[发明专利]一种光学参量振荡器

说明书

本发明提供一种光学参量振荡器，包括基频超短脉冲激光器、基频再生放大器；通过在基频再生放大器再生腔内通过双色分光镜插入光学参量振荡腔，只要变频超短脉冲激光在光学参量振荡腔往返一周光程与基频超短脉冲在基频再生放大器往返一周光程相等或者变频超短脉冲激光在光学参量振荡腔往返一周光程是基频超短脉冲在基频再生放大器往返一周光程的整数分之一，就可以实现同步泵浦条件，而与基频光再生放大器的重复频率无关，实现高能量的超短脉冲光学参量振荡输出。

技术领域

本发明涉及激光频率变换领域，更具体地，涉及一种光学参量振荡器。

背景技术

高能量超短脉冲激光，如皮秒或飞秒脉冲激光，在材料处理、激光光谱学、激光测距等领域具有重要应用。目前，获得高能量超短脉冲激光的方法是通过激光锁模的方法获得，并通过行波放大或再生放大的方法提高超短脉冲激光能量。然而，由于激光发射能级是分立的，只有少数波段的超短脉冲激光可以直接从激光发射器中获得。如可从Nd:YVO₄激光器中获得1064nm和1342nm的超短脉冲激光，可从Ho:YAG激光器中获得2.1μm的超短脉冲激光。

为了在更宽的波长范围内，尤其是中红外范围获得超短脉冲激光，可以借助光学参量变频或者拉曼频移方法实现超短脉冲激光频率变换。光学参量变频包括光学参量产生(Optical Parametric Generation，OPG)、光学参量放大(Optical ParametricAmplification，OPA)，以及光学参量振荡(Optical Parametric Oscillation，OPO)。

OPG方法阈值高、效率低、产生的变频激光光谱很宽，光束质量也很差；OPA方法是在OPG基础上注入一个小功率的信号激光，虽然可以改善OPG方法光谱宽、光束质量差的问题，然而额外需要的种子激光器增加了成本和复杂性，OPO方法阈值低、效率高、光谱窄、光束质量好、可调谐、结构紧凑，是理想的超短脉冲激光频率变换方法。然而，由于飞秒或皮秒超短脉冲激光持续时间很短，必须采用同步泵浦的方法才能实现光参量振荡。该方法通常要求OPO腔长须与泵浦激光脉冲间隔相等才能满足同步泵浦条件，因此该方法通常用于重复频率在100MHz左右的超短脉冲激光变频，其相应的腔长为1.5m。在平均功率一定的情况下，重频越高单脉冲能量越小，因此目前采用传统同步泵浦OPO方法获得超短脉冲激光能量仅为纳焦耳量级。为从光参量振荡器中获得更高的单脉冲能量，往往采用降低脉冲重复频率的方法，如2017年光学著名期刊Optics Express文献(Opt.Express 25,8840)中，采用重复频率为7.09MHz的1μm基频激光作为泵浦光实现了0.35μJ的2μm亚皮秒光参量振荡激光输出，为实现同步泵浦条件，他们的腔长总长为21.2m，采用大量镜子对光路进行进行折叠，结构非常复杂。如要采用1MHz重频的基频超短脉冲激光泵浦，相应的OPO腔长要达到150m，要用10kHz重频的基频光泵浦的话，所需的OPO腔长将达到15km，显然这是无法实现的。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种光学参量振荡器，解决了现有技术中提高脉冲能量困难，无法实现高能量的超短脉冲光学参量振荡输出的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种光学参量振荡器，包括基频超短脉冲激光器、基频再生放大器、光学参量振荡腔；

所述基频超短脉冲激光器用于产生基频超短脉冲激光；

所述基频再生放大器包括第一基频光反射镜、第二基频光反射镜、基频光偏振器、基频光Q开关；

所述第一基频光反射镜和所述第二基频光反射镜相对设置构成再生腔；所述基频光偏振器和基频光Q开关组合，用于接收所述基频超短脉冲激光并将所述基频超短脉冲激光锁定在再生腔内，以使所述基频超短脉冲激光沿再生腔的光轴线在所述再生腔内振荡；