CN1173059A - 光学参量振荡器 - Google Patents
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Abstract
光学参量振荡器,谐振腔由有一定透过率的输出耦合腔镜和全反射腔镜组成,谐振腔中放入非线性晶体,从激光振荡器输出的激光束输入谐振腔,激励非线性晶体,具有波长响应激励光波长的信号光和闲频光分别输出,激光谐振腔由每个有一定反射率的相对设置的腔镜组成,波长调谐激光介质放在激光谐振腔内,能在一定范围波长区产生激光振荡,声光晶体放入激光谐振腔,波长可调激光介质的出射光输入谐振腔,声波输入装置设置至声光晶体上。
Description
本发明涉及一种光学参量振荡器，尤其是，一种由改变激励光的波长来改变信号光和闲频光波长的光学参量振荡器。
通常，激励波长可调型的光参量振荡器，其谐振腔由具有一定透过率的输出耦合镜和全反射镜组成，非线性晶体放置在谐振腔内，激励光输入至谐振腔内对非线性晶体激励，于是，输出信号光和闲频光，他们的波长是按照激励光的波长而定。
在上述的光学参量振荡器中，非线性晶体的位置已被固定，在激励光的波长改变时，可以分别获得具有所希望波长的信号光和闲频光。
在这方面，作为产生具有任意波长激励光的激励光源，通常采用波长可调的激光器。作为波长可调的激光器，可以是固体激光器，其中所用的晶体，譬如Ti∶Al2O3(钛兰宝石H作为激光工作物质，也可以是液体激光器，其中采用染料溶液等作为激光工作物质，这些激光器已被广泛地使用。
至今，作为一种选择以便产生激光器振荡的波长的手段，例如可以把衍射光栅，双折射片等放置在一个内含波长可调激光介质的激光器谐振腔内，这种衍射光栅，双折射片等用机械方式受到转动，于是只有所希望波长的出射光从波长可调谐激光器输出的出射光线中取出来，所取出的出射光根据波长可调激光器反射，由此对所产生的相同激光振荡进行放大，结果只有所希望波长的激光束从激光谐振腔内输出。
然而，上述的常用的选择波长的方式有一个问题，即由于衍射光栅，双折射波片等在这种选波长方式中受到机械地转动，这就难于提高作为激励输出的激光束的波长调谐速度，从而不能以高的速度改变信号光和闲频光的波长。
本发明是基于上述现有技术中所存在的问题提出的。因此，本发明的目的是提供一种光参量振荡器。由这种振荡器其激励光的波长调谐速度可以加快，信号光和闲频光的波长可高速地改变。
为了获取上述的目的，本发明的光参量振荡器中的谐振腔其组成是，一个具有预定透过率的输出耦合镜和一个全反射镜，一个非线性晶体设置在上述的谐振腔内，从激光振荡器输出的出射激光束被输入至上述的谐振腔，作为激励光去激励上述的非线性晶体，于是，波长响应于上述激励光的波长的信号光和闲频光分别得到输出，其特征是，一个由相对置镜面组成的激光谐振腔，每个镜面均具有一个预定的反射率，一个波长可调谐激光工作介质设置在上述激光谐振腔内并能在预定范围的波长区内进行激光振荡，一个声光晶体，放置在上述激光谐振腔内，从上述波长可调激光工作介质出射的光输入至声光晶体，一个声波输入装置安置至上述声光晶体上，以便对上述声光晶体输入声波。
另，本发明的光参量振荡器，其中，一个谐振腔由具有一定透过率的输出耦合镜和全反射镜组成，一个非线性晶体放置在上述谐振腔内，从激光振荡器输出的出射激光束作为激励光输入至上述谐振腔内，以激励上述非线性晶体，于是，响应上述激励光的波长的信号光和闲频光分别被输出，其特征是，一个激光谐振腔，由相对的镜面组成，每个镜面具有一个预定的反射率，一个波长可调激光介质放置在上述激光谐振腔，并能在预定范围的波长区内进行激光振荡，一个声光晶体，设置在上述激光谐振腔内，从上述波长可调激光介质出射的光被输入至声光晶体，一个声波输入装置安置至上述声光晶体上，以对上述声光器体输入声波，一个光学元件设置在上述激光振荡器内，以校正从上述声光晶体输出的衍射光的色散。
此外，本发明的光参量振荡器还提供一个放置在上述包含在所述激光振荡器内的激光谐振腔中的扩束装置，对从上述波长调谐激光介质输出的光束进行扩束，经扩束的光将输入至上述的声光晶体上。
于是，在本发明的光参量振荡器内，对于激光振荡器输出的作为激励光的出射激光束的波长选择可以通过声波输入装置将声波输入至声光晶体来实现，所以在激光振荡的情形下，波长调谐有可能在高速下进行，由此，作为出射激光束的激励光的高速和随意的波长选择将成为可能。结果，有可能加快作为出射激光束的激励光的波长调谐速度。所以，有可能响应激励光波长调谐速度的加快，而以高速度改变出射的信号光的波长和闲频光的波长。
在此将详述从激光振荡器输出的作为激励光的出射激光束的选择波长操作。选择波长是基于，允许声波在具有双折射性能的声光晶体，如TiO2晶体等内产生，响应上述声波的频率的具有特定波长衍射光的偏振面，在输入至上述晶体的光线中有一个是垂直于非衍射光的偏振面，此外上述衍射光的出射角相对于非衍射光的出射角倾斜，所以他们之间有明显的不同。
图1是表示利用声波使具有一个特定波长的光102的偏振作用进行波长选择的原理图，其中波长为λi和角频率为ωi的入射光入射至具有双折射性能的声光晶体100上。在这种情况下，将频率ω的声波104加至声光晶体100中时，得到衍射光106。
对于衍射光106，它是在上述声光晶体100内衍射的光线分量，当全反射镜110和在出射光一侧上具有一上预定透过率的腔镜予以设置时，由它们构成一个激光谐振腔，其中衍射光在全反射镜110和出射光侧上的腔镜112之间往复。
在这种情形下，衍射光106的波长由在声光晶体100内产生的声波104的频率来确定。因此，例如在这种布置中，将用RF射频电源驱动的压电元件附着至声光晶体100，压电元件100受到RF电源的驱动，在压电晶体内引起应变，于是，含有一个反映应变的频率的声波104被输入至声光晶体100，从而由控制RF电源的频率就可能对激光波长进行可变的控制。
另，对衍射光106的衍射效率是由声波的强度决定的，于是在RF电源的输入功率受到控制时，就可能控制激光谐振腔的损耗，进一步可变地控制激光器的输出。
然而，由于衍射角α109相对于衍射光的波长不完全是恒定的，所以构成激光谐振腔的波长范围由于全反射镜110相对于衍射光106的垂直反射的原因，该波长范围是窄的。由此，所设置的全反射镜110的角度必须慢慢调节，以便在一个宽区域内振荡激光，从而就有这样一种担扰，即，从实际观点来看这种调节操作是复杂的。基于此，就需要无论如何校正衍射角α109的偏转，以加宽可变波长的范围，同时不用改变所设置的全反射镜101的角度。
作为一种校正衍射角α109的偏转的装置，例如用一种装置，其中可采用一种对光的波长色散的光学元件，例如三角棱镜等。使具有由波长λ1和λ2所限定的偏转角Δα的光线在通过三角棱镜之后这二束光线基本上平行地前进。结果，就有可能相对全反射镜110始终垂直输入衍射光106，于是就能构成适用一个宽波长区的激光谐振腔。
另，在这种情况下，还存在由于激光器输出功率的提高致使激光谐振腔内的声光晶体100受到光损伤的担扰(例如，利用TeO2晶体作为声光晶体100时，它容易受到损伤，因为TeO2晶体的损伤阈值是小于激光晶体和其它的光学部件)。但在激光谐振腔内放置一个扩束器将可降低声光晶体100损伤的可能性。这种扩束器可以是一种简单的类似于望远镜的单光束显微镜，以便扩展输入至声光晶体100的光束的束径。
本发明将由下述的详细说明和示意的附图提供更为充分的理解，但这并不对本发明作出限制，其中：
图1是说明利用由声波产生的特定波长光的衍射作用进行波长选择的原理图；
图2是说明本发明的一种光参量振荡器实例的示意结构图；
图3是说明第一种激光振荡器结构的示意结构图；
图4是分别表示激光励光的波长和出射信号光及闲频光的波长之间关系的图表；
图5是表示激励光的波长和出射信号光及闲频光的输出之间相应关系的图表；
图6是表示出射信号光以及出射闲频光的波长各自与出射信号以及出射闲频光的输出之间关系的图表；
图7是说明本发明另一种光参量振荡器实例的示意结构图；
图8是说明第二种激光振荡器结构的示意结构图；
图9是说明第二种激光振荡器结构的示意结构图；
图10是说明第四种激光振荡器结构的示意结构图；
图11是说明第五种激光振荡器结构的示意结构图；
图12是说明第六种激光振荡器结构的示意结构图；
图13是说明第七种激光振荡器结构的示意结构图；
图14是说明第八种激光振荡器结构的示意结构图；
图15是说明第九种激光振荡器结构的示意结构图；
图16是说明第十种激光振荡器结构的示意结构图。
下面将参见附图详细介绍本发明的各种光参量振荡器的实例。
图2是说明本发明的一种光参量振荡器实例的示意结构图。在这种光参量振荡器中，谐振腔是由一个在输出端上具有一定透过率的腔镜10和一个全反射腔镜12组成，在谐振腔内安置一个KTP晶体14作为非线性晶体。
引用数字16表示一个激光振荡器，作为一个激励光源，它可采用电学方式选择某一波长。激励光A是由激光振荡器16输出的激光束，它经过全反射镜18和20的反射，再输入至聚光镜22，然后由聚光镜22会聚的光再输入至谐振腔。
图3表示激光振荡器16的结构，其中，激光谐振腔是由一个在输出端具有一定透过的腔镜200，以及一个全反射腔镜202构成。
在激光谐振腔内，采用一个Ti∶Al2O3激光晶体204构成一个波长可调的激光器，一个具有双折射特性的声光晶体206按照从输出端的腔镜200至全反射腔镜202的次序设置。
另，一个压电元件210被附着至声光晶体206上，该压电元件210作为输入声波的元件，它由一个射频RF电源208驱动。于是，在RF电源驱动压电元件210，并引起压电元件内应变时，具有频率响应上述由压电元件210所造成的上述应变的声波输入至声光晶体206。
一方面，全反射镜202其构成方式是，它只在一定的方向上反射由声光晶体206衍射的衍射光B。
压电元件210被安置成，使声波入射至声光晶体206，使其只衍射具有出射激光束的波长的光，这个出射激光束是欲作为激励光A输出的激光束。
还有，Ti＝Al2O3激光晶体204其设置成，使得对Ti＝Al2O3激光晶体204进行激励的激励激光束C被输入至激光晶体上。
在上述的安排中，当KTP晶体受到从激光振荡器16输出的激励光A激励时，将有二种类型的光分别被输出，即，一种信号光，另一种闲频光，他们的波长响应于激励光A的波长。
具有各自波长的每一种信号光和闲频光在由出射端腔镜10和全反射腔镜12组成的谐振腔内往复运动而受到放大，于是产生振荡。结果，从出射光端腔镜10输出出射信号光和出射闲频光。
在这种情况下，当激励光A的波长改变时，每一个具有所需波长的出射信号光和出射闲频光可得到输出。
下面将介绍从激光振荡器16输出的激励光A。首先，由Nd∶YAG激光器的二次谐波输出来激励Ti∶Al2O3激光晶体204，激励的激光束为C。另，依据上述的原理，控制RF电源208的频率，按照希望从出射端腔镜200作为激励光输出的出射激光束的波长来驱动压电元件210。
在上述的情形中，对于具有响应RF电源208的频率，并从Ti∶Al2O3激光晶体204输出的出射光线中的出射光，它是从一个被输入至声光晶体206并且属于一个宽范围的波长区的出射光线中得到的，从声光晶体206输出的光在预定的方向上被衍射作为衍射光13。由此，沿着一定的方向受衍射的从声光晶体206输出的衍射光B由全反射镜202反射，致使光在激光谐振腔内往复运动。
结果，只有波长响应RF电源208的频率的光被放大，同时产生激光振荡，从而只有具有上述波长的出射激光束能作为激励光输出。
如上所述，可以利用RF电源208，选择振荡压电元件210的RF电源的频率来实现作为激光振荡器16出射激光束的激励光A的波长选择。从而在激光振荡情形下的频率调谐可以高速度地进行，使作为出射激光束的激励光A的高速和任意波长的选择成为可能。结果，有可能加快作为出射激光束的激励光A的波长调谐速度。基于激励光的波长调谐速度的加快，就可能以高的速度改变出射信号光和出射闲频光的波长。
下面将介绍按照下述实验条件，利用图2和3所示的光参量振荡器所进行的实验结果。(实验条件)激励光A：波长为760nm-948nm的脉中激光束，最大脉冲能量为4
mJ，脉宽20ns-40ns。出射端腔镜10：在信号光波长，反射90％。全反射腔镜12：在信号光波长，反射99.9％。
图4是表示激励光A的波长与出射信号光的波长和出射闲频光的波长之间各自关系的图表，图5是表示激励光A的波长与出射信号光的输出和出射闲频光的输出之间各自关系的图表，图6是表示出射信号光的波长以及出射闲频光的波长与出射信号光及出射闲频光的输出之间各自的关系图表。
如图4-6所示，在利用图2和图3所示的光参量振荡器时，出射信号光可以在1045nm-1370nm的波长区内选择任意的波长来进行激光振荡，而出射闲频光可以在2180nm-3080nm的波长区内选择任意的波长来进行光振荡。
在上述的实例中，虽然谐振腔由在输出端具有一定透过率的腔镜10和全反射腔镜12组成，但是，可按照下述方式来构成光参量振荡器，即，将具有与全反射镜12相同性能的反射膜30涂在KTP晶体14的光入射面上，而将具有出射端腔10相同性能的反射膜32涂在如图7所示的KTP晶体14的光出射面上，于是不用提供由出射端腔镜10和全反射腔镜7组成的谐振腔。在图7中，如图2所示的相同的引用字母表示按图2实例的光参量振荡器的相同或等效的部件，对他们的详细说明在此从略。
参见图7，按照该实例构成光参量振荡器时，可使整个系统的结构更为紧凑。
另一方面，激光振荡器16的结构并不限于图3所示的，但下面介绍的每种激光振荡器的结构适宜可选用。(第二种激光振荡器16的结构)
图8是用于说明第二种激光振荡器16的示意构成图。其中，为易于理解相同的引用符号表示与图3中所示的相同的部件。
在第二种激光振荡器16的结构中，激光谐振腔由在出射端上具有一定透过率的腔镜200和全反射腔镜202组成的，类似于图3所示的结构。
在激光谐振腔中，按照从出射端腔镜200至全反射腔镜202的次序依次设置Ti∶Al2O3激光晶体204，声光晶体206，以及用于校正衍射光B的色散的色散校正棱镜212。安置全反射腔镜202，使其反射从色散校正棱镜212射出的光。
色散校正棱镜212可以使作为激励光A的出射激光束的方向性，通过校正从声光晶体206出射的衍射光B的色散向总是保持恒定。
还有，如同图3所示的结构，将压电元件布置成，使声波输入至声光晶体206，以致在一定方向内只衍射具有出射激光束的波长的出射光，该出射光是希望从出射端的腔镜200输出的作为激励光A的光。
在上述的安排中，利用Nd∶YAG激光器的二次谐波作为激励激光束C来激励Ti∶Al2O3激光晶体。并且，基于上述的原理，控制RF电源208的频率，使其响应欲从输出端腔镜200作为激励光A输出的出射光束的波长来驱动压电元件210。
在上述的情形中，由从Ti∶Al2O3激光晶体204输出的出射光线中，具有波长响应RF电源208的频率的出射光在一定方向上受到衍射，并从声光晶体206输出，作为衍射光B，上述的从激光晶体出射的光线是一束输入至声光晶体206并具有宽范围波长区的光。之后，从声光晶体206出射的衍射光B，以衍射状态，沿着一定方向输入至色散校正棱镜212，再在恒定的方向内出射。之后，从色散校正棱镜212出射的光由全反射腔镜202反射，从而使所得到的光在激光谐振腔内往复行进。
结果，使波长响应RF电源208的频率的光受到放大，同时产生激光振荡。于是，只有具有上述波长的出射激光束可以作为激励光A输出。(第三种激光振荡器16的结构)
图9是说明第三种激光振荡器16的示意结构图。其中，相同的引用符号表示与图3和8所示的相同的部件，以易于理解。
在第三种激光振荡器16的结构中，激光谐振腔是由在出射端具有一定透过率的腔镜200和全反射腔镜202组成，其结构如同图3所示的。
在激光谐振腔中，一个Ti∶Al2O3激光晶体，一个调节光束直径的望远镜214，一个声光器体206和一个色散校正棱镜212，依照从出射端腔镜200的一侧至全反射腔镜202的一侧的次序布置。将全反射腔镜202布置成可反射从色散校正棱镜212出射的光。望远镜214布置成使输入至声光晶体206的光的直径可以在所希望的大小内予以扩展。色散校正棱镜212其结构相同于第二种激光振荡器16的结构，它能够通过对从声光晶体206输出的衍射光B的色散进行校正来使作为激励光A的出射光的方向性保持恒定。
另，类似于图3所示的结构，将压电元件210布置成可以将声波输入至声光晶体206，致使在一定方向内只衍射具有欲从出射端腔镜200输出的出射激光束的波长的出射光，该出射光作为激励光输出。
在上述的布置中，利用Nd∶YAG激光器的二次谐波作为激励激光束C来激励Ti∶Al2O3激光晶体。另，基于上述原理，控制RF电源的频率，根据欲从出射端腔镜200作为激励光A输出的出射激光束的波长来驱动压电元件210。
在上述情况中，用望远镜214对从Ti∶Al2O3激光晶体出射的出射光束直径扩展至所需要的尺寸，再将经扩展的出射光输入至声光晶体206。
因此，即使在激光器的输出功率提高的情况下，由于输入至声光晶体206的光束直径由望远镜214予以扩展，所以单位面积输入至声光晶体206的光的输出功率得到降低，从而可抑制声光晶体206的损伤。
从Ti∶Al2O3激光晶体204输出的出射光线的通过望远镜214输入至声光晶体206，它具有宽范围的波长区，在声光晶体中具有响应RF电源208的频率的波长的出射光在一定方向内受到衍射，并从声光晶体206出射，作为衍射光B。还有，沿一定方向以衍射状态从声光晶体206输出的衍射光B被输入至色散校正棱镜212，然而在恒定方向内出射。之后，从色散校正棱镜212出射的光受到全反腔镜202的反射，由此所得到的光在激光谐振腔内往复行进。
结果，只有波长响应RF电源208的频率的光被放大，产生激光振荡。于是，只有具有上述波长的出射光可以作为激励光A输出。(第四种激光振荡器16的结构)
图10是说明第四种激光振荡器16的结构的示意构成图。其中，为易于理解，相同的引用符号表示与图3，8和9中相同的部件。
在第四种激光振荡器16的结构中，采用一种所谓“Z”字形的激光谐振腔，其中在激光谐振腔内光往复的光路是呈“Z”型的。这种“Z”字形的激光谐振腔是由一个在输出端具有一定透过率的腔镜200和一个全反射腔镜202组成。
另，将Z字形的激光谐振腔安排成使激励激光束C被输入，此外，在出射端腔镜200和全反射腔镜202之间设置反射往复光的第一中间镜216，以及在出射端腔镜200和全反射腔镜202之间设置反射往复光的第二中间镜218，在激光谐振腔内往复的B光的光路呈现“Z”形的光路。
在第一中间镜216和第二中间镜218之间的激光谐振腔的光路上安置一个Ti∶Al2O3激光晶体204作为一个波长可调激光介质，该介质的光入射端面切割成布儒斯特(Brewster)角，在这个角的端面上入射光的反射为零。从而，由于激励激光束C在纵向的同轴激励而产生激光振荡。
还有，声光晶体206是作为一个波长选择的晶体，它具有双折射特性，该晶体设置在激光谐振腔光路上的第二中间镜218和全反射腔镜202之间。
此外，作为声波输入装置，将由RF电源208驱动的压电元件210附着在声光晶体206上，压电元件210的频率由PC机220控制。于是，在压电元件210由RF电源208驱动时，其中，驱动频率将由PC机220控制预设在一个任意值上，从而在压电元件210内产生应变，依据压电元件210的应变，使具有响应上述应变频率的声波输入至声光晶体206。结果，声光晶体206只衍射响应输入声波的光。
由此，声波向声光晶体206的输入是受到PC机220控制的，其控制方式是，利用压电元件210，只使俗从出射端腔镜200输出的具有出射激光束的波长的光可作为激励光A输出，同时衍射光B由声光晶体206在一定方向内受到衍射，从而能够形成激光振荡。
还有，用于校正衍射光B色散的色散校正棱镜212设置在声光晶体206和全反射腔镜202之间。利用色散校正棱镜212，可以使作为激励光A的出射激光束的方向性保持恒定。
在第四种激光振荡器16的结构中，使用脉冲激励的激光器222作为将激励光C输入至激光谐振腔的激光器。一种脉冲激励激光器的例子是，它包括一个小型的高重复率激光二极管(LD)激励的固体激光器等。尤其，可以采用CW-Q开关脉冲YAG激光器，CW-Q-开关脉冲Nd∶YLF激光器等。
由脉冲激励激光器222产生的激励光C由全反射镜224反射至全反射光束会聚镜226，由全反射光束会聚镜226，将激励光C会聚，会聚光通过第一中间镜216，从而引起激光晶体204(Ti∶Al2O3Z纵向进行同轴激励。
在上述的布置中，为获取作为激励光A的出射激光束，需要使用由脉冲激励激光器222输入的激励激光束C来激励Ti∶Al2O3激光晶体。根据上述原理，用PC机220来控制RF电源208的频率，以响应欲从出射腔镜200输出作为激励光A的出射激光束的波长来振荡压电元件210。
在上述情形中，在从Ti∶Al2O3激光晶体204出射的出射光线中具有波长响应RF电源频率的出射光，它在一定方向上受到衍射，并从声光晶体206输出，作为衍射光，上述的出射光是从输入至声光晶体206的，并具有宽范围波长区的光中得到。进而，沿着一定的方向以衍射状态从声光晶体206出射的衍射光B通过色散校正棱镜212输入至全反射腔镜202，使输入的光受到全反射腔镜202的反射。于是，最终的光在激光谐振腔内沿着“Z”字形光路往复行进。
结果，只有波长响应RF电源208的频率的光受到放大，产生激光振荡。由此，只有具有上述波长的出射激光束从激光谐振腔内作有激励光A被输出。
如上所述，利用PC机220的控制，通过选择RF电源208的某个频率，并用RF电源208去振动压电元件210，就可以实现对作为激励光A的出射光束波长的选择。于是，有可能取得一种快速的，任意选择作为激励光A的出射光束的波长，同时提高作为激励激光A的出射激光束的波长调谐速度。
另，由于设置色散校正棱镜212，可校正衍射光B的衍射角色散。如果衍射光B的衍射角存在色散，则光的光路在激光谐振腔内发生改变，于是波长可变区受到限制。在这种情况下，如果提供色散校正棱镜212，上述问题就可得到消除。
此外，将激光谐振腔的结构设置成“Z”字形，这种结构被安排成，由全反射聚光镜226会集激励激光束C，并输入至激光晶体(Ti∶Al2O3)204。因此，即使从脉冲激励激光器222提供低的激励输入功率给激励光束C，也可能足以产生激光振荡。(第五种激光振荡器16的结构)
图11是说明第五种激光振荡器16的构成的示意结构图。其中，为易于理解，相同的引用符号表示与图3，8，9和10中的相同的部件，对其详细的说明从略。
第五种激光振荡器6的结构不同于图10所示的第四种激光振荡器6的结构，不同点只是，第五种激光谐振腔的结构是以所谓“X”字形构成。
在“X”字形激光谐振腔用在第五种激光共振腔16的结构中，由于用全反射光束会聚镜226将激励激光束C汇集，并输入会聚的激光束至Ti∶Al2O3激光晶体18，即使从脉冲激励激光器222得到低激励输入功率的激励光束C，也足以产生激光振荡。
此外，根据这种“X”字形的激光谐振腔，其结构可以做得比“Z”字形的激光谐振腔更为紧凑。(第六种激光振荡器16的结构)
图12是说明第六种激光谐振腔16结构的示意构成图。其中，为易于理解，相同的引用符号表示与图3、8、9、10和11中相同的部件，对他们的详述从略。
第六种激光振荡器16的结构不同于图10所示的第四种激光振荡器16的结构，其不同点在于，用出射端腔镜200替代图10所示的全反射腔镜202，同时去掉图10中的出射端腔镜200和第一中间镜216，这样一种布置，即，将激励激光束C输入至Ti∶Al2O3激光晶体的端面，在该侧端面上入射激励激光束C。此外，在该端面上涂一层特殊的反射涂层228，以反射从Ti∶Al2O3激光晶体204输出的光，对此本文不作详述。
由此，在第六种激光振荡器16的结构中，激光谐振腔是由反射涂层228和出射端腔镜200组成。
为此，按照第六种激光振荡器16的结构，相比于图10所示的第四种激光振荡器16的结构，以及图11所示的第五种激光振荡器16的结构，第六种激光振荡器16的结构中的部件数可减少，因此可使整个系统小型化，还可降低其成本。(第七种激光振荡器16的结构)
图13是说明第七种激光振荡器16结构的示意构成图。其中，相同的引用符号表示与图3，8，9、10、11和12中那些相同的部件，这将易于理解，对其详述在此从略。
第七种激光振荡器16的结构不同于图10所示的第四种激光振荡器16的结构，其不同点在于，输入入射光的Ti∶Al2O3激光晶体204的输入端表面没有进行布儒斯特角的切割，也不以布儒斯特角放置，但是Ti∶Al2O3激光晶体204只是受到垂直入射的切割，同时，在其端面也没有反射涂层203，只是使晶体受到垂直地输入激励激光束。
如上所述，使Ti∶Al2O3激光晶体204处于受到激励光束C垂直输入的位置要比以布儒斯特角放置Ti∶Al2O3激光晶体204来得容易，此外，角色散也小，从而可以取得一个宽的波长区。(第八种激光振荡器16的结构)
图14是说明第八种激光振荡器16的结构的示意构成图。其中，相同的引用符号表示与图3、8、9、10、11、12和13中的相同的部件，这将易于理解。
第八种激光振荡器16的结构包含一种所谓“Z”字形激光谐振腔，其中，在激光谐振腔内往复的光的光路呈现“Z”字形光路，这种“Z”字形激光谐振腔设置一个具有一定透过率的出射端腔镜200(例如，该镜反射输入光的98％，而透过为2％)，和全部反射输入光的全反射腔镜202(该镜100％反射输入的光)。
另，“Z”字形激光谐振腔包含一个使激励激光束C输入的第一中间镜216，而它全部反射往返在出射端腔镜200和全反射腔镜202之间的光，以及一个全部反射往返在出射端腔镜200和全反射腔镜202之间光的第二中间镜218。此外，使该激光谐振腔布置成，在激光谐振腔内往返的光的光路呈出“Z”字形的。
在第一中间镜216和第二中间镜218之间，以及在激光谐振腔的光路上设置一个波长可调的激光介质，Ti∶Al2O3激光晶体204其入射光的入射端面有一个布儒期特角，在该端面角，入射光的反射为零，从而由激励激光束C在纵向的同轴激励，并引起激光振荡。
另，声光晶体206是一种用于选择波长的晶体，具有双折射特性，该晶体设置在第二中间镜218和激光谐振腔光路上的全反射腔镜202之间。
另外，声光晶体206上装有作为声波输入装置的压电元件210，压电元件210由RF电源208驱动，RF电源的频率由个人计算机220予以控制。这样，当RF电源驱动压电元件时，其频率已经根据个人计算机220的控制调到任意值，从而引起压电元件210的应变，根据压电元件210的这种应变，频率响应于上述应变的声波被输入声光晶体206。结果，声光晶体206只衍射响应于输入的声波的光。
因此，声波输入声光晶体206是由个人计算机220以这样的方式控制的，即只有具有利用压电元件210要从输出端腔镜200作为激励光A输出的出射激光束的波长的光才能作为衍射光B输出，衍射光B已由声光晶体206沿规定方向衍射，从而产生激光振荡。
此外，用以校正衍射光B的色散的色散校正棱镜212配置在声光晶体206和全反射腔镜202之间。利用色散校正棱镜212，可保持作为激励光A的出射激光束的方向恒定。
在第八种激光振荡器16的结构中，利用一个连续振荡的激光器(CW)作为对激光谐振腔输入激励光C的激光器。一种所用的CW激光器232可以是，例如，连续振荡的Ar离子激光器(CW-Ar)等，和连续振荡的Nd∶YAG激光器(CW-Nd∶YAG)等的二次谐波激光器。
在使用LiSAF激光晶体的情形下，利用LiSAF等晶体来替代Ti∶Al2O3激光晶体204作为波长调谐激光介质，固体激光器，例如，Nd∶YA，Nd∶YLF激光器等的二次谐波也可以用作CW激光器232。
由CW激光器232产生的激励激光C由全反射镜224反射至全反射光束会聚镜226，使它被全反射光束会聚镜226汇聚，并通过第一中间镜216输入，以便在纵向方向上引起Ti∶Al2O3 204的共轴振荡。
在这种情况下，需使用一个具有高衍射效率的声光晶体206，尽可能地使光受到衍射，至于从声光晶体206出射的衍射的光B，可以利用从CW激光器232输入至激光谐振腔内作为激励激光束C提供的具有低功率的连续振荡激光束来引起激光振荡。
在上述的布置中，为取得作为激励光的出射激光束，利用CW激光器232输入的激励激光束C来激励Ai∶Al2O3激光晶体204。根据上述原理，利原PC机220控制RF电源的频率，按照欲从出射端腔镜200作为激励光A输出的出射激光束的波长来振动压电元件210。
在上述情形中，在从Ti∶Al2O3光晶体204输出的出射光线中，具有波长响应RF电源208的频率的出射光，在一定的方向内受到衍射，并从声光晶体206作为衍射光B输出，上述的出射光线输入到声光晶体206，并具有宽范围的波长区。还有，从声光晶体206沿着一定方向以衍射状态输出的衍射光B通过色散校正棱镜212输入至全反射镜202，从而由全反射镜202反射输入的光束，于是使最终的光沿着“Z”字形光路在激光谐振腔内往返行进。
结果，只有波长响应RF电源208的频率的光受到放大，同时产生激光振荡。由此，具有上述波长的出射光可作为激光A输出。
如上所述，在PC机220控制下，通过选择RF电源208的频率，并借助RF电源208来振动压电元件210，来实现作为激励光A的出射激光束的波长的选择。因此，在激光振荡的情形下，有可能以高速度进行波长的调谐，致使对作为激励光A的出射激光的波长可进行快速和任意的选择，以此提高作为激励激光A的出射激光束的波长调谐速度。
另，由于设置色散校正棱镜212，从而校正衍射光B的色散。如果衍射光B被色散，光的光路在激光谐振腔内改变，于是波长可调区受到限制。然而，在这种情况下，当提供色散校正棱镜212时，上述问题可以消除。除上述之外，在波长调谐的情况下所引起的作为激励光的出射激光束在出射方向上的改变也可予以校正。
此外，可将激光谐振腔做成“Z”字形，其安排成，用全反射光束会聚镜226会聚激励激光束C，并输入至Ti∶Al2O3激光晶体204。于是，即使从CW激光器232给出的激光束C具有低的激励输入功率，也足以进行激光振荡。(第九种激光振荡器16的结构)
图15是说明第九种激光振荡器16结构的示意构成图。其中，相同的引用符号表示与图3，8，9，10，11，12，13和14中相同的部件，这样易于理解，对他们的详细说明在此从略。
第九种激光振荡器16的结构不同于图14所示的第八种激光振荡器的结构，不同点在于，Ti∶Al2O3激光晶体204的输入端面没有布儒斯特切割，晶体也没有以布儒斯特角布置，而是使Ti∶Al2O3激光晶体204受到垂直入射的切割，晶体端面没有反射涂层203，将晶体设置成让激励激光束C垂直地入射其上。
如上所述，含Ti∶Al2O3 204晶体设置成，使激励激光束C垂直地输入比使Ti∶Al2O3 204晶体以布儒斯特角设置更为容易，另外角色散也小，因而可以取得宽的波长区。(第十种激光振荡器16的结构)
图16是说明第十种激光振荡器16的结构的示意图。其中，相同的引用符号表示与图3、8、9、10、11、12、13、14和15中相同的部件，这将易于理解，对他们的详细说明将从略。
第十种激光振荡器16的结构不同于图14所示的第八种激光振荡器16的结构，不同点在于，将图14中所示的出射端腔镜200用具有100％反射的全反射腔镜234替代，输出没有衍射的光D作为出射光，即激励光A。
根据第十种结构的激光振荡器16，由于设有使用出射端的透射腔镜200，所以相比于图14所示的第八种激光振荡器16的结构，可使由于激光振荡器所引起的光的损失得到降低，从而可以对从声光晶体206输出的衍射光B与非衍射光D设定一个比率，例如在本例中设定为衍射光B是98％，而非衍射光D是2％。因此，衍射光B的比率可以减小。所以，对于设置声光晶体206和色散校正棱镜212，以及用PC机220由RF电源208控制压电元件210方面的安全容限，相比图14所示的第八种激光振荡器16结构可得到提高。
由上述所构成的本发明，可以提高激励光的波长调谐速度，从而得到可以高速度改变信号光和闲频光的极好的优点。
本技术领域的工作人员很清楚，本发明还可在不偏离其精神和基本特征的情况下以其它的形式来实现。
所以，可以认为本文公开的各个实例在各个方面均是说明性的，不局限于此。本发明的范围由附属的权利要求书，而不是上述的描述来指明，所以等效的来自含义上和范围上的改变均包含在本发明中。
日本专利申请No.8-132848，1996.04.30提交的整个公开内容，包括说明书，权利要求书，附图和摘要在本文内均配合引用。
Claims (4)
1、一种光学参量振荡器，其中谐振腔是由具有一定透过率的输出耦合腔镜和全反射腔镜组成，在所述谐振腔内设置一个非线性晶体，从激光谐振腔输出的出射激光束作为激励光输入至所述谐振腔内，以激励所述的非线性晶体，于是，具有波长响应所述激励光波长的信号光和闲频光分别得到输出，所述的振荡器包括：
一个由各自具有一定反射率的相对置的腔镜组成的激光谐振腔，
一个波长可调的激光介质，设置在所述激光谐振腔内，并能在预定范围的波长区内形成激光振荡，
一个声光晶体，设置在所述激光谐振腔内，从所述波长可调激光介质输出的出射光输入于该声光晶体内，
一个声波输入装置，安置在所述声光晶体上，并用于将声波输入至所述声光晶体。
2、一种光学参量振荡器，其中谐振腔是由具有一定透过率的输出耦合腔镜和全反射腔镜组成，在所述谐振腔内设置一个非线性晶体，从激光谐振腔输出的出射激光束作为激励光输入至所述谐振腔，对所述非线性晶体激励，于是具有波长响应所述激励光波长的信号光和闲频光被分别输出，该振荡器包括：
一个激光谐振腔，它由各自具有一定反射率的相对置的腔镜组成，
一个波长调谐激光介质，它放置在所述的激光谐振腔内，并能在预定范围的波长区内产生激光振荡，
一个声光晶体，它设置在所述谐振腔内，由所述波长可调激光介质的出射光输入至所述激光谐振腔内，
一个声波输入装置，安置在所述声光晶体上，并将声波输入至所述的声光晶体，以及
一个光学元件，被设置在所述谐振腔内，以校正从所述声光晶体输出的衍射光的色散。
3、如权利要求1的光学参量振荡器，其特征在于还包括一个设置在所述激光振荡器内的所述激光谐振腔中的扩束器，以对从所述波长可调激光器介质输出的光束直径进行扩展，经扩展的光束输入至所述的声光晶体。
4、如权利要求2的光学参量振荡器，其特征在于还包括一个设置在所述激光振荡器内的所述激光谐振腔中的扩束器，以对从所述波长可调激光器介质输出的光束直径进行扩展，经扩展的光束输入至所述的声光晶体。
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