一种用于化学激光器波长选择输出的组合干涉腔制造技术

本发明专利技术涉及一种用于化学激光器波长选择输出的组合干涉腔，该组合干涉腔采用稳定腔结构，包括一个凹面反射镜、一个45度分束片、两个平面反射镜。其中45度分束片和两个平面反射镜组成干涉子腔，凹面反射镜和平面镜的反射面分别镀有针对不同波长激光具有不同反射率的反射膜。通过控制激光器谐振腔内光学元件的反射率参数，对激光器的波长进行粗选择，通过调节干涉子腔的长度、分束片的分束比等参数，利用干涉效应，对相邻紧密的波长进行精细选择，实现激光器的任意单一波长激光的输出。

A combined interferometric cavity for wavelength selective output of a chemical laser

The invention relates to a combined interference chamber for wavelength selective output of chemical lasers. The combined interference chamber adopts a stable cavity structure, including a concave reflector, a 45 degree beam splitter and two plane mirrors. The interferometric cavity is composed of 45 degree beam splitter and two planar mirrors. The reflector of concave mirror and plane mirror is coated with reflective films with different reflectivity for different wavelengths. The reflectance parameters control laser cavity optics, rough selection of the wavelength of the laser interference, by adjusting the resonator length, beam splitter splitting ratio and other parameters, the interference effects on adjacent closely the wavelength of laser fine selection, implementation of any single wavelength laser output.

【技术实现步骤摘要】
一种用于化学激光器波长选择输出的组合干涉腔
本专利技术属于化学激光领域，具体涉及一种用于化学激光器波长选择输出的组合干涉腔。
技术介绍
中红外激光器工作在大气窗口波段，在激光光谱学、激光遥感、环境监测、激光医疗和红外对抗等领域均有重要的应用价值和前景。近年来，中红外激光器的得到了国内外科研单位的高度关注并得到了飞速的发展。自1969年Spencer等人将气动技术引入到化学激光器中，解决了反应物的快速混合，实现了第一台连续波氟化氢/氟化氘(HF/DF)激光器以来，HF/DF激光器成为目前发展最成熟、最具规模的中红外强激光体系。对于连续波HF激光器，激光产生的基本原理为NF3和D2在燃烧室中燃烧生成F原子，2NF3+2D2→N2+4DF+2F；含F原子的气流经过超音速喷管膨胀冷却后与H2分子反应生成激发态HF(v,J)分子，F+H2→HF(v,J)+H；激发态的HF(v,J)在光学谐振腔中受激发射形成波长为2.5-3.1μm的激光，HF(v,J)+hv→HF(v-1,J+1)+2hv。自从采用燃烧驱动技术和超音速混合技术后，连续波HF激光器获得了飞速发展，美国建造的ALPHA的HF激光器输出功率已经达到了MW量级。传统的连续波HF激光器输出谱线由HF分子不同振动能级和转动能级之间的跃迁产生，属于典型的多谱线输出，而大气中的水气对大多数HF波长的激光会产生强烈吸收，这就严重影响了HF激光器的实际应用。中红外波段大气透射谱研究表明，在HF激光波长范围内存在许多线宽很窄但具有较好大气透过率的微窗口，这为连续波HF激光的实际应用提供了有利条件。早在HF激光发展初期，单波长激光输出就引起了人们的兴趣，开展了单波长和选择性多波长激光输出的实验研究。大量研究表明，在传统HF化学激光中，某些特定波长的激光输出功率和效率都非常低，这就限制了激光器的使用。从激光技术上，获得单谱线激光输出的途径主要有两种，一种是通过提高单一波长的增益，通过模式竞争获得单波长激光输出；另一种是采用色散元件来增大其它波长的损耗，抑制其振荡从而获得单一波长输出。对于红外谱段分子激光器大多利用某些气体分子的选择性吸收，或者利用光栅或棱镜的色散效应来实现单波长激光。然而，气体分子的选择性吸收线虽多，但不能全部匹配所要抑制的波长的增益；光栅和棱镜也不易灵敏地调节距离十分接近的两波长之间增益损耗的关系。使用腔镜镀膜的方法，使所需波长光在谐振腔内产生反射振荡，其它波长从谐振腔内高度透射，原则上可以实现单波长激光输出，但在中红外波段，加工分辨精度达到几十纳米的腔镜十分困难。对于HF激光器，相邻最近的两波长的间隔只有1nm，目前的光学镀膜技术无法达到如此窄的反射或透射带宽，因此采用新的技术实现单一波长激光的输出变得十分必要。利用干涉原理对激光进行模式选择是一种常见的激光器选纵模方法，它通过调整干涉器件的精细透射窗口，使激光只有一个纵模输出，从而实现单纵模激光，常用的有F-P标准具、Michelson干涉仪、Fox-Smith干涉仪等。组合干涉腔是利用干涉仪系统来代替光腔的一个端面反射镜，由于干涉效应，使得干涉仪对腔内光束的组合反射率表现为入射波长的函数，从而实现激光选模的一种谐振腔。但利用这些方法进行化学激光波长的分辨选择并未见报道。由上述分析，需要一种能够有效地对化学激光器输出波长进行精细分辨的方法，并且避免对谐振腔引入额外损耗。本专利技术实现了满足上述化学激光器实现单一波长输出的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述技术问题，提供一种采用组合干涉腔选择激光波长输出的化学激光器。采用高精度波长截止片作为谐振腔腔镜，通过控制截止反射镜的反射率参数，对激光器的波长进行粗选择，通过调节干涉子腔的长度、分束片反射率等参数对波长进行精选控，从而实现任意波长激光单一输出的目的。为实现本专利技术的目的，具体技术解决方案是：采用组合干涉腔选择激光波长输出的化学激光器，其特点是该激光器的谐振腔包括凹面截止反射镜、激光增益区、45度分束片以及两个平面截止反射镜。其中凹面截止反射镜镀有短波长光高透过率、长波长光高反射率的介质膜；45度分束片的一个平面镀有半反射半透射的介质膜；第一平面截止反射镜镀有短波长光高透过率、长波长光高反射率的介质膜；第二平面截止反射镜镀有段波长光高反射率、长波长光高透过率的介质膜。凹面截止反射镜与两个平面截止反射镜对激光波长进行粗选择。第一平面截止反射镜、45度分束片和第二平面截止反射镜共同构成干涉子腔，与凹面截止反射镜共同作用，对紧密相邻的波长进行精细选择，从而实现任意波长激光的单一选择输出。本专利技术采用组合干涉腔选择激光波长输出的化学激光器的工作过程如下：激光器的光腔位超音速喷管的出口位置。对于HF激光的任意单一波长的激光，例如对于中心波长为2.87μm的激光，谐振腔凹面截止反射镜和第一平面截止反射镜分别镀有2.50μm-2.83μm波长光透射率>95％，2.87μm-3.10μm波长光反射率>99％的介质膜。当激光器运行时，波长小于2.87μm的辐射光在经过凹面截止反射镜和第一平面截止反射镜时几乎全部透过腔镜损耗掉，只有波长大于2.87μm的辐射光才能在腔内实现反射。这部分辐射光通过45度反射分束片后，经过第二平面截止反射镜进行反射。第二平面截止反射镜镀有2.50μm-2.83μm波长光反射率>99％，2.90μm-3.10μm波长光透过率>95％的介质膜。如此经过第二平面截止反射镜进行反射的辐射光只剩下波长为2.87μm附近的辐射光，实现了激光波长的粗选择。驱动第二平面截止片上的压电陶瓷，调整干涉子腔干涉臂的长度。利用干涉效应，使得紧密相连两个波长的辐射光，一个波长的光位于干涉子腔等效反射率的反射峰值，另一个波长的光位于干涉子腔等效反射率的谷值，在此过程中，对激光波长进行精选择。本专利技术具有以下优点：常规的选线方法如使用色散腔，也不易精细分辨紧密相邻的两条谱线，而且色散元件损伤阈值较低，不适用于较大功率的激光器中。使用组合干涉仪谐振腔进行激光器波长的选择输出，光学元件的抗损伤阈值高，且避免了较大的插入损耗。使用截止反射镜作为腔镜对波长进行粗选择，尔后使用干涉子腔利用干涉效应对紧密相邻的波长进行精细选择，可以实现任意单一波长激光的输出。附图说明图1为本专利技术一种用于化学激光器波长选择输出的组合干涉腔的结构示意图。图2为本专利技术一种用于化学激光器波长选择输出的组合干涉腔中凹面截止反射镜和第一平面截止反射镜的透射率分布图。图3为本专利技术一种用于化学激光器波长选择输出的组合干涉腔中第二平面截止反射镜的透射率分布图。图4为本专利技术一种用于化学激光器波长选择输出的组合干涉腔中干涉子腔等效反射率随波长变化分布图。图5为本专利技术一种用于化学激光器波长选择输出的组合干涉腔等效光强随波长变化分布图。具体实施方式如附图1所示，一种用于化学激光器波长选择输出的组合干涉腔，该激光器谐振腔包括凹面截止反射镜1、激光增益区2、45度分束片3、第一平面截止反射镜4、第二平面截止反射镜5。所有的光学元件均固定在真空仓内的隔震平台上。光腔的光轴分别经过凹面截止反射镜1、激光增益区2、45度分束片3反射面、第一平面截止反射镜4、第二平面截止本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于化学激光器波长选择输出的组合干涉腔，其特征在于：其为一激光器谐振腔，该激光器谐振腔包括凹面截止反射镜(1)、激光增益区(2)、45度分束片(3)、第一平面截止反射镜(4)、第二平面截止反射镜(5)；第一平面截止反射镜(4)、45度分束片(3)和第二平面截止反射镜(5)共同构成激光器光腔的干涉子腔；第一平面截止反射镜(4)与第二平面截止反射镜(5)相对设置，分别位于45度分束片(3)的上下两侧；第一平面截止反射镜(4)的几何中心到45度分束片(3)几何中心的距离与第二平面截止反射镜(5)的几何中心到45度分束片(3)几何中心的距离之差为3mm；凹面截止反射镜(1)和干涉子腔分别位于激光增益区(2)的左右两侧；凹面截止反射镜(1)、45度分束片(3)同轴设置，称之为A轴；45度分束片(3)、第一平面截止反射镜(4)、第二平面截止反射镜(5)同轴设置，称之为B轴；A轴与B轴垂直相交。

【技术特征摘要】
1.一种用于化学激光器波长选择输出的组合干涉腔，其特征在于：其为一激光器谐振腔，该激光器谐振腔包括凹面截止反射镜(1)、激光增益区(2)、45度分束片(3)、第一平面截止反射镜(4)、第二平面截止反射镜(5)；第一平面截止反射镜(4)、45度分束片(3)和第二平面截止反射镜(5)共同构成激光器光腔的干涉子腔；第一平面截止反射镜(4)与第二平面截止反射镜(5)相对设置，分别位于45度分束片(3)的上下两侧；第一平面截止反射镜(4)的几何中心到45度分束片(3)几何中心的距离与第二平面截止反射镜(5)的几何中心到45度分束片(3)几何中心的距离之差为3mm；凹面截止反射镜(1)和干涉子腔分别位于激光增益区(2)的左右两侧；凹面截止反射镜(1)、45度分束片(3)同轴设置，称之为A轴；45度分束片(3)、第一平面截止反射镜(4)、第二平面截止反射镜(5)同轴设置，称之为B轴；A轴与B轴垂直相交。2.根据权利要求1所述的一种用于化学激光器波长选择输出的组合干涉腔，其特征在于：所述的凹面截止反射镜(1)的凹面镀有0度入射，2.50μm-2.83μm波长光透射率>95％，2.87μm-3.10μm波长光反射率>99％的介质膜；凹面截止反射镜(1)的平面镀有0度入射，2.50μm-3.10μm波长光透射率>99.5％的介质膜；所述的45度分束片(3)的一个平面镀有45度入射，2.50μm-3.10μm波长光反射率为50％的介质膜，45度分束片(3)的第二平面镀有45度入...

【专利技术属性】
技术研发人员：王元虎，多丽萍，金玉奇，唐书凯，李国富，于海军，汪健，曹靖，康元福，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21