專利名稱：中紅外激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中紅外激光技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)了一種中紅外激光器。
背景技術(shù)：
80年代末，透明范圍寬、損傷閾值高、有合適匹配角的雙折射非線性晶體β相偏硼酸鋇晶體(P-BaB2O4,以下簡(jiǎn)稱為ΒΒ0)，磷酸鈦氧鉀(Potassium Titanyl Phosphate,以下簡(jiǎn)稱為KTP)及穩(wěn)定可靠的釔鋁石榴石晶體(簡(jiǎn)稱Nd: YAG)激光泵浦源的出現(xiàn)，使得從可見(jiàn)到近紅外波段的光學(xué)參量振蕩器(Optical Parametric Oscillator,以下簡(jiǎn)稱ΟΡΟ)技術(shù)發(fā)展較快，逐漸趨向于實(shí)用化。從90年代中期開(kāi)始，非線性系數(shù)大、透明范圍擴(kuò)展到中紅外至遠(yuǎn)紅外的優(yōu)質(zhì)非線性晶體硫鎵銀(Silver Gallium Sulfide,以下簡(jiǎn)稱AgGaS2)和磷鍺鋅 (Zinc germanium phosphide，以下簡(jiǎn)稱SiGeP2)生長(zhǎng)工藝的改進(jìn)(減小晶體在泵浦波長(zhǎng)的吸收，提高損傷閾值)，促進(jìn)了中紅外雙折射相位匹配0P0的發(fā)展；以摻氧化鎂周期極化鈮酸鋰晶體(MgO doped periodically poled lithium niobate，以下簡(jiǎn)稱Mg0:PPLN)為代表的準(zhǔn)相位匹配0P0，在低峰值功率、高重復(fù)頻率、連續(xù)波相干輸出方面發(fā)展迅速。在中紅外激光方面，ZnGeP2因其高的非線性系數(shù)、良好的機(jī)械性能和熱導(dǎo)率，一直受到研究者的關(guān)注。但是由于SiGeP2晶體對(duì)波長(zhǎng)小于2μπι的激光有較強(qiáng)的吸收，導(dǎo)致在其作為非線性晶體0Ρ0時(shí)只能采用波長(zhǎng)大于2 μ m的激光器作為泵浦源。目前大家比較認(rèn)可的是鈥(Ho)離子，其發(fā)射波長(zhǎng)為2 2.1 μ m。然而沒(méi)有商用半導(dǎo)體激光器可以直接泵浦Ho離子，只能通過(guò)半導(dǎo)體激光器泵浦銩(Tm)離子，再由Tm敏化或通過(guò)能量轉(zhuǎn)移的方式泵浦Ho離子，導(dǎo)致增加了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)降低了總的效率。另外SiGeP2 0P0只能通過(guò)雙折射相位匹配方式實(shí)現(xiàn)，限制了晶體長(zhǎng)度，最長(zhǎng)不超過(guò)20mm，從而也限制了其發(fā)展。MgOiPPLN因其周期極化結(jié)構(gòu)能通過(guò)準(zhǔn)相位匹配方式實(shí)現(xiàn)0P0，而被廣泛應(yīng)用在中紅外激光技術(shù)方面。目前應(yīng)用較多的是采用Iym激光器作為泵浦源，通過(guò)合理選用晶體的極化周期，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)相位匹配0P0。雖然此種方式的0Ρ0產(chǎn)生的空閑光波長(zhǎng)在3 μ m附近，但其伴隨產(chǎn)生的信號(hào)光波長(zhǎng)卻在1. 5ym左右，這樣信號(hào)光就不是最終想得到的中紅外激光，從根本上限制了轉(zhuǎn)換效率。目前從Iym激光轉(zhuǎn)換為3μπι的中紅外激光的最高效率為17%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種中紅外激光器，該激光器是利用1.9μπι Tm激光器直接泵浦Mg0:PPLN的激光器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高的特點(diǎn)，易于推廣使用。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下—種中紅外激光器，包括半導(dǎo)體激光器，沿該半導(dǎo)體激光器的激光輸出方向依次是光束整形及耦合系統(tǒng)、輸入腔鏡、激光晶體、聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)、輸出腔鏡、濾波片、隔離器、半波片、聚焦透鏡、0P0入射腔鏡、非線性晶體和0P0輸出腔鏡，其特征在于所述的激光晶體為Tm: YLF晶體，所述的輸入腔鏡為平面鏡且兩面鍍有對(duì)790nm光高透，對(duì)1907nm光高反的介質(zhì)膜，所述的輸出腔鏡為凹面鏡，其凹面鍍有對(duì)1907nm部分反射的介質(zhì)膜，在所述的輸入腔鏡和所述的輸出腔鏡之間設(shè)有厚標(biāo)準(zhǔn)具和薄標(biāo)準(zhǔn)具，所述的光束整形及耦合系統(tǒng)將半導(dǎo)體激光器輸出的激光光束聚焦在所述的Tm:YLF晶體內(nèi)部，所述的非線性晶體是摻MgO的PPLN，該MgO的PPLN的中心位于所述的聚焦透鏡的焦點(diǎn)上。所述的Tm:YLF晶體中的Tm離子的摻雜濃度的原子數(shù)比為2 3. 5%，其兩端都鍍有對(duì)1907nm的高透介質(zhì)膜；所述的Tm:YLF晶體在工作時(shí)通過(guò)銅塊傳導(dǎo)冷卻的方式控制溫度為16°C，所述的聲光Q開(kāi)關(guān)兩端面鍍有對(duì)1907nm的高透介質(zhì)膜，且在1907nm波長(zhǎng)的衍射損耗為不低于55%。所述的厚標(biāo)準(zhǔn)具為不鍍膜且厚度為Imm的石英平片，所述的薄標(biāo)準(zhǔn)具為不鍍膜且厚度為0. Imm的石英平片。所述的厚標(biāo)準(zhǔn)具(106)和薄標(biāo)準(zhǔn)具(107)具有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)厚標(biāo)準(zhǔn)具和薄標(biāo)準(zhǔn)具在激光腔內(nèi)的角度可以得到中心波長(zhǎng)為1907. 5nm，光譜寬度小于 Inm的激光輸出。所述的隔離器對(duì)1907nm激光的隔離度不小于20dB，所述的濾波片對(duì)1907nm激光高透，對(duì)790nm激光高反。所述的旋轉(zhuǎn)半波片具有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可以改變出射的線偏振的1907. 5nm激光的偏振方向。所述的聚焦透鏡對(duì)1907. 5nm激光高透。所述的摻MgO的PPLN中MgO的濃度為5 %，且極化周期均勻分布，所述的OPO入射腔鏡對(duì)1. 9 μ m激光高透，對(duì)3 5 μ m激光高反；所述的OPO輸出腔鏡對(duì)1. 9 μ m激光高反，對(duì)3 5 μ m激光部分透過(guò)。本發(fā)明的技術(shù)效果1、本發(fā)明中，通過(guò)利用半導(dǎo)體激光器泵浦激光晶體，通過(guò)聲光調(diào)Q的方式得到脈沖方式的寬光譜激光輸出。2、在所述的聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)和所述的輸出腔鏡之間設(shè)有厚標(biāo)準(zhǔn)具和薄標(biāo)準(zhǔn)具，將輸出激光的波長(zhǎng)限定穩(wěn)定，并將光譜寬度壓縮到小于lnm。用此脈沖激光作為泵浦源，選用周期極化的晶體作為非線性晶體，通過(guò)合理選用晶體的極化周期，采用準(zhǔn)相位匹配的方式實(shí)現(xiàn) 0P0。3、通過(guò)選用泵浦波長(zhǎng)為1. 9 μ m，此OPO產(chǎn)生的信號(hào)光和空閑光的波長(zhǎng)都在中紅外波段，即有效利用了雙諧振OPO的優(yōu)點(diǎn)，提高激光的轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)也結(jié)合了準(zhǔn)相位匹配的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)對(duì)非線性晶體進(jìn)行溫度控制即可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的中紅外激光的波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。4、本發(fā)明中紅外激光器能避開(kāi)大氣中是水分子對(duì)該波長(zhǎng)的吸收，將此激光器作為泵浦源，泵浦MgO:PPLN晶體，通過(guò)光學(xué)參量振蕩的方式得到波長(zhǎng)在3 5 μ m的中紅外激光穩(wěn)定的輸出。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換效率高，調(diào)諧性好等特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明中紅外激光器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中紅外激光器的發(fā)射的激光光譜圖
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的包含范圍。先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明中紅外激光器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見(jiàn)，本發(fā)明中紅外激光器，包括半導(dǎo)體激光器101，沿該半導(dǎo)體激光器101的激光輸出方向依次是光束整形及耦合系統(tǒng)102、輸入腔鏡103、激光晶體104、聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)105、厚標(biāo)準(zhǔn)具106、薄標(biāo)準(zhǔn)具107、輸出腔鏡108、濾波片109、隔離器110、半波片111、聚焦透鏡112、OPO入射腔鏡 113、摻MgO的PPLNl 14和OPO輸出腔鏡(115)，其特點(diǎn)在于所述的激光晶體104為Tm:YLF晶體，所述的輸入腔鏡103為平面鏡且兩面鍍有對(duì)790nm光高透，對(duì)1907nm光高反的介質(zhì)膜，所述的輸出腔鏡108為凹面鏡，其凹面鍍有對(duì) 1907nm部分反射的介質(zhì)膜，其反射率10% 40%，所述的光束整形及耦合系統(tǒng)102將半導(dǎo)體激光器101輸出的激光光束聚焦在所述的Tm:YLF晶體104內(nèi)部，所述的摻MgO的PPLNl 14 的中心位于所述的聚焦透鏡112的焦點(diǎn)上。所述的Tm:YLF晶體104中的Tm離子的摻雜濃度的原子數(shù)比為2 3. 5%，其兩端都鍍有對(duì)1907nm的高透介質(zhì)膜；所述的Tm: YLF晶體104在工作時(shí)通過(guò)銅塊傳導(dǎo)冷卻的方式控制溫度為16°C，所述的聲光Q開(kāi)關(guān)105兩端面鍍有對(duì)1907nm的高透介質(zhì)膜，且在 1907nm波長(zhǎng)的衍射損耗為不低于55%。所述的厚標(biāo)準(zhǔn)具106為不鍍膜且厚度為Imm的石英平片，所述的薄標(biāo)準(zhǔn)具107為不鍍膜且厚度為0. Imm的石英平片，所述的厚標(biāo)準(zhǔn)具106和薄標(biāo)準(zhǔn)具107都具有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。所述的隔離器110對(duì)1907nm激光的隔離度不小于20dB，所述的濾波片109對(duì) 1907nm激光高透，對(duì)790nm激光高反。所述的半波片111具有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可以改變出射的線偏振的1907. 5nm激光的偏振方向。所述的聚焦透鏡112對(duì)1907. 5nm激光高透，并且將此激光聚焦至直徑為150 μ m的光斑。所述的摻MgO的PPLNl 14中MgO的濃度為5%，且極化周期均勻分布，為30. 5 μ m， 所述的OPO入射腔鏡113對(duì)1. 9 μ m激光高透，對(duì)3 5 μ m激光高反；所述的OPO輸出腔鏡 115對(duì)1. 9 μ m激光高反，對(duì)3 5 μ m激光部分透過(guò)。中紅外激光器，包括半導(dǎo)體激光器101、光束整形及耦合系統(tǒng)102、輸入腔鏡103、 激光晶體104、聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)105、厚標(biāo)準(zhǔn)具106、薄標(biāo)準(zhǔn)具107、輸出腔鏡108、濾波片109、 隔離器110、半波片111、聚焦透鏡112、0P0輸入腔鏡113、非線性晶體114和OPO輸出腔鏡 115。所述的輸入腔鏡103對(duì)半導(dǎo)體激光器101輸出的波長(zhǎng)高透，對(duì)激光晶體的發(fā)射波長(zhǎng)高反。本實(shí)施例中半導(dǎo)體泵浦源101出射的激光設(shè)定為波長(zhǎng)為790nm。激光晶體104選用為摻雜濃度原子數(shù)比為2%的Tm:YLF。光束整形及耦合系統(tǒng)102將半導(dǎo)體泵浦源101出射的激光焦距在Tm:YLF晶體104的中心，且光斑直徑為800 μ m。厚標(biāo)準(zhǔn)具106為1mm，薄標(biāo)準(zhǔn)具107為0. 1mm。輸出腔鏡108的曲率半徑為600mm，對(duì)1. 9 μ m激光的透過(guò)率為20%。 聚焦透鏡112為焦距為80mm的平凸透鏡。非線性晶體摻114為MgO = PPLN且極化周期為 30. 5 μ m,且其中心放置在聚焦透鏡112的焦點(diǎn)處。OPO輸出腔鏡115在3. 8 μ m處的透過(guò)率為 50%。當(dāng)聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)105的重復(fù)頻率設(shè)為2kHz，半導(dǎo)體激光器101的輸出功率為24W 時(shí)，得到的中紅外激光光譜如圖2所示。
權(quán)利要求
1.一種中紅外激光器，包括半導(dǎo)體激光器(101)，沿該半導(dǎo)體激光器(101)的激光輸出方向依次是光束整形及耦合系統(tǒng)(102)、輸入腔鏡(103)、激光晶體(104)、聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān) (105)、輸出腔鏡(108)、濾波片(109)、隔離器(110)、半波片(111)、聚焦透鏡(112),ΟΡΟ Λ 射腔鏡(113)、非線性晶體(114)和OPO輸出腔鏡(115)，其特征在于所述的激光晶體(104)為Tm:YLF晶體，所述的輸入腔鏡(103)為平面鏡且兩面鍍有對(duì) 790nm光高透，對(duì)1907nm光高反的介質(zhì)膜，所述的輸出腔鏡(108)為凹面鏡，其凹面鍍有對(duì) 1907nm部分反射的介質(zhì)膜，在所述的輸入腔鏡(10 和所述的輸出腔鏡(108)之間設(shè)有厚標(biāo)準(zhǔn)具(106)和薄標(biāo)準(zhǔn)具(107)，所述的光束整形及耦合系統(tǒng)(10 將半導(dǎo)體激光器(101) 輸出的激光光束聚焦在所述的Tm:YLF晶體(104)內(nèi)部，所述的非線性晶體(114)是摻MgO 的PPLN，該MgO的PPLN的中心位于所述的聚焦透鏡(112)的焦點(diǎn)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外激光器，其特征在于所述的Tm:YLF晶體(104)中的Tm 離子的摻雜濃度的原子數(shù)比為2 3. 5%，其兩端都鍍有對(duì)1907nm的高透介質(zhì)膜；所述的 Tm:YLF晶體(104)在工作時(shí)通過(guò)銅塊傳導(dǎo)冷卻的方式控制溫度為16°C，所述的聲光Q開(kāi)關(guān) (105)兩端面鍍有對(duì)1907nm的高透介質(zhì)膜，且在1907nm波長(zhǎng)的衍射損耗為不低于55%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外激光器，其特征在于所述的厚標(biāo)準(zhǔn)具(106)為不鍍膜且厚度為Imm的石英平片，所述的薄標(biāo)準(zhǔn)具(107)為不鍍膜且厚度為0. Imm的石英平片，所述的厚標(biāo)準(zhǔn)具(106)和薄標(biāo)準(zhǔn)具(107)具有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外激光器，其特征在于所述的隔離器(110)對(duì)1907nm激光的隔離度不小于20dB，所述的濾波片(109)對(duì)1907nm激光高透，對(duì)790nm激光高反。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外激光器，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)半波片(111)具有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可以改變出射的線偏振的1907. 5nm激光的偏振方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外激光器，其特征在于所述的聚焦透鏡(112)對(duì) 1907. 5nm激光高透。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的中紅外激光器，其特征在于所述的摻MgO的 PPLN (114)中MgO的濃度為5%，且極化周期均勻分布，所述的OPO入射腔鏡(113)對(duì)1.9μπι 激光高透，對(duì)3 5 μ m激光高反；所述的OPO輸出腔鏡(115)對(duì)1. 9 μ m激光高反，對(duì)3 5ym激光部分透過(guò)。
全文摘要
一種中紅外激光器，其特征是利用波長(zhǎng)為790nm的半導(dǎo)體激光器泵浦Tm:YLF晶體得到1.9μm激光，通過(guò)聲光調(diào)Q的方式產(chǎn)生脈沖輸出的1.9μm激光。在Tm:YLF激光器中加入兩個(gè)未鍍介質(zhì)膜的石英標(biāo)準(zhǔn)具使輸出的1.9μm激光光譜寬度變窄達(dá)到小于1nm，并使輸出激光穩(wěn)定在中心波長(zhǎng)為1907.5nm處，能避開(kāi)大氣中水分子對(duì)該波長(zhǎng)的吸收，將此激光器作為泵浦源，泵浦MgO:PPLN晶體，通過(guò)光學(xué)參量振蕩的方式得到波長(zhǎng)在3～5μm的中紅外激光穩(wěn)定的輸出。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換效率高，調(diào)諧性好等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK102570268SQ20111045291
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者周軍, 徐林, 陳衛(wèi)標(biāo) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所