[实用新型]双向泵浦纳秒脉冲光参量振荡放大装置

说明书

本实用新型涉及一种光学装置，特别是一种双向泵浦脉冲光参量振荡放大装置。

利用非线性光学晶体中的光参量效应，开发高效宽调谐激光器件一直是可调谐激光领域最为活跃、最具有应用前景的途径之一。为实现宽调谐，必须使用宽带谐振腔镜。为了压窄输出线宽，必须在谐振腔内附加各种色散光学元件。传统光参量振荡和放大的泵浦方法是泵光透过宽带腔镜去泵浦非线性光学晶体。由于泵光功率密度高，仅特制硬膜腔镜才能承受，不被破坏。但特制硬膜腔镜带宽有限，不能实现全波段(例如可见波段)连续调谐。因而在使用过程中必须更换腔镜(即不能连续宽调谐)，十分不便。另外，高强度的泵光也常破坏色散光学元件。为此，有人设计了双隔离泵光光路如：文献1，B.C.Johnson et.al.J.Opt.Soc.Am.B/Vol.12(1995)2122。他们的光路图示于图2，对光轴成45°的双色镜(4)和(5)全反泵光，透过参量光，令泵光仅照射非线性光学晶体(2)，而不能照射腔镜(1)，(13)和调谐元件光栅(11)和宽带腔镜(12)，这样避免了高强度光破坏调谐元件并可使用一般的宽带腔镜。但此设计带来一个严重缺点，即只对一个方向上传播的参量光存在增益，而且双色镜(4)和(5)对参量光的损耗大，致使参量振荡器的阈值升高，效率降低(对参量放大器也明显降低了放大系数)，并一定程度影响了连续调谐的宽度。

本实用新型的目的在于克服上述已有技术的缺点和不足，克服原有技术仅对非线性晶体进行单向泵浦，也就是对单相传播的参量光存在增益，对逆向传播(腔内振荡为来回传播)的参量光反而是损耗的现状，从而提供一种双向泵浦光路，以使逆向传播参量光亦获得增益，从而降低参量阈值和提高参量转换效率。本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型的核心就是基于纳秒脉冲泵光(例如常用泵光波长约为5-10纳秒)和连续泵光在空间的光程为数百cm或无穷大，而光参量振荡放大器的腔长为cm量级(例如3-20cm)这样泵光的空间持续长度大大地大于腔长，这就允许利用泵光返回设计，在参量谐振腔内建立正反两个方向的泵光光场，实现对参量振荡(放大)来回传播的参量光均提供增益的目的。另外，泵光单次通过非线性晶体时，由于转换效率不高，剩余泵光尚很强，所以返回的泵光光强还足以对逆向传播的腔内参量光产生大的增益。原理性光路示于图1。本实用新型由输出耦合镜、宽带全反镜、非线性光学晶体、两块双色镜(全反泵光、透过参量光)、泵光全反镜及泵光组成。其光路结构为：在双色镜(5)旁边安置一块泵光全反镜(6)，光从双色镜(5)反射出的剩余泵光原路返回，双色镜(5)、(6)之间的光程等于双色镜(5)与宽带全反镜(10)之间的光程。双色镜(4)与(5)在光路上安置位置为对光参量泵光光轴的入射角包括45°或布儒斯特角。两块双色镜在光路上安置位置相对光参量泵光光轴的入射角包括45°角和布儒斯特角。所用的非线性晶体可以是一块，也可以是两块。输出耦合镜、非线性光学晶体、宽带全反射腔镜构成常规的光参量振荡器。宽带全反腔镜(3)可以用色散元件及宽带全反镜(10)取代，其安置位置垂直于光参量泵光。宽带全反腔镜(3)可以改用光栅(11)，并在光栅一级衍射光方向上安置一块宽带全反镜(12)，安置角度0°，或者在光栅(11)零级衍射方向上安置一块宽带全反镜(3)。所用非线性光学晶体包括：磷酸二氢钾KTP、铌酸锂LiNbO3、偏硼酸钡BBO、三硼酸锂LBO、掺氧化镁铌酸锂MgO2：LiNbO3、碘酸锂LiIO3。泵光包括：连续激光和脉冲激光以及脉冲激光的同步泵浦方式。在本实用新型中，还可以把该装置的光路上一块双色镜后安置一块分束器，使光路分两路，一路中间固定一块色散元件及宽带全反腔镜(用于压窄线宽)，还有一路上安置一块宽带全反腔镜做成复合腔。本实用新型的优越性：