无腔镜光参量振荡器及其制作方法、中远红外激光器技术

本发明专利技术公开了一种无腔镜光参量振荡器及其制作方法、中远红外激光器，包括：晶体极化区域和分布式反馈曲面光栅区域，分布式反馈曲面光栅以晶体极化区域为中心对称地设置于晶体极化区域的外侧，并与晶体极化区域的光路连接。通过在晶体极化区域两端各写入一段分布式反馈曲面光栅(c‑DBR)，替代光参量振荡系统中的传统腔镜，所得光参量振荡器的体积得到有效缩小。同时减少了光参量振荡中远红外激光器的元器件，降低调节难度，提高使用稳定性。本发明专利技术还分别提供了该无腔镜光参量振荡器的制作方法和包含该无腔镜光参量振荡器的中远红外激光器。采用泵浦光激光器直接泵浦该器件，可以获得便捷式小体积的中远红外激光器。

【技术实现步骤摘要】
无腔镜光参量振荡器及其制作方法、中远红外激光器
本专利技术涉及一种无腔镜光参量振荡器及其制作方法、中远红外激光器，属于激光元器件领域。
技术介绍
2～10μm的中远红外波段在大气中具有较强的穿透能力，同时又存在较多的原子或分子吸收谱峰，因此该波段的激光光源在材料、生物、化学等方面的性能分析检测以及军事反导、定位等方面具有重要的作用。目前产生中远红外激光的重要方法为：非线性光学晶体的光参量振荡(opticalparametricoscillator,OPO)的方式。该方法可以提供多样化的波长调谐方式、多种功率值和多种调制方法。传统结构的OPO通常需要将非线性晶体放置于两个具有特殊镀膜的腔镜中，来实现高效率的光学参量振荡相互作用。该结构的光参量振荡已经可以获得较高的光光效率，但是同时该结构也存在着较难调准、调准后极易受震动影响以及成本高等问题，而且由于该结构的组装需要较多的元器件，整个装置难以实现小型化，不利于携带。这也极大地限制了中远红外激光在生物医疗、环保检测、军事对抗等领域的装配使用。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种小型化、易调准的无腔镜光参量振荡器。通过在极化晶体两端各设置一段分布式反馈曲面光栅(c-DBR)，替代传统光参量振荡系统中的腔镜，减少了光参量振荡中远红外激光器的元器件，从而缩小了光参量振荡器的体积。同时降低了光参量振荡器的调节难度，提高其使用稳定性。所述无腔镜光参量振荡器，包括：晶体极化区域和分布式反馈曲面光栅区域，所述分布式反馈曲面光栅区域以所述晶体极化区域为中心对称地设置于所述晶体极化区域的外侧，并与所述晶体极化区域光路连接。优选地，所述分布式反馈曲面光栅区域的图样满足公式(1)：其中，有效系数k＝2πn/λ，n为所述晶体极化区域晶体材料折射率，λ为泵浦光波长；z为沿着光传播方向的距离，沿着光传播方向z在光束和所述晶体极化区域相交点为0；y为垂直于光传播方向的距离，沿着光传播方向y在光束和所述晶体极化区域相交点为0；ω0为入射光通过所述分布式反馈曲面光栅后所形成汇聚光束的束腰半径；m为所述分布式反馈曲面光栅的衍射级次。优选地，无腔镜光参量振荡器还包括扩散区，所述扩散区与所述晶体极化区域光路连接，所述分布式反馈曲面光栅设置于所述扩散区上。优选地，所述的晶体极化区域任一侧的所述扩散区沿光传播方向的长度为3～10mm；优选地，所述无腔镜光参量振荡器包括相对设置的入光面和出光面，所述入光面和所述出光面上均分别设置光学增透膜。优选地，所述晶体极化区域材料为：周期性极化铌酸锂晶体、周期性极化磷酸氧钛钾晶体、周期极化钽酸锂晶体、周期性极化锗酸硼锂晶体或周期性极化砷酸钛氧铷晶体中的一种；所述晶体极化区域的极化周期在4.0um-200um范围内。优选地，所述晶体极化区域的结构为单周期、多周期、啁啾或级联中的至少一种。优选地，晶体极化区域的长度≤所述无腔镜光参量振荡器的长度与所述分布式反馈曲面光栅区域长度的差值；所述晶体极化区域的宽度≤所述无腔镜光参量振荡器的宽度；所述无腔镜光参量振荡器件的厚度为0.2-5mm。本专利技术的又一方面提供了一种如上述的无腔镜光参量振荡器的制作方法，包括以下步骤：1)在晶体材料的中心区进行周期性极化处理，形成晶体极化区域；2)在所述晶体材料的非所述晶体极化区域进行金属扩散，形成以所述晶体极化区域为中心，对称于所述晶体极化区域的扩散区；3)在所述扩散区内制作分布式反馈曲面光栅掩模层，在所述分布式反馈曲面光栅掩模层内进行紫外激光曝光，形成分布式反馈曲面光栅，得到所述无腔镜光参量振荡器。优选地，还包括分别对所述无腔镜光参量振荡器的出光端面和入光端面依序进行光学抛光和镀膜的步骤。本专利技术的又一方面提供了一种中远红外激光器，包括泵浦光源和如上述的无腔镜光参量振荡器，所述泵浦光源与所述无腔镜光参量振荡器的入光面光路连接。本专利技术的有益效果包括但不限于：(1)本专利技术所提供的无腔镜光参量振荡器，通过在极化晶体的相对端分别设置分布式反馈曲面光栅，替代现有光参量振荡器中的腔镜，从而减少了安装器件的数量，极大地缩小了光参量振荡器的体积。同时通过采用分布式反馈曲面光栅，在保证光参量振荡器正常使用的前提下，降低无腔镜光参量振荡器的调节难度，提高其使用稳定性。(2)本专利技术所提供的无腔镜光参量振荡器，其中分布式反馈曲面光栅的曲面曲率和光栅周期可依据极化晶体材料的折射率和入射泵浦光源的波长等因素决定，便于根据需要对光参量振荡器进行调节。(3)本专利技术所提供的无腔镜光参量振荡器制作方法，通过在极化晶体材料的两端分别设置扩散区，并在扩散区内设置分布式反馈曲面光栅，从而得到无腔镜光参量振荡器。(4)本专利技术所提供的中远红外激光器，以1064nm等波段的泵浦激光器直接泵浦上述无腔镜光参量振荡器，得到中远红外激光器。所得中远红外激光器中元器件较少。可获得小型化便捷式中远红外激光器。附图说明图1是本专利技术提供的一种无腔镜光参量振荡器的结构示意图。部件和附图标记列表：具体实施方式下面结合实施例详述本专利技术，但本专利技术并不局限于这些实施例。参见图1，本专利技术提供的无腔镜光参量振荡器，包括：晶体极化区域104和分布式反馈曲面光栅102，分布式反馈曲面光栅102以晶体极化区域104为中心对称地设置于晶体极化区域104的外侧，并与晶体极化区域104光路连接。以分布式反馈曲面光栅102替代腔镜，制得的光参量振荡器结构紧凑体积小。在一个具体实施方式中，分布式反馈曲面光栅102设置于晶体材料中，该晶体材料与晶体极化区域104光路连接，或者在未极化区域的并与晶体极化区域相连接的晶体材料中设置即可。分布式反馈曲面光栅102的设置方法按现有方法进行即可。在另一具体实施方式中，分布式反馈曲面光栅102通过光路与晶体极化区域104的两相对外侧面相连接。光路中可以包括反射镜或聚焦装置。此处所用的晶体极化区域104的晶体材料、结构、周期均可以为各类常用的周期极化晶体。本文中晶体材料是指在未进行周期性极化工艺的晶体材料。优选的，分布式反馈曲面光栅102的图样满足公式(1)：其中，有效系数k＝2πn/λ，n为所述晶体极化区域晶体材料折射率，λ为泵浦光波长；z为沿着光传播方向的距离，沿着光传播方向z在光束和所述晶体极化区域相交点为0；y为垂直于光传播方向的距离，沿着光传播方向y在光束和所述晶体极化区域相交点为0；ω0为入射光通过所述分布式反馈曲面光栅后所形成汇聚光束的束腰半径；m为所述分布式反馈曲面光栅的衍射级次。根据需要可以通过控制晶体材料折射率，以及泵浦光105的波长，对分布式反馈曲面光栅102的曲面曲率和光栅周期进行调节。分布式反馈曲面光栅102的相关性能参数是依据材料折射率、选择波长等因素通过曲面光栅理论计算获得。此处的泵浦光波长是指该无腔镜光参量振荡器使用时，入射无腔镜光参量振荡器的泵浦光。优选的，无腔镜光参量振荡器还包括扩散区103，扩散区103与晶体极化区域104光路连接，分布式反馈曲面光栅102设置于扩散区103上。在一个具体实施例中，在1100℃以上的高温气体氛围中，通过金属扩散法将光热折变材料掺入未极化的晶体区域中，形成扩散区103。优选的，所述极化晶体材料任一侧的扩散区沿光路方向的长度为3～10mm。优选的，无腔镜光参量振荡器包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无腔镜光参量振荡器，其特征在于，包括：晶体极化区域和分布式反馈曲面光栅区域，所述分布式反馈曲面光栅区域以所述晶体极化区域为中心对称地设置于所述晶体极化区域的外侧，并与所述晶体极化区域光路连接。

【技术特征摘要】
1.一种无腔镜光参量振荡器，其特征在于，包括：晶体极化区域和分布式反馈曲面光栅区域，所述分布式反馈曲面光栅区域以所述晶体极化区域为中心对称地设置于所述晶体极化区域的外侧，并与所述晶体极化区域光路连接。2.根据权利要求1所述的无腔镜光参量振荡器，其特征在于，所述分布式反馈曲面光栅区域的图样满足公式(1)：其中，有效系数k＝2πn/λ，n为所述晶体极化区域晶体材料折射率，λ为泵浦光波长；z为沿着光传播方向的距离，沿着光传播方向z在光束和所述晶体极化区域相交点为0；y为垂直于光传播方向的距离，沿着光传播方向y在光束和所述晶体极化区域相交点为0；ω0为入射光通过分布式反馈曲面光栅后所形成汇聚光束的束腰半径；m为所述分布式反馈曲面光栅的衍射级次。3.根据权利要求1所述的无腔镜光参量振荡器，其特征在于，所述无腔镜光参量振荡器还包括扩散区，所述扩散区与所述晶体极化区域光路连接，分布式反馈曲面光栅设置于所述扩散区上。4.根据权利要求3所述的无腔镜光参量振荡器，其特征在于，所述晶体极化区域任一侧的所述扩散区沿光传播方向的长度为3～10mm。5.根据权利要求1所述的无腔镜光参量振荡器，其特征在于，所述无腔镜光参量振荡器包括相对设置的入光面和出光面，所述入光面和所述出光面上均分别设置光学增透膜。6.根据权利要求1所述的无腔镜光参量振荡器，其特征在于，所述晶体极化区域材料为：周期性极化铌酸锂晶体、周期性...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈怀熹，许艺斌，李广伟，缪龙，冯新凯，邹小林，梁万国，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35