【技术实现步骤摘要】
本申请适用于铌酸锂波导，尤其涉及一种中红外激光产生装置及差频脊型波导。
技术介绍
1、中红外波段的相干光源在气体检测，生物医疗，危险物品的非接触性检测，国防安全等方面有着广泛的应用。有大量的化学分子在3μm-5μm波段存在吸收峰，因此3μm-5μm波段的光非常适合做微量气体成分检测。产生中红外光源的方式包括量子级联激光器、自发参量下转换、参量放大、激光差频和参量振荡，以及直接采用激光增益介质产生激光振荡的固体激光器和光纤激光器。
2、量子级联的半导体激光器结构紧凑，但是不适合产生高功率的中红外激光。采用激光增益介质直接产生激光振荡的中波红外激光器，工作效率较低，并且需要在低温下工作，也不适合用于制作高功率中红外激光器。参量放大技术是将一束短波长高功率的泵浦光和一束长波长的信号光同时入射到非线性晶体中，此时长波长的信号光会被放大，该技术需要高功率的泵浦激光。与自发参量下转换技术相比，激光差频技术具有阈值较低、转换效率较高的特点，是一种更为实用的光频转换技术。与光参量振荡技术相比，激光差频技术因为系统不涉及谐振腔，不存在谐振腔由于环境因素变化导致的腔失谐问题，所以整体上稳定性将会非常好。
3、目前，激光差频技术产生中红外光的方式主要是利用晶体的二阶非线性效应，该过程为近红外波段的泵浦光和信号光同时入射到非线性晶体中，发生作用产生中红外波段的激光，由于信号光和泵浦光在晶体中的光斑面积较大，光功率密度较低，从而转换效率较低，并且信号光和泵浦光与晶体之间采用空间光路，如采用聚焦透镜将光束聚焦后耦合进非线性晶体，这就
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请实施例提供了一种中红外激光产生装置及差频脊型波导，以解决如何构建差频波导以提高中红外光产生装置的稳定性和转换效率的问题。
2、第一方面，本申请提供一种差频脊型波导，所述差频脊型波导包括衬底、设置在所述衬底上的二氧化硅层、设置在所述二氧化硅层上的周期极化铌酸锂薄膜层以及输入光纤；
3、所述周期极化铌酸锂薄膜层上设置有沿所述差频脊型波导的传播方向延伸的凸起区域，所述输入光纤连接所述周期极化铌酸锂薄膜层的一端，以将通过所述输入光纤的光进入所述周期极化铌酸锂薄膜层的一端并在另一端射出。
4、在一实施方式中，所述输入光纤的外表面包裹有连接管，所述连接管与所述差频脊型波导连接，使得所述输入光纤对接所述周期极化铌酸锂薄膜层的一端。
5、在一实施方式中，所述差频脊型波导的上表面的两端分别设置有保护结构，所述保护结构的宽度与所述差频脊型波导的宽度相同，所述保护结构的长度不大于所述差频脊型波导的长度的一半。
6、在一实施方式中，所述保护结构的材料为铌酸锂或硅。
7、在一实施方式中，所述凸起区域的高度为3μm-9μm，所述凸起区域的上表面的宽度为4μm-12μm，所述周期极化铌酸锂薄膜除去所述凸起区域以外的厚度为1μm-7μm，所述凸起区域的侧壁与所述衬底的平面的夹角不小于60度且不大于90度。
8、在一实施方式中，所述衬底的材料为铌酸锂或硅，厚度为300μm-1000μm，所述二氧化硅层的厚度为1μm-5μm。
9、在一实施方式中，所述差频脊型波导的长度为5mm-50mm，所述差频脊型波导的宽度为3mm，所述差频脊型波导的厚度为305μm-1010μm。
10、在一实施方式中，所述保护结构的厚度为500μm-1000μm。
11、第二方面，本申请提供一种中红外激光产生装置，所述中红外激光产生装置包括泵浦光源、信号光源、波分复用器和如上述第一方面及其改进所述的差频脊型波导，所述泵浦光源的光波长为1300nm-1550nm，所述信号光源的光波长为1000nm-1100nm；
12、所述泵浦光源连接所述波分复用器的第一输入端，所述信号光源连接所述波分复用器的第二输入端，所述波分复用器的输出端连接所述差频脊型波导的所述输入光纤，以将所述信号光源和所述泵浦光源的光通过所述输入光纤进入所述周期极化铌酸锂薄膜层的一端并在另一端射出差频光。
13、在一实施方式中，所述中红外激光产生装置还包括泵浦光放大器和信号光放大器，所述泵浦光源通过所述泵浦光放大器连接所述第一输入端，所述信号光源通过所述信号光放大器连接所述第二输入端。
14、本申请的中红外激光产生装置与现有技术相比存在的有益效果是：本申请的中红外激光产生装置包括泵浦光源、信号光源、波分复用器和差频脊型波导，其中，差频脊型波导包括衬底、设置在衬底上的二氧化硅层、设置在二氧化硅层上的周期极化铌酸锂薄膜层以及输入光纤，周期极化铌酸锂薄膜层上设置有沿差频脊型波导的传播方向延伸的凸起区域，输入光纤连接周期极化铌酸锂薄膜层的一端，以将通过输入光纤的光进入周期极化铌酸锂薄膜层的一端并在另一端射出差频光，泵浦光源的光波长为1300nm-1550nm，信号光源的光波长为1000nm-1100nm，泵浦光源连接波分复用器的第一输入端，信号光源连接波分复用器的第二输入端，波分复用器的输出端连接输入光纤，在周期极化铌酸锂薄膜层的另一端射出中红外波长的差频光，采用光纤连接的方式能够提高装置的稳定性，以差频脊型波导产生中红外光有助于提高装置的转换效率。
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1.一种差频脊型波导，其特征在于，所述差频脊型波导包括衬底、设置在所述衬底上的二氧化硅层、设置在所述二氧化硅层上的周期极化铌酸锂薄膜层以及输入光纤；
2.根据权利要求1所述的差频脊型波导，其特征在于，所述输入光纤的外表面包裹有连接管，所述连接管与所述差频脊型波导连接，使得所述输入光纤对接所述周期极化铌酸锂薄膜层的一端。
3.根据权利要求1或2所述的差频脊型波导，其特征在于，所述差频脊型波导的上表面的两端分别设置有保护结构，所述保护结构的宽度与所述差频脊型波导的宽度相同，所述保护结构的长度不大于所述差频脊型波导的长度的一半。
4.根据权利要求3所述的差频脊型波导，其特征在于，所述保护结构的材料为铌酸锂或硅。
5.根据权利要求3所述的差频脊型波导，其特征在于，所述凸起区域的高度为3μm-9μm，所述凸起区域的上表面的宽度为4μm-12μm，所述周期极化铌酸锂薄膜除去所述凸起区域以外的厚度为1μm-7μm，所述凸起区域的侧壁与所述衬底的平面的夹角不小于60度且不大于90度。
6.根据权利要求5所述的差频脊型波导，其特征在于，所
7.根据权利要求6所述的差频脊型波导，其特征在于，所述差频脊型波导的长度为5mm-50mm，所述差频脊型波导的宽度为3mm，所述差频脊型波导的厚度为305μm-1010μm。
8.根据权利要求7所述的差频脊型波导，其特征在于，所述保护结构的厚度为500μm-1000μm。
9.一种中红外激光产生装置，其特征在于，所述中红外激光产生装置包括泵浦光源、信号光源、波分复用器和如权利要求1至8任一项所述的差频脊型波导，所述泵浦光源的光波长为1300nm-1550nm，所述信号光源的光波长为1000nm-1100nm；
10.根据权利要求9所述的中红外激光产生装置，其特征在于，所述中红外激光产生装置还包括泵浦光放大器和信号光放大器，所述泵浦光源通过所述泵浦光放大器连接所述第一输入端，所述信号光源通过所述信号光放大器连接所述第二输入端。
...【技术特征摘要】
1.一种差频脊型波导，其特征在于，所述差频脊型波导包括衬底、设置在所述衬底上的二氧化硅层、设置在所述二氧化硅层上的周期极化铌酸锂薄膜层以及输入光纤；
2.根据权利要求1所述的差频脊型波导，其特征在于，所述输入光纤的外表面包裹有连接管，所述连接管与所述差频脊型波导连接，使得所述输入光纤对接所述周期极化铌酸锂薄膜层的一端。
3.根据权利要求1或2所述的差频脊型波导，其特征在于，所述差频脊型波导的上表面的两端分别设置有保护结构，所述保护结构的宽度与所述差频脊型波导的宽度相同，所述保护结构的长度不大于所述差频脊型波导的长度的一半。
4.根据权利要求3所述的差频脊型波导，其特征在于，所述保护结构的材料为铌酸锂或硅。
5.根据权利要求3所述的差频脊型波导，其特征在于，所述凸起区域的高度为3μm-9μm，所述凸起区域的上表面的宽度为4μm-12μm，所述周期极化铌酸锂薄膜除去所述凸起区域以外的厚度为1μm-7μm，所述凸起区域的侧壁与所述衬底的平面的夹角不小于60度且不大于90度。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：杨继乾，张永康，马文博，高洋，马世超，姚权，郑名扬，谢秀平，
申请(专利权)人：济南量子技术研究院，
类型：新型
国别省市：
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