一种基于光参量振荡器的可见光波段窄线宽激光装置及其工作方法与流程

本发明涉及全固态激光，特别是涉及一种基于光参量振荡器的可见光波段窄线宽激光装置及其工作方法。

背景技术：

1、光学参量振荡器(optical parametric oscillator，简称opo)是实现非线性频率转换的一种重要方式，其输出波长连续可调谐，同时可以覆盖激光器所不能直接产生的波段。将一束光强较高的高频光波和一束光强较弱的低频光波入射到同一非线性晶体中，如果该晶体满足特定的相位匹配条件，根据三波互作用原理，最终可以得到一束新的差频光波，同时还会发现入射的低频弱信号得到了放大，此过程称为参量放大过程。如果将该非线性晶体放入光学谐振腔当中，仍采用高强度的高频光波(称之为泵浦光)进行照射，当光波的增益大于谐振腔的损耗时，可以从腔内噪声中建立起振荡的信号光波和差频光波，这就构成了光学参量振荡器。其中入射的高频光波和低频光波分别称为泵浦光和信号光，而产生的差频光波称为闲频光。

2、包括光谱分析在内的多个研究领域经常需要用到可调谐激光，而光参量振荡器结合倍频技术可实现从紫外到红外波段的可调谐激光输出。可见光波段(390nm-780nm)的可调谐激光输出多以染料激光器为主，尤其是重复频率在千赫兹以上的准连续可调谐激光器。染料激光器的染料寿命一般很短，需要经常更换，维护工作较繁琐，而且有的染料还有毒性，会对使用人员的健康造成不利影响，产生的染料废液也会污染环境。如果使用固体激光介质产生可见光波段的激光，就可以有效规避染料激光器的固有缺点。输出波长1微米(μm)附近的近红外光参量振荡器结合倍频技术是获取可见光波段可调谐激光的技术手段之一。然而光参量振荡器产生的激光通常线宽较宽，使其应用范围受到较大限制。要获得窄线宽的光参量振荡激光，往往需要线宽很窄的泵浦光或种子光，而此种光源技术难度较高，结构也比较复杂，不易获取。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中存在的光源技术难度较高，结构也比较复杂，不易获取，而提供基于光参量振荡器的可见光波段窄线宽激光装置。

2、本发明的另一目的，提供一种所述基于光参量振荡器的可见光波段窄线宽激光装置的工作方法。

3、为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

4、一种基于光参量振荡器的可见光波段窄线宽激光装置，包括依次设置的用于提供泵浦光的泵浦光源、将泵浦光准直聚焦至谐振腔的准直聚焦透镜组和在准连续泵浦光照射下产生信号光及其倍频光的v型opo倍频谐振腔；

5、所述opo倍频谐振腔包括信号光全反镜、opo晶体、用以分离信号光与泵浦光的分光镜、倍频晶体、谐波反射镜和一个可见光输出镜，所述分光镜和吸波反射镜之间设置有用于调节信号光在谐振腔内损耗的双折射滤光片；

6、所述泵浦光源、准直聚焦透镜组、信号光全反镜和opo晶体依次同光轴设置，所述双折射滤光片、谐波反射镜、倍频晶体和可见光输出镜同光轴设置，所述opo晶体所在的光轴与倍频晶体所在的光轴之间存在夹角。

7、在上述技术方案中，所述泵浦光源为固体激光器，重复频率为8～12khz，光束质量因子m2为10～15。

8、在上述技术方案中，所述opo晶体和倍频晶体均设置于水冷夹具中。

9、在上述技术方案中，所述准直聚焦透镜组由两个凸透镜组成，两个所述凸透镜的焦距比为(1-3):1，优选为一个准直透镜和一个聚焦透镜。

10、在上述技术方案中，所述opo晶体和倍频晶体的材质为bbo、lbo或ktp，优选为ktp，按特定信号光中心波长的相位匹配角度切割。

11、在上述技术方案中，所述分光镜为凹面镜，表面镀有对泵浦光高透，对信号光高反的薄膜。

12、在上述技术方案中，所述信号光全反镜为平面镜，表面镀有对泵浦光高透，对信号光高反的薄膜。

13、在上述技术方案中，所述可见光输出镜为平面镜，表面镀有对基频光高反，对倍频光高透的薄膜。

14、在上述技术方案中，所述可见光波段窄线宽激光装置还包括吸收体，所述吸收体设置于所述分光镜的另一侧，所述吸收体为铝质材料。

15、一种可见光波段窄线宽激光装置的工作方法，包括以下步骤：

16、步骤1，所述泵浦光源发出一束激光，经过所述准直聚焦透镜组使光束穿过信号光全反镜聚焦到所述opo晶体内；

17、步骤2，调节所述信号光全反镜、opo晶体、谐波反射镜、倍频晶体9以及可见光输出镜至准直状态；

18、步骤3，当泵浦光增加到预定功率时，信号光经由所述倍频晶体转化为可见光，由所述可见光输出镜的输出腔外，调节所述信号光全反镜和可见光输出镜使输出信号光最强；

19、步骤4，插入所述双折射滤光片并旋转光轴至合适位置，使输出可见光功率最强，倍频后即获得窄线宽的可见光。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、1.本发明基于光参量振荡器和光学倍频原理，提出了一种获得可见光波段窄线宽激光的解决方案，具有结构简单的优点，且对泵浦光源线宽要求不高。

22、2.本发明提供一种结构较简单的可见光波段窄线宽激光装置，采用重复频率为10khz的准连续532nm激光泵浦源，构建光参量振荡器倍频谐振腔，可获得窄线宽的可见光输出，输出激光波长处于0.57-0.63μm之间，线宽小于0.1nm，平均功率大于0.1瓦。

技术特征：

1.一种基于光参量振荡器的可见光波段窄线宽激光装置，其特征在于，包括依次设置的用于提供泵浦光的泵浦光源、将泵浦光准直聚焦至谐振腔的准直聚焦透镜组和在准连续泵浦光照射下产生信号光及其倍频光的v型opo倍频谐振腔；

2.如权利要求1所述的可见光波段窄线宽激光装置，其特征在于，所述泵浦光源为固体激光器，重复频率为8～12khz，光束质量因子m2为10～15。

3.如权利要求1所述的可见光波段窄线宽激光装置，其特征在于，所述opo晶体和倍频晶体均设置于水冷夹具中。

4.如权利要求1所述的可见光波段窄线宽激光装置，其特征在于，所述准直聚焦透镜组由两个凸透镜组成，两个所述凸透镜的焦距比为(1-3):1，优选为一个准直透镜和一个聚焦透镜。

5.如权利要求1所述的可见光波段窄线宽激光装置，其特征在于，所述opo晶体和倍频晶体的材质为bbo、lbo或ktp，优选为ktp，按特定信号光中心波长的相位匹配角度切割。

6.如权利要求1所述的可见光波段窄线宽激光装置，其特征在于，所述分光镜为凹面镜，表面镀有对泵浦光高透，对信号光高反的薄膜。

7.如权利要求1所述的可见光波段窄线宽激光装置，其特征在于，所述信号光全反镜为平面镜，表面镀有对泵浦光高透，对信号光高反的薄膜。

8.如权利要求1所述的可见光波段窄线宽激光装置，其特征在于，所述可见光输出镜为平面镜，表面镀有对基频光高反，对倍频光高透的薄膜。

9.如权利要求1所述的可见光波段窄线宽激光装置，其特征在于，还包括吸收体，所述吸收体设置于所述分光镜的另一侧，所述吸收体为铝质材料。

10.一种基于权利要求1-9任意一项所述的可见光波段窄线宽激光装置的工作方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于光参量振荡器的可见光波段窄线宽激光装置，包括依次设置的用于提供泵浦光的泵浦光源、将泵浦光准直聚焦至谐振腔的准直聚焦透镜组和在准连续泵浦光照射下产生信号光及其倍频光的V型OPO倍频谐振腔；本发明基于光参量振荡器和光学倍频原理，提出了一种获得可见光波段窄线宽激光的解决方案，具有结构简单的优点，且对泵浦光源线宽要求不高；同时采用重复频率为10kHz的准连续532nm激光泵浦源，构建光参量振荡器倍频谐振腔，可获得窄线宽的可见光输出，输出激光波长处于0.57‑0.63μm之间，线宽小于0.1nm，平均功率大于0.1瓦。

技术研发人员：熊景平
受保护的技术使用者：核工业理化工程研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13