一种中红外激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种新型的产生3‑3.7微米波段激光的中红外激光器，包括抽运光源、耦合光学系统、激光谐振腔、抽运激光晶体和非线性光学晶体，抽运光源发射激光经耦合光学系统到达抽运激光晶体产生荧光，在由全反镜和输出腔镜组成的激光谐振腔内，形成2.4‑2.7微米波段的振荡激光，通过非线性光学晶体拉曼产生3‑3.7微米波段的激光，上述3‑3.7微米波段的激光在复合腔镜和输出腔镜组成的拉曼振荡腔内振荡加强，最终输出3‑3.7微米波段的激光。通过在腔内插入波长调谐元件(例如标准具、双折射滤光片、光栅等)实现3‑3.7微米波长范围内的可调谐激光，本发明专利技术具有结构简单紧凑、可在常温下使用且功率高的优点。

A mid infrared laser

The present invention relates to a novel mid-infrared laser which generates a 3 3.7 micron wave band laser, including a pumped light source, a coupled optical system, a laser resonator, a pumped laser crystal and a nonlinear optical crystal. Laser oscillation in 2.4_2.7 micron band is formed in the laser resonator composed of cavity mirrors. Lasers in 3_3.7 micron band are produced by nonlinear optical crystal Raman. Laser oscillation in the 3_3.7 micron band is strengthened in the Raman oscillator composed of compound cavity mirrors and output cavity mirrors. Laser in the 3_3.7 micron band is finally output. . By inserting wavelength tuning elements (such as standard tools, birefringent filters, gratings, etc.) into the cavity, a tunable laser in the wavelength range of 3_3.7 microns can be realized. The invention has the advantages of simple and compact structure, can be used at room temperature and high power.

【技术实现步骤摘要】
一种中红外激光器
本专利技术涉及光电领域，特别是涉及一种产生3-3.7微米波段激光的中红外激光器。
技术介绍
3-3.7微米波段处于光谱中的中红外波段，该波段的激光在激光医疗、光谱学、气体环境监测等领域具有十分重要的应用。例如，许多气体的特征吸收峰位于3-3.7微米波段，该波段常被称为气体的“分子指纹区”，因此该波段激光可用于气体定性与定量的检测。一些常见的大气污染物，如CH4、H2CO、NO2、N2O的特征吸收峰分别都在3.3-3.7微米范围内。并且，除去以上大气中气体的特征吸收波段，该波段的其余激光处于大气窗口的高透过区，对大气的穿透性强，传输过程损耗小，在激光制导、遥感测控、光电对抗等军事领域有着重要的应用。目前，国内外实现3-4微米波段激光的主要技术途径有以下几类:(1)中红外光参量振荡激光器(OPO)：该类型激光器是现阶段产生中红外激光最常用的技术方案，已实现了2-5微米的可调谐激光输出，具有波长调谐范围大，激光输出功率高的优点。然而，这类激光器结构复杂、装调精度要求极高，对温度、振动等环境因素的要求也较为苛刻，因此很难在卫星、飞机这类航天器上应用。(2)中红外晶体激光器：该类型激光器采用稀土与过渡族离子作为激活离子直接产生3微米以上的激光。由于存在强烈的多声子淬灭效应，通常要求激光晶体具有较低的声子能量，以避免过高的无辐射跃迁几率导致激光上能级寿命过低。因此，这类激光器通常采用声子能量较低的非氧化基质晶体(卤化物、硫化物、硒化物等)作为激光增益介质。为获得激光运转，还需要控制晶体处在远低于室温的环境温度下工作，这极大地增加了激光系统的复杂性与稳定性。(3)中红外光纤激光器：该类型激光器采用氟化物与硫化物光纤作为激光增益介质实现中红外激光输出。由于光纤激光的增益介质长，调Q运转时激光脉冲宽度较宽，峰值功率低。并且，光纤非线性效应严重，输出激光的谱线往往较宽，较小的芯径尺寸使其在短脉冲高能量激光运转下容易烧毁。另外，硫化物与氟化物的机械性能差、光纤加工难，且当前中红外波段光栅稀缺，这些不利因素都一定程度上限制了中红外光纤激光器的发展。(4)中红外带间级联激光器：这种技术可以实现3-3.8微米的激光输出，但其输出功率较低、激光线宽大，在许多应用上受到限制。以美国Thorlabs公司生产的法布里珀罗带间级联激光器为例，其最大输出功率为20-30毫瓦，线宽约为几十纳米。(5)中红外异质结半导体激光器：这类激光器主要采用半导体作为激光介质，其输出光束质量差、制备工艺难度大，通常需要在极低的温度下运转。目前，该类型的激光器在室温下无法实现波长大于3微米的激光。综上可知，目前现有技术中缺少一种结构简单，可在常温下使用，且输出功率较高的中红外激光器。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种结构简单，可在常温下使用，且输出功率较高的中红外激光器。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种中红外激光器，其特征在于：包括抽运光源、耦合光学系统、波长调谐元件、激光谐振腔和晶体组，所述波长调谐元件和所述晶体组均设置于所述激光谐振腔内，所述耦合光学系统以将所述抽运光源聚焦至所述抽运激光晶体内部生成荧光的方式设置，所述激光谐振腔设置在荧光进入所述谐振腔内；所述的抽运光源为用于产生1.9微米波长的脉冲激光的激光器；所述激光谐振腔具有全反镜和输出镜，所述激光谐振腔内设置有用于调节3-3.7微米波长范围的波长的调谐器件以及用于与所述输出镜形成拉曼振荡腔的复合镜；所述全反镜对2.4-2.7微米波段激光高反并对1.9微米波段高透；所述输出腔对2.4-2.7微米波段激光高反，同时对3-3.7微米波段激光部分透过；所述的复合镜对2.4-2.7微米波段激光高透，同时对3-3.7微米波段激光高反；所述晶体组包括抽运激光晶体和非线性光学晶体，所述抽运激光晶体为Cr:ZnSe晶体或Cr:ZnS晶体，所述非线性光学晶体为具有拉曼增益的非线性光学晶体，所述非线性光学晶体为BaWO4晶体或SrWO4晶体；所述抽运激光晶体设置于所述全反镜和所述波长调谐元件之间，所述非线性光学晶体设置在所述复合镜和所述输出镜之间。所述的抽运光源对所述抽运激光晶体的泵浦方式为单端面泵浦或双端面泵浦。所述波长调谐元件为F-P标准具、双折射滤光片或光栅中的任意一种。所述的抽运光源为1.9微米脉冲Tm:YAP或1.9微米脉冲Tm:YAG激光器。采用上述结构后，本专利技术一种中红外激光器具有以下有益效果：鉴于目前产生中红外手段技术上的不足，本专利技术专利提出了一种新型的产生3-3.7微米波段激光的中红外激光器，其结构紧凑牢固，抗干扰能力强，克服了现有技术中的中红外光参量振荡激光器(OPO)具有的结构复杂、装调精度要求极高等困难的缺点。本专利技术专利可在室温下实现3-3.7微米波段激光输出，克服了现有技术中的中红外晶体激光器和中红外异质结半导体激光器具有的低温冷却控制困难的缺陷。并且，本专利技术法采用具有拉曼增益的非线性光学晶体，可通过增加非线性光学晶体的有效长度来提高参量振荡转化效率，从而提高拉曼光的输出功率，克服了中红外带间级联激光器输出功率低的问题。附图说明图1为本专利技术的实施方式一的结构示意图；图2为本专利技术的实施方式二的结构示意图；图中：1.抽运光源、2.第一耦合镜、3.输入镜、4.激光晶体、5.复合腔镜、6.非线性光学晶体、7.输出镜、8.波长调谐元件、9.分光镜；10.第一反射镜；11.第二反射镜；12.第三反射镜；13.第二耦合镜；14.第四反射镜。具体实施方式为了进一步解释本专利技术的技术方案，下面通过具体实施例来对本专利技术进行详细阐述。实施方式一：如图1所示的一种中红外激光器，包括抽运光源、耦合光学系统、激光谐振腔和激光晶体；抽运光源1为用于产生1.9微米波长的脉冲激光的激光器，具体的在本实施方式中采用的是1.9微米脉冲Tm:YAP激光器或1.9微米脉冲Tm:YAG激光器；所述耦合光学系统具体为一块第一耦合镜2；所述激光谐振腔具有位于其一侧的全反镜3和位于其另一侧的输出镜7，设置在所述激光谐振腔内用于与输出镜7形成拉曼振荡腔的复合镜5以及用于调节3-3.7微米波长范围波长的波长调谐元件8；全反镜3对2.4-2.7微米波段激光高反并对1.9微米波段激光高透，即全反镜3对2.4-2.7微米波段激光具有高反射率并对1.9微米波段激光具有高透过率；输出镜7对2.4-2.7微米波段激光高反，即输出镜7对2.4-2.7微米波段激光具有高反射率，同时对3-3.7微米波段激光部分透过；复合镜5对2.4-2.7微米波段激光高透，即复合镜5对2.4-2.7微米波段激光具有高透过率，同时对3-3.7微米波段激光高反射；波长调谐元件8为F-P标准具或双折射滤光片或光栅中的任意一种。所述激光晶体包括抽运激光晶体4和非线性光学晶体6，抽运激光晶体4具体采用的是为Cr:ZnSe晶体或Cr:ZnS晶体，非线性光学晶体6为具有拉曼增益的非线性光学晶体，所述非线性光学晶体6可选择BaWO4晶体、SrWO4晶体、CaWO4晶体或KGd(WO4)2晶体中的一种，所述非线性光学晶体6采用BaWO4晶体或SrWO4晶体时可达到较理想的效果；抽运激光晶体4采用Cr:ZnSe晶体或Cr:ZnS晶体主要的原因是Cr:Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中红外激光器，其特征在于：包括抽运光源、耦合光学系统、波长调谐元件、激光谐振腔和晶体组，所述波长调谐元件和所述晶体组均设置于所述激光谐振腔内，所述耦合光学系统以将所述抽运光源聚焦至所述抽运激光晶体内部生成荧光的方式设置，所述激光谐振腔设置在荧光进入所述谐振腔内；所述的抽运光源为用于产生1.9微米波长的脉冲激光的激光器；所述激光谐振腔具有全反镜和输出镜，所述激光谐振腔内设置有用于调节3‑3.7微米波长范围的波长的调谐器件以及用于与所述输出镜形成拉曼振荡腔的复合镜；所述全反镜对2.4‑2.7微米波段激光高反并对1.9微米波段高透；所述输出腔对2.4‑2.7微米波段激光高反，同时对3‑3.7微米波段激光部分透过；所述的复合镜对2.4‑2.7微米波段激光高透，同时对3‑3.7微米波段激光高反；所述晶体组包括抽运激光晶体和非线性光学晶体，所述抽运激光晶体为Cr:ZnSe晶体或Cr:ZnS晶体，所述非线性光学晶体为具有拉曼增益的非线性光学晶体，所述非线性光学晶体为BaWO4晶体或SrWO4晶体；所述抽运激光晶体设置于所述全反镜和所述波长调谐元件之间，所述非线性光学晶体设置在所述复合镜和所述输出镜之间。...

【技术特征摘要】
1.一种中红外激光器，其特征在于：包括抽运光源、耦合光学系统、波长调谐元件、激光谐振腔和晶体组，所述波长调谐元件和所述晶体组均设置于所述激光谐振腔内，所述耦合光学系统以将所述抽运光源聚焦至所述抽运激光晶体内部生成荧光的方式设置，所述激光谐振腔设置在荧光进入所述谐振腔内；所述的抽运光源为用于产生1.9微米波长的脉冲激光的激光器；所述激光谐振腔具有全反镜和输出镜，所述激光谐振腔内设置有用于调节3-3.7微米波长范围的波长的调谐器件以及用于与所述输出镜形成拉曼振荡腔的复合镜；所述全反镜对2.4-2.7微米波段激光高反并对1.9微米波段高透；所述输出腔对2.4-2.7微米波段激光高反，同时对3-3.7微米波段激光部分透过；所述的复合镜对2.4-2.7微米波段激光高透，同时对3-3.7微米...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈慧彬，
申请(专利权)人：泉州师范学院，
类型：发明
国别省市：福建,35