[发明专利]基于周期性极化晶体的光学参量放大波长调谐装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学参量放大激光系统，特别是一种基于周期性极化晶体的光学参量放大波长调谐装置，该装置在具有高利用价值的通信波段1300nm和1500nm处都具备超宽波长调谐范围。

背景技术

基于光学参量产生(以下简称为OPG)、光学参量放大(以下简称为OPA)和光学参量振荡(以下简称为OPO)的波长调谐，国际上探索了多种结构，以获得调谐范围较大的、光谱线宽窄的及均匀调谐，泵浦源为各种固体激光及其谐波，调谐方式有温度、角度及电光调谐等。其中温度调谐的速度比较慢，电光调谐的装置复杂，成本高昂。角度调谐的实际操作难度大，需要进一步提高精度。所用的非线性晶体有KDP(KH₂PO₄，磷酸二氢钾)、ADP(NH₄H₂PO₄，磷酸二氢铵)、LiNbO₃(铌酸锂)及BNN(Ba₂NaNb₅O₁₅，铌酸钡钠)等，这一阶段在理论上建立了完善的参量互作用理论，但由于所用的这些晶体或是非线性系数小，或者是物化性能不稳定，损伤阈值低等原因沉寂了很长一段时期。80年代以后，以KTP(KTiOPO₄，磷酸氧钛钾)、BBO(β-BaB₂O₄，偏硼酸钡)、LBO(LiB₃O₅，三硼酸锂)等为代表的一些性能优良的非线性晶体的出现，使该方面研究取得了重大突破，出现了可见和近、中红外波段的调谐技术。80年中后期，人们开始研究了透明范围更宽、可匹配波长更长的参量振荡晶体，这些晶体包括KTP的同晶型晶体RTA(RbTiOAsO₄，)、KTA(KTiOAsO₄)和CTA(CsTiOAsO₄)等，另外透光至远红外的晶体AgGaSe₂、AgGaS₂、CdGeAs₂、ZnGeP₂等发展也较快，这些晶体的研制成功进一步开拓了中、远红外调谐范围。当今的光学参量放大不断向高重复频率乃至连续的皮秒、飞秒输出方向发展，近几年迅速发展起来的光学超晶格材料，如PPLN(periodically poled LiNbO₃，周期性极化铌酸锂晶体)，为人们呈现了一种全新的准相位匹配光参量振荡理论。

周期性极化晶体的极化周期可以被加工为所需要的任何长度，从而满足在所需要波段的准相位匹配条件，从而使红外波段OPA调谐成为可行。

发明内容

本发明的目的旨在在通信波段提供一种基于周期性极化晶体的光学参量放大波长调谐装置，该装置应具有结构简单，波长适用范围广，调谐速度快等特点。

本发明是利用不断改变信号光和泵浦光的非线性夹角的角度调谐方式来实现在1300nm或1500nm波段快速连续的OPA波长调谐。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于周期性极化晶体的光学参量放大波长调谐装置，它包括：Nd:YAG泵浦光激光器、BBO倍频晶体、宽带信号光激光器、微位移器、全反射镜、透镜、PPLN晶体和温度控制系统，其位置关系如下：

Nd:YAG泵浦光激光器所产生的泵浦光经过BBO倍频晶体倍频的泵浦光射入所述的PPLN晶体，宽带信号光激光器产生的信号光经过全反射镜反射后，通过所述的透镜折射入PPLN晶体，该信号光与所述的泵浦光以一非共线夹角入射到所述的PPLN晶体中发生三波混频，所述的微位移器与全反射镜紧联，微位移器的振动带动全反射镜在信号光光路方向位移，所述的PPLN晶体的入射端面位于所述的透镜的后焦面，所述的温度控制系统紧包所述的PPLN晶体并控制其温度。

所述的全反射镜和透镜具有对所述的信号光高反射膜，所述的BBO倍频晶体的入射面具有对泵浦光增透膜。

所述的微位移器位移量为10mm时的频率为400Hz。

所述的PPLN晶体为纯的PPLN晶体或掺MgO的PPLN晶体。采用掺杂MgO的PPLN晶体后，损伤阈值可提升至30MW/cm²。

所述的Nd:YAG泵浦光激光器的平均功率2W，脉冲宽度6ps，重度频率76MHz。

所述的宽带信号光激光器的平均功率1mW，光谱宽度大于200nm。

所述的温度控制系统是包括紧包PPLN晶体的水冷装置和传感器以及温控电路，该系统可在0-50℃范围内保持±0.1℃的精度。