一种中远红外多波段激光器制造技术

本发明专利技术的一种中远红外多波段激光器，可解决克服中远红外激光器波长单一、结构相对复杂的不能满足需求的技术问题。包括依次呈直线设置的第一谐振腔镜、激光棒、LGS电光调Q晶体、第二谐振腔镜、放大级、第三谐振腔镜、光转换开关；经过光转换开关之后又设置三条光路，第一路为沿光开关直线射出；第二路和第三路为分别与第一条光路呈夹角α和夹角β的光路；第二光路为依次呈直线设置的第四谐振腔镜、硒化镉晶体元件、第五谐振腔镜；第三光路为依次呈直线设置的第六谐振腔镜、磷锗锌晶体元件、第七谐振腔镜。本发明专利技术通过激光工作物质Er:YAP晶体，LGS电光调Q晶体和ZGP与CdSe红外非线性频率变换晶体，通过光转换开关，可在一台激光器上实现2.7μm、3‑5μm和8‑14μm三波段激光输出。

A mid far infrared multi band laser

【技术实现步骤摘要】
一种中远红外多波段激光器
本专利技术属于激光
，具体涉及一种中远红外多波段激光器。
技术介绍
掺铒离子激光材料，其中4I11/2→4I13/2的能级跃迁,可产生2.7-3μm波段附近的激光，2.7-3μm波段附近与水的强吸收峰位置重叠，因而水对它的吸收率特别高，是精细外科手术理想的工作波段，这一性质使铒激光在生物和医学领域已得了非常广泛的应用。其中2.7μm相对于目前发展成熟Cr,Er:YSGG的2.79μm和Er:YAG的2.94μm，具有光纤传输损耗小和皮肤损伤层较浅的优点。另外，用2.7μm激光泵浦红外非线性晶体实现光参量振荡，能够获得3～5和8-14μm的中远红外光源，可用于光电对抗(干扰)、红外照明、激光雷达、自由空间通信、化学和生物战剂的探测、环境污染监测以及反恐等领域。美国曾发展2.7μm的HF化学激光器，然而其具有体积庞大和毒性大的缺点，固体激光器拥有体积较小、结构相对简单的优势。YAlO3(YAP)晶体是优良的固体激光基质材料，它是一种双光轴晶体，属正交晶系，其空间群为Pbnm，该晶体各向异性，使其具有很多优点。第一，YAP晶体和YAG(Y3Al5O12)晶体在热力学及机械性能方面比较相似；第二，当在较高功率泵浦的条件下，YAP晶体的自然双折射超越热双折射而占主导地位，所以可以忽略由于热双折射效应带来的不利影响；第三，激活离子掺杂的YAP晶体可以直接产生线性偏振的激光；第四，通过改变光场矢量在晶体中的方向，可实现激光波长的小范围调谐；第五，YAP的声子能量(570cm-1)较低，是实现中红外激光较理想的基质材料，并且采用熔体提拉法可以获得高光学质量的单晶。目前已有在Er:YAP晶体中，采用LD端面泵浦获得约740mW的2.7μm附近连续激光输出结果的报道(权聪等,2.7μmdual-wavelengthlaserperformanceofLDend-pumpedEr:YAPcrystal,OpticsExpress,2018,26:28421)。端面泵浦由于泵浦光吸收不均匀，导致激光晶体元件尺寸小，从而激光输出功率的大小受到限制。LD侧面泵浦可以较好地解决这个问题，但是尚未发现有采用LD侧面泵浦Er:YAP实现激光输出的报道。当前LiNbO3电光调Q晶体虽然发展较为成熟，但是由于其在2.7μm波段的损伤阈值较低，远不能满足应用需求。实验结果表明LGS晶体在2.7μm的损伤阈值较高，是一种较为理想的中红外调Q晶体。许多非线性光学晶体在2.7-3μm有较低的吸收损耗，并且其相比于1μm和2μm，与中远红外更接近，在产生8-14μm时具有更高的效率，因此是中远红外光参量振荡激光较为理想的泵浦源，至今已有采用Cr,Er:YSGG晶体产生的2.79μm激光泵浦ZnGeP2和CdSe产生中远红外激光输出的报道(T.H.Allik,etal,Tunable7-12μmopticalparametricoscillatorusingaCr,Er:YSGGlasertopumpCdSeandZnGeP2crystals,OpticsLetters,1997,22:597)。但是采用闪光灯泵浦效率较低(通常仅3％左右)，导致激光工作频率受到限制，而且YSGG及YAG等晶体属立方晶系，不仅热退偏较为严重，而且电光调Q压缩激光脉宽时，需要在谐振腔内添加起偏器件，从而增加了激光损耗与激光器的复杂性。
技术实现思路
本专利技术提出的一种中远红外多波段激光器，可解决克服中远红外激光器波长单一、结构相对复杂的不能满足需求的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种中远红外多波段激光器，包括依次呈直线方向摆放设置的第一谐振腔镜M1、激光棒、LGS电光调Q晶体(LGS是硅酸镓镧La3Ga5SiO12的简写)、第二谐振腔镜M2、第三谐振腔镜M3、光转换开关；经过光转换开关之后又设置三条光路，第一条光路为沿光开关直线射出；第二条光路和第三条光路为不重合的且分别与第一条光路呈夹角α和夹角β的光路，0°<α<90°，0°<β<90°；所述第二光路为依次呈直线方向摆放设置的第四谐振腔镜M4、硒化镉晶体元件、第五谐振腔镜M5；所述第三光路为依次呈直线方向摆放设置的第六谐振腔镜M6、磷锗锌晶体元件、第七谐振腔镜M7；所述激光棒采用790nm或970nmLD侧面泵浦掺Er3+浓度为5-30at％的Er:YAP激光晶体棒。进一步的，所述第二谐振腔镜M2与第三谐振腔镜M3之间设置放大级。进一步的，所述第一谐振腔镜M1是第一光路的全反镜，第二谐振腔镜M2和第三谐振腔镜M3是在第一光路分别10％～80％和30％～90％透过的输出镜。进一步的，所述第六谐振腔镜M6、第七谐振腔镜M7和磷锗锌晶体元件构成第三条光路，其中第六谐振腔镜M6为2.7μm波段透过率≥95％、第3-5μm波段全反的输入镜，第七谐振腔镜M7是3-5μm波段10％～50％透过的输出镜。进一步的，所述第四谐振腔镜M4、第五谐振腔镜M5和硒化镉晶体元件构成第二条光路，其中第四谐振腔镜M4为2.7μm波段透过率≥95％、8-14μm波段全反的输入镜，第五谐振腔镜M5是8-14μm波段10～50％透过的输出镜。进一步的，所述激光棒是Er:YAP晶体，分子式为Erx:Y(1-x)AlO3，其中Er是稀土离子Er3+的简写，起到激活离子的作用，所述Er3+的掺杂浓度范围为5-30at％，即0.05<x<0.3；进一步的，所述激光棒可以为两端键合纯YAP的复合棒或两端带有一定曲率的凹面棒，也可以为非键合的平平面棒。所述YAP是铝酸钇YAlO3的简写，其作为基质晶体，为激活离子提供一个晶格场。由上述技术方案可知，本专利技术的中远红外多波段激光器，能够实现2.7μm、3-5μm和8-14μm激光输出的中远红外三波段激光器，其中激光工作物质是Er:YAP晶体，LGS电光调Q晶体和ZGP与CdSe红外非线性频率变换晶体，通过光转换开关，可在一台激光器上实现2.7μm、3-5μm和8-14μm三波段激光输出。本专利技术提出采用LD侧面泵浦Er:YAP激光晶体，直接产生高效率、高重复频率、高能量的2.7μm偏振激光；采用高损伤阈值的LGS电光调Q晶体，产生纳秒级脉宽的2.7μm激光；采用2.7μm激光作为泵浦源，使用ZGP和CdSe红外非线性频率变换晶体，通过光转换开关，使它在不同的谐振腔内产生光参量振荡振荡，分别实现高效的3-5μm和8-14μm中远红外激光，从而在一台激光器上获得高性能的2.7μm、3-5μm和8-14μm三波段激光，满足生物医学、环境污染监测、科学研究及国防安全等多领域的应用需求。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中远红外多波段激光器，其特征在于：/n包括依次呈直线方向摆放设置的第一谐振腔镜M1、激光棒、LGS电光调Q晶体、第二谐振腔镜M2、第三谐振腔镜M3、光转换开关；/n经过光转换开关之后又设置三条光路，第一条光路为沿光开关直线射出；第二条光路和第三条光路为不重合的且分别与第一条光路呈夹角α和夹角β的光路，0°<α<90°，0°<β<90°；/n所述第二光路为依次呈直线方向摆放设置的第四谐振腔镜M4、硒化镉晶体元件、第五谐振腔镜M5；/n所述第三光路为依次呈直线方向摆放设置的第六谐振腔镜M6、磷锗锌晶体元件元件、第七谐振腔镜M7；/n所述激光棒采用790 nm或970 nm LD侧面泵浦掺Er

【技术特征摘要】
1.一种中远红外多波段激光器，其特征在于：
包括依次呈直线方向摆放设置的第一谐振腔镜M1、激光棒、LGS电光调Q晶体、第二谐振腔镜M2、第三谐振腔镜M3、光转换开关；
经过光转换开关之后又设置三条光路，第一条光路为沿光开关直线射出；第二条光路和第三条光路为不重合的且分别与第一条光路呈夹角α和夹角β的光路，0°<α<90°，0°<β<90°；
所述第二光路为依次呈直线方向摆放设置的第四谐振腔镜M4、硒化镉晶体元件、第五谐振腔镜M5；
所述第三光路为依次呈直线方向摆放设置的第六谐振腔镜M6、磷锗锌晶体元件元件、第七谐振腔镜M7；
所述激光棒采用790nm或970nmLD侧面泵浦掺Er3+浓度为5-30at%的Er:YAP激光晶体元件。


2.根据权利要求1所述的中远红外多波段激光器，其特征在于：所述第二谐振腔镜M2与第三谐振腔镜M3之间设置放大级。


3.根据权利要求1所述的中远红外多波段激光器，其特征在于：所述第一谐振腔镜M1是第一光路的全反镜，第二谐振腔镜M2和第三谐振腔镜M3是在第一光路分别1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙敦陆，罗建乔，倪友保，张会丽，赵绪尧，权聪，胡伦珍，韩志远，董昆鹏，程毛杰，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34