一种中红外光参量全固态激光源制造技术

本发明专利技术提供一种中红外光参量全固态激光源，包括依次连接的激光振荡器、第一光参量振荡器、光参量放大器及第二光参量振荡器。通过在激光振荡器内设置第一光参量振荡器，并基于一个耦合输出镜同时共轴输出高功率近红外激光及可调谐光参量闲频光，进一步，光参量放大器基于走离补偿方式实现红外激光泵浦下光参量闲频光的高效放大，并同时产生相应的光参量信号光；最后，采用光参量放大器后共轴输出的多波长激光同时泵浦第二光参量振荡器，利用非线性红外晶体在多个不同波长激光同时泵浦下的多相位匹配特性及或晶体的相位匹配折返特性，实现一种波长可调控的多波段多波长高功率中红外可调谐激光输出。

An all solid state laser source with medium and infrared optical parameters

【技术实现步骤摘要】
一种中红外光参量全固态激光源
：本专利技术实施例涉及激光
，特别涉及一种中红外光参量全固态激光源。
技术介绍
：波长介于2-20μm的中红外光谱覆盖了2-2.5μm、3-5μm及8-14μm三个重要的大气窗口，并且涵盖了绝大多数分子气体、有毒试剂、空气、水和土壤污染物、人类呼吸成分以及多种爆炸性试剂的吸收峰，因此该波段在大气监测、光学遥感、光谱分析、空间光通信、环保、医疗等领域有着重大的应用价值，已成为国内外广泛研究的热点与难点。光学参量技术(OPG/OPA/OPO)因具有增益高、热效应低、波长调谐范围宽、放大脉冲对比度高、量子效率高、光束质量好等优点而引起了人们巨大的研究兴趣。基于成熟的固体激光泵浦红外非线性光学晶体实现光参量频率下转换已成为获得精密化、实用化中红外激光源的最有效方法之一。在当前的某些应用领域，如光谱分析或遥感
中，对多波长中红外光源，特别是能同时覆盖多个可选波段的多波长可调谐高功率中红外光源提出了迫切需求。然而目前传统的光参量激光器最多只能实现包括泵浦光、信号光及闲频光三个波长的激光输出，其中泵浦光为单一固定波长，虽然信号光和闲频光波长可以调谐，但是，一方面信号光和闲频光波长受限于泵浦波长及能量守恒原理从而导致其无法同时自由选择各自所处的波段；另一方面信号光与闲频光的调谐范围受限于一定口径的非线性晶体相位匹配角可调节范围及中红外激光薄膜带宽，导致其波长可覆盖范围有限，不能满足需要同时覆盖多个可选波段的多波长可调谐中红外激光的情况。
技术实现思路
：为了解决目前的中红外光参量激光源最多只能同时输出三种及以下波长激光，不能满足同时覆盖多个可选波段的多波长可调谐高功率中红外激光输出的需求，本专利技术提供一种中红外光参量全固态激光源，包括：依次连接的激光振荡器、第一光参量振荡器、光参量放大器及第二光参量振荡器；其中第一光参量振荡器设置在激光振荡器谐振腔内，并同激光振荡器共用同一个耦合输出镜同时共轴耦合输出高功率近红外激光与波长可调谐的光参量闲频光；光参量放大器设置于耦合输出镜后，采用与第一光参量振荡器完全相同参数的非线性光学晶体，并基于走离补偿方式实现红外激光泵浦下光参量闲频光的高效放大，同时依据光参量能量守恒原理再次输出相对应的可调谐光参量信号光；第二光参量振荡器设置于光参量放大器后，基于光参量放大器后共轴输出的近红外激光、可调谐光参量信号光及可调谐光参量闲频光同时泵浦非线性晶体，利用非线性晶体在多个不同波长激光泵浦下的多相位匹配特性及或相位匹配折返特性，实现一种波长可调控的多波段多波长中红外可调谐激光输出。优选地，激光振荡器可采用一个激光增益模块来产生一个或多个不同波长的近红外激光或采用多个不同激光增益模块来产生多个不同波长的近红外激光。优选地，激光振荡器的激光增益模块采用泵浦光源从端面或侧面泵浦激光晶体，其中所述泵浦光源包括半导体激光器、闪光灯、光纤激光器及固体激光器；所述激光晶体的基质材料包括YAG、YVO4、Al2O3、YAP、CaF2、YLF晶体，陶瓷，玻璃及光纤；所述激光晶体的掺杂离子包括Nd3+、Yb3+、Er3+、Tm3+、Ho3+、Ti3+、Cr3+、Dy3+。优选地，第一光参量振荡器基于激光振荡器内的一个或多个不同波长的近红外激光同时双程泵浦，利用非线性晶体在多个不同波长激光同时泵浦下的多相位匹配特性及或相位匹配折返特性，产生多个可调谐光参量信号光及相应的多个可调谐光参量闲频光。优选地，第一光参量振荡器中光参量腔镜对光参量信号光实现反射率0％至100％范围内的反射，对光参量闲频光实现完全反射。优选地，第一光参量振荡器，光参量放大器及第二光参量振荡器所用非线性光学晶体为LBO、BBO、KTP、KTA、RTP、LN、MgO∶PPLN、SiC、ZGP、AgGaS/Se、BGS/Se、LIS/Se、CdSe、CSP、GaSe、OP-GaAs晶体。优选地，用来同时泵浦第二光参量振荡器中非线性光学晶体的多个不同波长的泵浦激光为通过非线性频率变换得到的多波长激光或多波长激光振荡器输出的多波长激光或基于波长合束得到的多波长激光。本专利技术实施例提供了一种中红外光参量全固态激光源，采用多个可调控波长的激光作为泵浦光同时泵浦非线性红外晶体，利用非线性红外晶体在多个不同波长激光泵浦下的多相位匹配特性及或相位匹配折返特性，实现一种波长可调控的多波段多波长中红外可调谐激光输出。附图说明图1为根据本专利技术一个优选实施方式的中红外光参量全固态激光源的结构示意图；图2为根据本专利技术一个优选实施方式的中红外光参量全固态激光源的第二光参量振荡器中非线性光学晶体的Type-I(o→ee)相位匹配曲线；图3为根据本专利技术一个优选实施方式的中红外光参量全固态激光源的第二光参量振荡器中非线性光学晶体的Type-II(o→eo)相位匹配曲线；图4为根据本专利技术一个优选实施方式的中红外光参量全固态激光源的结构示意图；图5为根据本专利技术一个优选实施方式的中红外光参量全固态激光源的结构示意图；其中：1.激光高反镜2.激光增益模块3.激光调制模块4.第一光参量振荡腔镜5.第一非线性光学晶体6.第一激光耦合输出镜7.第三非线性光学晶体8.光束耦合模块9.第二光参量振荡腔镜10.第二非线性光学晶体11.第二激光耦合输出镜13.激光振荡器14.第一光参量振荡器15.第二光参量振荡器16.光参量放大器201.第一激光增益模块202.第二激光增益模块。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图1为根据本专利技术一个优选实施方式的中红外光参量全固态激光源的结构示意图，如图1所示，本专利技术提供了一种中红外光参量全固态激光源，包括：依次连接的激光振荡器13、第一光参量振荡器14、光参量放大器15及第二光参量振荡器16。激光振荡器13包括依次连接的激光高反镜1、激光增益模块2、激光调制模块3和第一激光耦合输出镜6；激光振荡器13的谐振腔内设有第一光参量振荡器14，第一光参量振荡器14包括依次连接的第一光参量振荡腔镜4、第一非线性光学晶体5和第一激光耦合输出镜6，第一光参量振荡腔镜4和激光调制模块3连接，第一非线性光学晶体5和第一激光耦合输出镜6连接；本中红外光参量全固态激光源还包括光参量放大器15和第二光参量振荡器16，光参量放大器15包括第三非线性光学晶体7，连接于第一激光耦合输出镜6之后；第二光参量振荡器15包括依次连接的光耦合模块8、第二光参量振荡腔镜9、第二非线性光学晶体10和第二激光耦合输出镜11，光耦合模块8连接于第三非线性光学晶体7之后。其中，第三非线性光学晶体7为走离补偿放置。具体地，激光高反镜1用来完全反射近红外激光；激光增益模块2用来产生近红外激光并实现光放大；激光调制模块3用来调制近红外激光的时间及偏振特性；第一光参量振荡腔镜4用来反馈光参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中红外光参量全固态激光源，其特征在于，包括：依次连接的激光振荡器、第一光参量振荡器、光参量放大器及第二光参量振荡器；其中第一光参量振荡器设置在激光振荡器谐振腔内，并同激光振荡器共用同一个耦合输出镜同时共轴耦合输出近红外激光及波长可调谐的光参量闲频光；光参量放大器设置于耦合输出镜后，采用与第一光参量振荡器完全相同参数的非线性光学晶体，并基于走离补偿方式实现红外激光泵浦下光参量闲频光的高效放大，同时依据光参量能量守恒原理再次输出相对应的可调谐光参量信号光；第二光参量振荡器设置于光参量放大器后，基于光参量放大器后共轴输出的近红外激光、可调谐光参量信号光及可调谐光参量闲频光同时泵浦非线性晶体，利用非线性晶体在多个不同波长激光同时泵浦下的多相位匹配特性及或晶体的相位匹配折返特性，实现一种波长可调控的多波段多波长高功率中红外可调谐激光输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种中红外光参量全固态激光源，其特征在于，包括：依次连接的激光振荡器、第一光参量振荡器、光参量放大器及第二光参量振荡器；其中第一光参量振荡器设置在激光振荡器谐振腔内，并同激光振荡器共用同一个耦合输出镜同时共轴耦合输出近红外激光及波长可调谐的光参量闲频光；光参量放大器设置于耦合输出镜后，采用与第一光参量振荡器完全相同参数的非线性光学晶体，并基于走离补偿方式实现红外激光泵浦下光参量闲频光的高效放大，同时依据光参量能量守恒原理再次输出相对应的可调谐光参量信号光；第二光参量振荡器设置于光参量放大器后，基于光参量放大器后共轴输出的近红外激光、可调谐光参量信号光及可调谐光参量闲频光同时泵浦非线性晶体，利用非线性晶体在多个不同波长激光同时泵浦下的多相位匹配特性及或晶体的相位匹配折返特性，实现一种波长可调控的多波段多波长高功率中红外可调谐激光输出。


2.根据权利要求1所述的中红外光参量全固态激光源，其特征在于，所述激光振荡器采用一个激光增益模块来产生一个或多个不同波长的近红外激光，或采用多个不同的激光增益模块来产生一个或多个不同波长的近红外激光。


3.根据权利要求1所述的中红外光参量全固态激光源，其特征在于，所述激光振荡器的激光增益模块采用泵浦光源从端面或侧面泵浦激光晶体，其中所述泵浦光源包括半导体激光器、闪光灯、光纤激光器及固体激光器；所述激光晶体的基质材料包括YAG、YVO4、Al2O3、YAP、CaF2、YLF晶体，陶瓷，玻璃及光纤；所述激光晶体的掺杂离子包括Nd3+、Yb3+、Er3+、Tm3+、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨峰，彭钦军，薄勇，许祖彦，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11