳定功率的激光输出。

技术领域

本发明涉及双谐振光参量振荡器技术领域，更具体地，涉及一种双谐振光参量振荡器的腔长锁定方法及系统。

背景技术

超快激光一般指脉冲宽度在皮秒，飞秒乃至阿秒量级的脉冲激光。超快激光具有窄脉宽，高峰值功率，宽带宽等优点，广泛的应用于科研，医疗，工业之中。对于无法直接通过相应激光增益介质产生激光的波段，例如中红外波段，人们通常利用同步泵浦光参量振荡器转换得到所需要波长的超快激光。光参量振荡器分为单振荡光参量振荡器和双谐振光参量振荡器。一般来说，双谐振光参量振荡器的阈值远低于单振荡光参量振荡器，并且具有更宽的增益带宽，例如简并光参量振荡器。但是由于双谐振光参量振荡器的输出功率对腔长非常敏感，因此主动的腔长锁定系统对保持双谐振光参量振荡器的稳定起到至关重要的作用。

双谐振光参量振荡器的输出功率随腔长改变周期性的增大与减小(谐振曲线)，因此常用扰动-锁定系统(dither-and-lock)来锁定振荡器的腔长，使光参量振荡器工作在谐振曲线峰值(谐振峰)处。在2011年，Nick Leindecker等人利用PDH法，通过对输出光的功率进行锁定，搭建了简并光参量振荡器并输出了半高全宽为91fs，-20dB光谱覆盖范围为2500nm～3800nm的飞秒脉冲(Optics express 19.7(2011):6296-6302)。目前这种方法为主流的光参量振荡器腔长的锁定方法。但是，对于这种锁定腔内振荡光全部波长的总功率的方法，在出现谐振峰不规则或者谐振峰本身为平顶的情况时，无法对腔长进行精确的锁定。同时由于PDH锁定将会将腔长锁定在功率峰值处，因此无法锁定非功率峰值的腔长，导致无法实现连续的输出波长调谐。

2017年，Markku Vainio等人通过对输出光截取窄带宽，进行倍频，并对倍频光的强度进行锁定，改进了当光参量振荡器总功率随腔长变化并非严格单调时，使用扰动-锁定法锁定时精度较低的问题，提高了双谐振光参量振荡器的稳定性(Optics letters 42，2722-2725(2017))。但是，对于这种将耦合出的一部分信号光或者闲频光，进行倍频后锁定的方法，由于需要特定的晶体对特定的波长进行倍频，导致锁定系统设计较为复杂，成本也较高。

综上所述，研究一种能在谐振峰的结构不规则或有平顶时，锁定双谐振光参量振荡器的腔长，实现输出功率稳定的腔长锁定方法及系统具有很大价值。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有双谐振光参量振荡器在谐振峰不规则或平顶时，难以锁定双谐振光参量振荡器的腔长的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种双谐振光参量振荡器的腔长锁定系统，包括：双谐振光参量振荡器、波长选择元件以及腔长锁定单元；

所述双谐振光参量振荡器用于进行光参量过程以输出超短脉冲，并耦合出一部分超短脉冲作为反馈参考光；

所述波长选择元件用于选择出所述反馈参考光中预设波长的激光；

所述腔长锁定单元接收所述经过波长选择元件选择出的反馈参考光中预设波长的激光，以控制所述双谐振光参量振荡器的腔长锁定在输出超短脉冲中所述预设波长激光的功率最大对应的腔长，实现所述双谐振光参量振荡器输出功率的稳定。

在一个可选的实施例中，所述腔长锁定单元包括：光探测器、信号处理电路以及腔长控制器；