本發(fā)明屬于光學(xué)參量振蕩器領(lǐng)域，特別涉及一種人眼安全波段連續(xù)輸出的共享腔光參量振蕩器結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

光參量振蕩器是利用普通雙折射晶體(如KTP、KTA、LBO)或周期性極化晶體(如PPMgLN、PPKTP、PPKTA)的非線性差頻效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)頻率變換的器件，可以有效拓寬現(xiàn)有激光器的光譜范圍。相對于其他可調(diào)諧激光光源(如染料激光器、鈦藍(lán)寶石激光器、泛頻一氧化碳激光器)，具有調(diào)諧范圍寬、性能穩(wěn)定可靠、效率高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于激光測距、光譜分析、光纖通信、光電對抗等領(lǐng)域。

波長1.4～1.9μm的激光具有很高的水吸收系數(shù)，當(dāng)該波段激光輻射人眼時(shí)，大部分的能量會被水分子吸收，對人眼的損傷較小，具有人眼安全特性。光參量振蕩技術(shù)是獲得人眼安全激光的主要方法。傳統(tǒng)的人眼安全光參量振蕩器通常采用內(nèi)腔式諧振腔結(jié)構(gòu)(耦合腔結(jié)構(gòu))，即基頻光諧振腔和信號光諧振腔是分離的。如文獻(xiàn)“Simultaneous dual-wavelength eye-safe KTP OPO intracavity pumped by a Nd:GYSGG laser”(Journal of Physics D:Applied Physics,49,065101,2016)采用KTP非臨界相位匹配方法，獲得了1562.1、1567.4nm人眼安全激光。這種耦合腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)起來也比較麻煩，穩(wěn)定性差。文獻(xiàn)“Mid-infrared,wide-tunable,continuous-wave Nd:YVO₄/PPMgLN intracavity optical parametric oscillator”(Optik,125,6969-6971,2014)也采用耦合腔結(jié)構(gòu)，獲得了1.43～1.66μm人眼安全激光，但是耦合腔至少需要三個(gè)透鏡，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而且泵浦源采用光纖耦合結(jié)構(gòu)，聚焦系統(tǒng)采用雙聚焦透鏡，價(jià)格比較昂貴。

2005年.臺灣Y.F.Chen課題組提出了一種新穎的共享腔結(jié)構(gòu)，即基頻光和信號光采用同一個(gè)諧振腔(共享腔)。與傳統(tǒng)的耦合式諧振腔相比，共享腔結(jié)構(gòu)更簡單緊湊、調(diào)節(jié)更容易，輸出的信號光穩(wěn)定性更好。參見文獻(xiàn)“Compact efficient passively Q-switched Nd:GdVO4/PPLN/Cr⁴+:YAG tunable intracavity optical parametric oscillator”(Optics Express,13,9543-9547,2005)。2013年，文獻(xiàn)“Influence of output coupling on the performance of a passively Q-switched Nd:YAG laser with intracavity optical parametric oscillator”(Optics.Express 21,7583-7589,2013)報(bào)道了Cr:YAG被動調(diào)Q輸出的KTP人眼安全1572nm共享腔光參量振蕩器，但是輸出波長僅有一個(gè)，且不能調(diào)諧。

目前共享腔光參量振蕩器，都是脈沖輸出(被動調(diào)Q、主動調(diào)Q、鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)等)，連續(xù)波輸出的未見報(bào)道，本案由此產(chǎn)生。

本案涉及到的幾個(gè)術(shù)語解釋如下：

Nd:YAG：摻釹離子的釔鋁石榴石晶體。

PPMgLN：摻氧化鎂的周期性極化鈮酸鋰晶體。

GRIN：梯度折射率。

人眼安全激光：波長1.4～1.9μm的激光具有很高的水吸收系數(shù)，當(dāng)該波段激光輻射人眼時(shí)，大部分的能量會被水分子吸收，對人眼的損傷較小，具有人眼安全特性。

光參量振蕩器：一種在光頻域的參量振蕩器，即利用二階非線性效應(yīng)將入射基頻光轉(zhuǎn)換為兩個(gè)頻率不同的出射光，其中一個(gè)頻率較高的稱為信號光，另一個(gè)頻率更低的稱為閑頻光。在頻率轉(zhuǎn)換的過程中滿足能量守恒和動量守恒定律。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，在于提供一種人眼安全波段連續(xù)輸出的共享腔光參量振蕩器，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)波人眼安全波段激光輸出。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種人眼安全波段連續(xù)輸出的共享腔光參量振蕩器，包括泵浦源系統(tǒng)、自聚焦透鏡、激光晶體、周期性極化晶體PPMgLN和諧振腔輸出鏡，其中，泵浦源系統(tǒng)產(chǎn)生的泵浦光通過自聚焦透鏡進(jìn)行聚焦后，送入激光晶體；所述激光晶體的出射光依次經(jīng)過周期性極化晶體PPMgLN、諧振腔輸出鏡后，由諧振腔輸出鏡進(jìn)行輸出。

上述泵浦源系統(tǒng)位于自聚焦透鏡入射側(cè)的焦點(diǎn)位置。

上述自聚焦透鏡的兩側(cè)外表面均鍍有泵浦光808nm增透膜，尺寸Ф3×10mm³。

上述激光晶體采用Nd:YAG或Nd:YVO4。

上述激光晶體Nd:YAG的入射面鍍有泵浦光808nm增透膜、1064～1600nm高反膜，出射面鍍有1064～1600nm增透膜，Nd³+離子的摻雜濃度1-at.％，長度8mm，銦箔包裹。

上述激光晶體位于自聚焦透鏡出射側(cè)的焦點(diǎn)位置。

上述周期性極化晶體PPMgLN的兩面均鍍有1064～1600nm的增透膜，包含29.0、29.5、30.0、30.5、31.0μm五個(gè)極化周期，PPMgLN的厚度1mm，長度50mm。

上述周期性極化晶體PPMgLN的每一個(gè)周期的中部對應(yīng)激光晶體出射面的光線輸出位置。

上述諧振腔輸出鏡的入射面鍍有基頻光1064nm高反膜。

上述諧振腔輸出鏡的入射面中部與周期性極化晶體PPMgLN出射面的光線輸出位置相對應(yīng)。

采用上述方案后，本發(fā)明利用光參量振蕩的方式實(shí)現(xiàn)人眼安全波段可調(diào)諧輸出，基頻1064nm激光器和光參量振蕩器共用一個(gè)諧振腔(共享腔)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、性能穩(wěn)定可靠，通過改變PPMgLN晶體的周期(29.0、29.5、30.0、30.5、31.0μm)，可以獲得1450、1475、1505、1542、1590nm五個(gè)波段的人眼安全激光，可以用于激光測距和光纖通信等。本發(fā)明具體具有以下有益效果：

1)采用共享腔結(jié)構(gòu)，即激光晶體的一面鍍有1064～1600nm高反膜，輸出鏡鍍有基頻光1064nm高反膜，信號光的反射率大概為85％，即晶體表面和輸出鏡同時(shí)作為基頻激光和信號光的諧振腔，此結(jié)構(gòu)簡單緊湊，信號光功率更穩(wěn)定；

2)采用五個(gè)極化周期(29.0、29.5、30.0、30.5、31.0μm)的周期性極化晶體PPMgLN，可以獲得1450、1475、1505、1542、1590nm五個(gè)波段的人眼安全激光；

3)PPMgLN具有非常高的非線性系數(shù)，不需要脈沖的基頻光(被動調(diào)Q、主動調(diào)Q、鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)等)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)波信號光輸出，拓寬了光參量振蕩器的應(yīng)用范圍；

4)泵浦源采用c封裝單管半導(dǎo)體激光器，耦合鏡采用自聚焦透鏡(GRIN)，降低了耦合系統(tǒng)的復(fù)雜性，價(jià)格經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案及有益效果進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種人眼安全波段連續(xù)輸出的共享腔光參量振蕩器，包括泵浦源系統(tǒng)1、自聚焦透鏡(GRIN)2、激光晶體Nd:YAG 3、周期性極化晶體PPMgLN 4和諧振腔輸出鏡5，下面分別介紹。

泵浦源系統(tǒng)1為c封裝單管半導(dǎo)體激光器，用于產(chǎn)生泵浦光，其輸出波長808nm，輸出功率8W，所述泵浦源系統(tǒng)1位于自聚焦透鏡2入射側(cè)的焦點(diǎn)位置，使得其產(chǎn)生的泵浦光能通過自聚焦透鏡2進(jìn)行聚焦。

所述自聚焦透鏡2的兩側(cè)外表面均鍍有泵浦光808nm增透膜，尺寸Ф3×10mm³，自聚焦透鏡2將泵浦源系統(tǒng)1產(chǎn)生的泵浦光進(jìn)行聚焦后，送入激光晶體Nd:YAG 3。

激光晶體Nd:YAG 3位于自聚焦透鏡2出射側(cè)的焦點(diǎn)位置，所述激光晶體Nd:YAG 3的入射面鍍有泵浦光808nm增透膜、1064～1600nm高反膜(作為基頻光和光參量振蕩器諧振腔的輸入鏡)，出射面鍍有1064～1600nm增透膜，Nd³+離子的摻雜濃度1-at.％，長度8mm，銦箔包裹，半導(dǎo)體制冷器降溫并控制溫度。

所述周期性極化晶體PPMgLN 4的兩面均鍍有1064～1600nm的增透膜，包含五個(gè)極化周期(29.0、29.5、30.0、30.5、31.0μm)，PPMgLN的厚度1mm，長度50mm，且所述周期性極化晶體PPMgLN 4的每一個(gè)周期的中部對應(yīng)激光晶體Nd:YAG 3出射面的光線輸出位置。

所述諧振腔輸出鏡5的入射面鍍有基頻光1064nm高反膜，信號光的反射率約為85％，此諧振腔輸出鏡為激光器和光參量振蕩器共用耦合輸出鏡，輸出鏡襯底為K9玻璃，可以有效地吸收中紅外閑頻光，實(shí)現(xiàn)單諧振光參量振蕩。所述諧振腔輸出鏡5的入射面中部與周期性極化晶體PPMgLN 4出射面的光線輸出位置相對應(yīng)。

本發(fā)明的工作原理是：泵浦源系統(tǒng)1發(fā)出的808nm泵浦光，通過自聚集透鏡(GRIN)2聚焦進(jìn)入激光晶體Nd:YAG 3；在泵浦光的激勵下，激光晶體實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在諧振腔作用下，產(chǎn)生高功率連續(xù)1064nm基頻光；在周期性極化晶體PPMgLN 4和光參量振蕩器諧振腔輸出鏡5的共同作用下，可以實(shí)現(xiàn)光參量振蕩，實(shí)現(xiàn)非線性頻率變換，在周期分別為29.0、29.5、30.0、30.5、31.0μm獲得信號光1450、1475、1505、1542、1590nm五個(gè)波長的人眼安全激光。

本發(fā)明需要特別指出的是：

1)激光晶體Nd:YAG的一面鍍有泵浦光808nm增透膜、1064～1600nm高反膜(作為基頻光和光參量振蕩器諧振腔的輸入鏡)，另一面鍍有1064～1600nm增透膜，晶體可以用Nd:YVO₄替代，長度2mm到15mm均可，但是鍍的膜不可替代。

2)諧振腔輸出鏡鍍有基頻光1064nm高反(反射率大于99％)，信號光反射率約為85％?；l光激光器和光參量振蕩器共用一個(gè)諧振腔輸出鏡。共享腔結(jié)構(gòu)不可替代。

3)非線性周期性極化晶體PPMgLN的五個(gè)周期(29.0、29.5、30.0、30.5、31.0μm)，不可替換。

4)泵浦源采用c封裝單管半導(dǎo)體激光器，耦合鏡采用自聚焦透鏡(GRIN)。不可替換。

5)共享腔的長度為65mm。可以替代。

以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。