增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器

摘要

本发明涉及一种增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器，包括依次连接的泵浦源、偏振控制器、光耦合器、双折射型非线性介质、输出耦合器、输出端及固定延时线和可调延时线组成的反馈光路，可调节泵浦光的偏振态实现SMI和XPMI两个增益谱之间的快速切换，达到快速大范围调节输出光波长的目的；使用电控的偏振控制器，实现快速偏振控制，进而实现光参量振荡器输出波长的快速调节；光参量振荡器通过调节参量振荡器长度可对输出波长进行细致的调节；反馈延时通过色散的作用，导致反馈脉冲时域宽度大于泵浦脉冲，基于色散滤波效应，实现极窄的输出光谱；反馈光路提高了光参量振荡器的转换效率；本发明可采用光纤结构装置，具有小型化的优点。

权利要求

1.一种增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器，其特征在于，包括依次连接的泵浦源、偏振控制器、光耦合器、双折射型非线性介质、输出耦合器、输出端及固定延时线和可调延时线组成的反馈光路，泵浦光输出光经偏振控制器再经光耦合器的合波端进入双折射非线性介质，偏振控制器控制输入双折射非线性介质的泵浦光的偏振态，泵浦光经过双折射非线性介质四波混频，根据泵浦光偏振态与双折射非线性介质快慢轴的夹角不同，实现光参量振荡器中标量调制不稳定与交叉相位调制不稳定所产生的信号光对应的增益谱带的快速切换，快速切换后输出到输出耦合器，输出耦合器一端连输出端将部分光输出，另一端连着固定延时线将部分光反馈，反馈光经可调延时线对增益谱带内进行精细调节后再回光耦合器，反馈光与泵浦光经光耦合器共同进入双折射非线性介质内。

2.根据权利要求1所述增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器，其特征在于，所述偏振控制器选择波片或光纤偏振控制器。

3.根据权利要求1所述增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器，其特征在于，所述双折射非线性介质可选择光子晶体光纤代替，在泵浦光的作用下在其内部发生四波混频效应，并且将反馈光信号进行参量放大。

说明书

增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种激光技术，特别涉及一种增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器。

背景技术

[0002] 光参量振荡器(OPO)是一种非线性光学器件，它采用非线性介质作为工作介质。工作介质置于谐振腔中，在泵浦光的作用下产生参量转换过程，并通过谐振腔的振荡作用形成波长不同于泵浦光的激光输出。光参量振荡器(OPO)是解决现有增益介质输出波长不能完全覆盖所有波段的重要手段，因其结构紧凑，使用方便以及功率高，波长覆盖范围宽等诸多优点，已被广泛应用于各种科研领域。

[0003] 目前光参量振荡器(OPO)主要采用泵浦光源波长调节，非线性介质角度调节和非线性介质温度调节等调节方法，上述方法都存在各自的缺点：泵浦光源波长调节容易导致激光器失锁，需要用到特殊的激光器；非线性介质角度调节结构复杂难以实现；非线性介质温度调节难以实现细致调节；他们共同缺点是波长改变的速度慢，且无法实现跳跃调节。国际上已开展电压调节的研究，这种方法调节速度很快，但因受已有材料性能限制，实现的调节宽度很窄，要比非线性介质角度调节和非线性介质温度调节的光参量振荡器(OPO)小几个数量级。

[0004] 基于非线性过程的基本原理，光参量过程需要满足相位匹配条件，泵浦光的偏振态与相位匹配条件密切相关，调节泵浦光的偏振态会影响相位匹配条件。因此，调节泵浦光偏振态可实现光纤参量振荡器(OPO)中四波混频的标量调制不稳定(SMI)和交叉相位调制不稳定(XPMI)的切换。现有的调节方式一般都是在一个确定的增益谱带，如SMI，XPMI内调节，对于某些需要快速切换的应用来说，调节速度不够。

发明内容

[0005] 本发明是针对现在光参量振荡器存在的问题，提出了一种增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器，在光参量振荡器(OPO)的泵浦光输入端添加一个偏振调节装置，在参量振荡器中增加可调延时线，提供一种增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器。通过偏振控制器调节泵浦光的偏振态实现光参量振荡器中增益谱带间的快速切换，通过可调延时线实现增益谱带内的精细调节。

[0006] 本发明的技术方案为：一种增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器，包括依次连接的泵浦源、偏振控制器、光耦合器、双折射型非线性介质、输出耦合器、输出端及固定延时线和可调延时线组成的反馈光路，泵浦光输出光经偏振控制器再经光耦合器的合波端进入双折射非线性介质，偏振控制器控制输入双折射非线性介质的泵浦光的偏振态，泵浦光经过双折射非线性介质四波混频后输出到输出耦合器，输出耦合器一端连输出端将部分光输出，另一端连着固定延时线将部分光反馈，反馈光经可调延时线调节再回光耦合器，反馈光与泵浦光经光耦合器共同进入双折射非线性介质内。

[0007] 所述偏振控制器选择波片或光纤偏振控制器。

[0008] 所述光耦合选择光纤结构的波分复用器或空间结构的二向色镜。

[0009] 所述双折射非线性介质可选择光子晶体光纤代替，在泵浦光的作用下在其内部发生四波混频效应，并且将反馈光信号进行参量放大。

[0010] 所述反馈光路中的固定延时线采用空间光路或者由单模光纤、保偏光纤组成的光纤光路，长度根据具体泵浦光重复频率计算求得。

[0011] 本发明的有益效果在于：本发明增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器，可调节泵浦光的偏振态以达到SMI和XPMI的相位匹配条件，实现SMI和XPMI两个增益谱之间的快速切换，达到快速大范围调节输出光波长的目的；可使用电控的偏振控制器，实现快速偏振控制，进而实现光参量振荡器输出波长的快速调节；本发明的光参量振荡器通过调节参量振荡器长度可对输出波长进行细致的调节；本发明的反馈延时通过色散的作用，导致反馈脉冲时域宽度大于泵浦脉冲，基于色散滤波效应，实现极窄的输出光谱；本发明的反馈光路提高了光参量振荡器的转换效率；本发明可采用光纤结构装置，具有小型化的优点。

附图说明

[0012] 图1为本发明原理结构图；

[0013] 图2为本发明不同泵浦光偏振态对应的光参量振荡器中的增益谱带图；

[0014] 图3为本发明实施例一全光纤型增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器结构图；

[0015] 图4为本发明实施例二空间型增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器结构图。

具体实施方式

[0016] 如图1所示增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器，振荡器包括依次连接的泵浦源1、偏振控制器2、光耦合器3、双折射型非线性介质4、输出耦合器5、输出端6及固定延时线7和可调延时线8组成的反馈光路，泵浦光1输出光经偏振控制器2再经光耦合器3的合波端进入双折射非线性介质4，泵浦光经过双折射非线性介质4四波混频后输出到输出耦合器5，输出耦合器5一端连输出端6将部分光输出，另一端连着固定延时线7将部分光反馈，反馈光经可调延时线8调节再回光耦合器3，反馈光与泵浦光经光耦合器3共同进入双折射非线性介质4内。图2分别为泵浦光不同偏振态对应的光参量振荡器中的增益谱带，调节泵浦光的偏振态可使本发明的光参量振荡器的增益谱带快速切换，达到本发明的目的。

[0017] 泵浦源1是一台线偏振输出的脉冲激光器。偏振控制器2控制输入双折射非线性介质4的泵浦光的偏振态。偏振控制器2可以采用波片，也可采用光纤偏振控制器。

[0018] 光耦合器3可用光纤结构的波分复用器或空间结构的二向色镜，其在本发明中的作用是将泵浦光和反馈光共同耦合进双折射非线性介质4内。

[0019] 双折射非线性介质4可采用光子晶体光纤，也可采用能够产生非线性效应的其他双折射非线性介质，其作用是在泵浦光的作用下发生四波混频效应，并且在有反馈的时候，将反馈信号进行参量放大。

[0020] 反馈光路中的固定延时线7采用空间光路或者由单模光纤、保偏光纤组成的光纤光路，长度根据具体泵浦光重复频率计算求得。可调延时线8采用光延时器，或者延时电机均可。

[0021] 实施例一：如图3所示，为全光纤型增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器。

[0022] 此装置包括作为泵浦源的掺稀土离子的光纤激光系统、偏振控制器(PC)、波分复用器(WDM)、光子晶体光纤(PCF)、输出耦合器(OC)、延时单模光纤和光延时器。

[0023] 本实施例中作为泵浦源的掺稀土离子的光纤激光系统输出波长为1030nm，重复频率为2MHz的激光，偏振控制器(PC)控制泵浦光的偏振态，泵浦光经波分复用器WDM进入光子晶体光纤PCF。波长为1030nm的泵浦光在光子晶体光纤PCF内发生四波混频效应，产生780nm附近和900nm至1000nm之间信号光。输出耦合器(OC)将部分信号光输出，将另一部分通过延时单模光纤和光延时器反馈回光子晶体光纤PCF。延时单模光纤长度由泵浦源的重复频率通过下面公式：

[0024]

[0025] 求得，c为光速，v为泵浦光重复频率，n为延时单模光纤折射率。本实施例计算得到延时单模光纤长度为100米，是为了让反馈的信号光与泵浦光在进入光子晶体光纤时重合。用于反馈的信号光经过100米的延时单模光纤后发生色散，信号光在时域上展宽到大于泵浦光脉宽，因此可以通过调节延时控制信号光与泵浦光重合的波长，与泵浦光重合的信号光波长在光子晶体光纤内发生参量放大效应，信号光功率被放大，输出耦合器(OC)将被放大的信号光部分输出，部分再反馈，以此循环往复。当泵浦光偏振态与光子晶体光纤PCF快轴或慢轴重合时发生标量调制不稳定(SMI)并分别产生783nm和787nm附近的信号光；当泵浦光偏振态与光子晶体光纤PCF主轴成45°时发生交叉相位调制不稳定(XPMI)并产生900nm～1000nm的信号光。通过调节泵浦光偏振态达到了增益谱带的快速切换，例如可以直接实现从783nm到950nm的输出波长切换。光延时器的调节精度为0.001ps，对应的中心波长调节精度为0.0002nm，实现了输出光谱在增益谱带内的精细调节。

[0026] 实施例二：如图4所示，为空间型增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器。

[0027] 此装置包括作为泵浦源的掺稀土离子的光纤激光系统、半波片1/2、两个二向色镜DM、铌酸锂晶体(PPLN)、延时反射镜和延时电机。

[0028] 本实施例中作为泵浦源的掺稀土离子的光纤激光系统输出波长为1064nm，重复频率为2MHz的激光，半波片控制泵浦光的偏振态，泵浦光经二向色镜DM1进入铌酸锂晶体(PPLN)。波长为1064nm的泵浦光在铌酸锂晶体(PPLN)内发生四波混频效应，产生600nm附近和800nm至1000nm之间信号光。二向色镜DM2将部分信号光透射输出，将另一部分反射信号光通过延时反射镜和延时电机反馈回铌酸锂晶体(PPLN)。延时反射镜单次反射引入的延时量为1m，反馈信号光在延时反射镜内反射100次，总延时量为100m，这个延时量与泵浦光的重复频率相匹配。当泵浦光偏振态与铌酸锂晶体(PPLN)快轴或慢轴重合时发生标量调制不稳定(SMI)，分别产生600nm和610nm附近的信号光；当泵浦光偏振态与铌酸锂晶体(PPLN)主轴成45°时发生交叉相位调制不稳定(XPMI)，产生800nm～1000nm的信号光。通过调节泵浦光偏振态达到了增益谱带的快速切换，例如可以直接实现从600nm到1000nm的输出波长切换，波长变化量达到400nm。延时电机的调节精度为0.001ps，对应的中心波长调节精度为0.0002nm，实现了输出光谱在增益谱带内的精细调节。