[发明专利]半导体激光器泵浦的腔内泵浦连续波光参量振荡器

说明书

本发明公开了一种半导体激光器泵浦的腔内泵浦连续波光参量振荡器，包括：单横模半导体激光器、聚焦透镜、输入耦合镜、激光增益晶体、激光凹面镜、双色镜、第一凹面镜、非线性晶体、第二凹面镜、OPO信号光输出耦合镜和OPO泵浦光高反镜；激光增益晶体产生的OPO泵浦光在输入耦合镜和激光凹面镜的作用下聚焦于激光增益晶体；激光增益晶体为Yb:KYW或Yb:KGW。本发明采用三能级的掺镱激光增益介质，激光产生过程的量子缺陷较小，可以获得更高的功率转换效率，同时激光产生过程中产生的热量较少；使用单横模高亮度半导体激光器作为泵浦源，可以在三能级激光增益介质中高效获得粒子数反转；采用单横模激光器作为泵浦源的另一个优势是可以获得低强度噪声的激光输出。

技术领域

本发明涉及光参量振荡器领域，更具体地，涉及一种半导体激光器泵浦的腔内泵浦连续波光参量振荡器。

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。

现有的腔内泵浦连续波光参量振荡器一般使用多模半导体激光器作为激光的外界泵浦源；为了实现粒子数反转，一般使用四能级系统的激光增益介质，如Nd:YVO₄(掺钕钒酸钇晶体)，其使用808nm的多模半导体激光器泵浦产生1064nm的激光。使用四能级系统的主要缺点是激光产生过程的量子缺陷较大，导致偏低的功率转换效率以及激光产生过程中较多的热量产生。此外，多模泵浦源的另一个劣势是强度噪声偏高，导致腔内泵浦连续波光参量振荡器输出功率的不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单横模半导体激光器直接泵浦的腔内泵浦单谐振连续波光参量振荡器，克服现有技术中由于多模激光器输出功率不稳定和激光增益介质上能级寿命比泵浦光的寿命长很多导致的光参量振荡器输出功率不稳定的问题，并改善现有技术中激光产生过程伴随较多的热量产生、OPO功率转换效率低的问题。

本发明提供了一种半导体激光器泵浦的腔内泵浦连续波光参量振荡器，包括：单横模半导体激光器、聚焦透镜、输入耦合镜、激光增益晶体、激光凹面镜、双色镜、第一凹面镜、非线性晶体、第二凹面镜、OPO信号光输出耦合镜和OPO泵浦光高反镜；单横模半导体激光器输出的激光沿着光路依次经过聚焦透镜和输入耦合镜后聚焦于激光增益晶体；激光增益晶体产生的OPO泵浦光中一个方向经所述输入耦合镜中心反射后到达所述OPO泵浦光高反镜中心并使得该光线原路返回；OPO泵浦光中另一方向经过所述激光凹面镜中心反射后垂直通过所述双色镜，再经过所述第一凹面镜中心反射后垂直通过所述非线性晶体后到达所述第二凹面镜中心并使得该光线原路返回；由所述非线性晶体产生的OPO信号光中一个方向经所述第一凹面镜反射到所述双色镜，再经过所述双色镜反射后垂直到达所述OPO信号光输出耦合镜中心并使得该光线原路返回；OPO信号光中另一方向到达所述第二凹面镜中心并使得该光线原路返回。

本发明采用第一凹面镜和所述第二凹面镜的目的是实现OPO信号和泵浦光在所述非线性晶体内的聚焦，以降低OPO的振荡阈值。