超短脉冲中长波红外激光器制造技术

一种使用超短脉冲中长波红外激光器的系统和方法。通过脉冲持续时间在飞秒范围内的2μm激光源对该系统进行播种。光束被展宽从而增加脉冲持续时间，并且光束被放大从而增加激光束的能量水平。首先生成中波红外和长波红外种光束，然后通过一个或多个光学参量啁啾脉冲放大级进行放大。压缩器可用于压缩一个或多个输出光束，从而在输出光束中实现高峰值功率和可控脉冲持续时间。然后，输出光束可用于在km范围内产生大气或材料效果。范围内产生大气或材料效果。范围内产生大气或材料效果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超短脉冲中长波红外激光器


[0001]本专利技术涉及红外激光器，特别涉及一种超短脉冲中长波红外激光器。

技术介绍

[0002]据了解，目前可用于光谱的中波红外(IR)部分的激光器架构很少，即超短脉冲激光器(USPL)。这些传统解决方案通常基于工作波长约为1μm的钛:蓝宝石激光器或光纤激光器。然后，这些激光器通过非线性光学过程频率转换为光谱的中波红外部分，并且在某些情况下进一步放大。由于量子缺陷高，这些非线性光学(NLO)转换过程对于1μm或接近1μm的种(seed)效率较低，并且NLO材料用于近红外转换的非线性系数较低。因此，大多数可用系统在中波红外中产生低能量，通常在低μJ范围内。在不添加许多放大级的情况下，很难在这些系统中达到每脉冲高能量(mJ范围)和/或高平均功率，这使得系统变得笨重而精致。此外，许多NLO晶体，例如GaSe或AgGaSe，经常用于将1μm光源转换为中波红外或更长波长，当在～1μm的高泵功率下使用时，会受到寄生效应的限制，例如2和3光子吸收。
[0003]因此，本公开的目的是克服与可用于中波红外应用的常规超短脉冲激光器相关的上述弱点和缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个形态是一种超短脉冲红外激光器，包括：2μm激光源，其具有小于500飞秒范围内的脉冲持续时间；展宽器，其用于将2μm激光的脉冲持续时间增加到经展宽的脉冲持续时间；一个或多个放大器级，其用于增加经展宽的脉冲2μm激光的能量水平；非线性频率转换级，其用于生成中波红外或长波红外种光束；光学参量啁啾脉冲(chirped
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pulse)放大级，其用于放大中波红外或长波红外光束；和压缩器，其用于控制和压缩中波红外或长波红外光束中的所导致的脉冲持续时间。
[0005]超短脉冲红外激光器的一个实施方式是，中波红外为3～8μm，长波红外为8～12μm。
[0006]超短脉冲红外激光器的另一个实施方式是，其中，脉冲持续时间为约100fs，能量在数十mJ范围内，导致高峰值功率。在某些情况下，所导致的脉冲持续时间在飞秒、皮秒或纳秒范围内。
[0007]超短脉冲红外激光器的又一个实施方式是，其中，激光器是跨越中波红外和长波红外光谱域的可切换光谱发射激光器。在某些实施方式中，光学参量啁啾脉冲放大级包括非线性光学元件。在一些情况下，非线性光学元件包括ZGP晶体并放大3～8μm范围内的光束。
[0008]超短脉冲红外激光器的又一个实施方式是，其中，可控脉冲持续时间使得光束能够在km范围内产生大气或材料效应。
[0009]本专利技术的另一个形态是一种超短脉冲红外激光器，包括：2μm激光源，其具有小于500飞秒范围内的脉冲持续时间；展宽器，其用于将2μm激光的脉冲持续时间增加到经展宽
的脉冲持续时间；一个或多个放大器级，其用于增加展宽脉冲2μm激光的能量水平；非线性频率转换级，其用于生成中波红外和长波红外种光束；光学参量啁啾脉冲放大级，其用于放大中波红外和长波红外光束；和压缩器，其用于控制和压缩中波红外和长波红外光束中的所导致的脉冲持续时间，其中，约3.8μm的一个光束用于产生大气或材料效应，而4.6μm的第二个光束用于测距或大气湍流补偿。
[0010]超短脉冲红外激光器的一个实施方式是，中波红外为3～8μm，长波红外为8～12μm。在某些实施方式中，所导致的脉冲持续时间为约100fs，能量在数十mJ范围内。在某些情况下，所导致的脉冲持续时间在飞秒、皮秒或纳秒范围内。
[0011]超短脉冲红外激光器的另一个实施方式是，其中，激光器是跨越中波红外和长波红外光谱域的可切换光谱发射激光器。
[0012]超短脉冲红外激光器的又一个实施方式是，其中，光学参量啁啾脉冲放大级包括非线性光学元件。在一些情况下，非线性光学元件包括ZGP晶体并放大3～8μm范围内的光束。
[0013]超短脉冲红外激光器的又一个实施方式是，其中，可控脉冲持续时间使得所输出的光束能够在km范围内产生大气或材料效应。
[0014]本公开的又一个形态是一种使用超短脉冲红外激光系统的方法，包括：通过具有小于500飞秒范围的脉冲持续时间的2μm激光源来对系统进行播种(seeding)；通过展宽器来展宽光束，从而将2μm激光的脉冲持续时间增加到经展宽的脉冲持续时间；通过一个或多个放大器级来放大经展宽的脉冲持续时间光束，从而增加经展宽的脉冲持续时间2μm激光束的能量水平；非线性频率转换级，其用于生成中波红外和/或长波红外种光束；光学参量啁啾脉冲放大级，其用于放大中波红外和/或长波红外光束；并且通过压缩器来压缩和控制中波红外和/或长波红外光束中的所导致的脉冲持续时间，从而得到中波红外和/或长波红外光束以实现高峰值功率。
[0015]使用超短脉冲红外激光系统的方法的一个实施方式还包括形成跨越中波红外和长波红外光谱域的可切换光谱发射激光器。
[0016]使用超短脉冲中长波红外激光系统的方法的另一个实施方式还包括通过km范围内的输出光束来产生大气或材料效应。
[0017]使用超短脉冲红外激光器的方法的又一个实施方式是，其中，所导致的脉冲持续时间为约100fs并且能量在数十mJ范围内。
[0018]本公开的这些形态并不意味着排它性，并且当结合以下描述、所附权利要求书和附图阅读时，本公开的其它特征、形态和优点对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
附图说明
[0019]本公开的前述和其它目的、特征和优点将从本公开的特定实施方式的以下描述中变得显而易见，如附图中所示，相同的附图标记在不同的视图中指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本公开的原理上。
[0020]图1是根据本公开原理的超短脉冲中波和/或长波红外激光器的一个实施方式的示意图。
[0021]图2是根据本公开原理的超短脉冲中波和/或长波红外激光器的一个实施方式的示意图。
[0022]图3示出了根据本公开原理的使用超短脉冲中波和/或长波红外激光器的方法的一个实施方式的流程图。
具体实施方式
[0023]一些NLO晶体在2μm处表现出更宽的相位匹配带宽。因此，通过直接使用2μm源泵送NLO晶体，可以预期获得更高的中波红外转换效率。与1μm(800～1100nm)源相比，2μm种的转换效率预计更高，部分原因是量子缺陷较低、非线性光学响应较高以及相位匹配条件不太严格。在一些情况下，本公开的系统为宽带/短脉冲信号提供较低色散。
[0024]本公开的一个实施方式是一种用于生成光谱的中波红外部分中的激光脉冲的系统，该激光脉冲具有每脉冲高能量，通常高达数十mJ。在一个实施方式中，来自约2μm波长源的脉冲持续时间在<100fs至数ps范围内的超短脉冲激光器(USPL)架构是可能的。在某些情况下，2μm波长源用作频率转换为光谱的中波红外(3～8μm)和长波红外(8～12μm)部分的种。在某些实施方式中，2μm源具有高峰值功率(高能量/短脉冲持续时间)并且用作光学参量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种超短脉冲红外激光器，包括：2μm激光源，其具有小于500飞秒范围的脉冲持续时间；展宽器，其用于将该2μm激光的该脉冲持续时间增加到经展宽的脉冲持续时间；一个或多个放大器级，其用于增加该经展宽的脉冲2μm激光的能量水平；非线性频率转换级，其用于生成中波红外或长波红外种光束；光学参量啁啾脉冲放大级，其用于放大该中波红外或长波红外光束；和压缩器，其用于控制和压缩该中波红外或长波红外光束中的所导致的脉冲持续时间。2.根据权利要求1所述的超短脉冲红外激光器，其中，该中波红外为3～8μm，该长波红外为8～12μm。3.根据权利要求1所述的超短脉冲红外激光器，其中，该脉冲持续时间为约100fs，能量在数十mJ范围内，导致高峰值功率。4.根据权利要求1所述的超短脉冲红外激光器，其中，该所导致的脉冲持续时间在飞秒、皮秒或纳秒范围内。5.根据权利要求1所述的超短脉冲红外激光器，其中，该激光器为跨越该中波红外和该长波红外的光谱域的可切换光谱发射激光器。6.根据权利要求1所述的超短脉冲红外激光器，其中，该光学参量啁啾脉冲放大级包括非线性光学元件。7.根据权利要求6所述的超短脉冲红外激光器，其中，该非线性光学元件包括ZGP晶体，并放大3～8μm范围内的光束。8.根据权利要求1所述的超短脉冲红外激光器，其中，该可控的脉冲持续时间使得光束能够在km范围内产生大气或材料效应。9.一种超短脉冲红外激光器，包括：2μm激光源，其具有小于500飞秒范围的脉冲持续时间；展宽器，其用于将该2μm激光的该脉冲持续时间增加到经展宽的脉冲持续时间；一个或多个放大器级，其用于增加该经展宽的脉冲2μm激光的能量水平；非线性频率转换级，其用于生成中波红外或长波红外种光束；光学参量啁啾脉冲放大级，其用于放大该中波红外或长波红外光束；和压缩器，其用于控制和压缩该中波红外或长波红外光束中的所导致的脉冲持续时间，其中，约3.8μm的一个光束用于产生大气或材料效果，而4.6μm的第二个光束用于测距或大气湍流补偿。...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：BAE系统信息和电子系统集成有限公司，
类型：发明
国别省市：