中红外光参量转换器制造技术

本发明专利技术涉及一种中红外光参量转换器，属于激光技术领域，适用于光电对抗、生化威胁探测、成像激光雷达、微量气体探测等。其主光路上依次排列的构件有：激光器、分光装置、中红外光参量振荡器、双色耦合镜、中红外光参量放大器；所述的分光装置包括波片、偏振器件、分光反射镜；所述的激光器为泵浦激光器，分光装置将泵浦光分成两路：一路至泵浦中红外光参量振荡器产生中红外光参量种籽光，另一路至泵浦人眼安全光参量转换器产生人眼安全激光；中红外种籽光与人眼安全激光时间同步后通过双色耦合镜耦合进入中红外光参量放大器。本发明专利技术的优点是提供了一种高光束质量、高能量中红外激光输出的中红外光参量转换器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种中红外光参量转换器，属于激光
，具体涉及到中红外非 线性频率转换技术、光参量振荡器/放大器技术，适用于光电对抗、生化威胁探测、成像激 光雷达、微量气体探测等。
技术介绍
3 5μπι波段中红外激光是大气的一个窗口，对大雾、烟尘等具有较强的穿透力， 在海平面上传输受到气体分子吸收和悬浮物散射小，而且对多数重要的碳氢气体及其它有 毒分子具有腔的吸收特性。因此，利用中红外激光的这些特性，3 5 μ m波段可应用光电对 抗、生化威胁探测、成像激光雷达、微量气体探测等
光参量振荡器(OPO)是产生 3 5 μ m激光最常用的装置，其利用非线性晶体频率下转换技术，将近红外1. 06 μ m激光转 换成2 5 μ m激光。在众多中红外光参量振荡器使用的非线性晶体中，KTA (砷酸钛氧钾) 晶体具有高的损伤阈值(彡500MW/cm2,1064nm, 10ns)，透光范围合适(350nm 5000nm)， 且在3 5 μ m波段光参量转换具有合适的相位匹配角，可直接将1. 06 μ m激光通过光参量 转换到2 5μπι激光。另外，目前可以说KTA晶体是实现高功率中红外激光输出性价比最 高的非线性晶体。因此，中红外KTA光参量转换技术具有广泛的应用前景。但是，现有的光 参量转换技术方案仍存在不少缺点。1、文献"Design of a tunable mid-IR source for DIAL detection of trace gases”(Pro of SPIE vol 6406,64091B, (2006))利用 1. 06 μ mNd: YAG 激光泵浦临界相位 匹配光参量振荡器实现2. 3 μ m 4. 5 μ m，转换效率小于4. 4%，从文献KTA在X-Z面的角 度调谐曲线可以看出，3 5μπι激光以闲频光的形式输出，相对应的信号光为1.4μπι 1.6μπι，但由于光参量振荡相位匹配角θ =41° 49°远离非临界相位匹配角，致使光 参量振荡器具有较大的走离角、小的泵浦光接收角和有效非线性系数，这对泵浦光的光束 质量提出了更高的要求，也降低了参量光的转换效率，而且，信号光子能量和闲频光子能 量之间具有大的量子数亏损，在产生光子数相同的情况下，3 5μπι闲频光能量比信号光 1. 4 μ m 1. 6 μ m的能量低很多，因此，通过此方法很难获得高功率中红外激光。2、文献“中红外砷酸钛氧钾光参变振荡器的实验研究”(激光技术，第31卷，第3 期，2007年6月)中，利用电光调Q灯抽运1064nm Nd: YAG抽运复合腔砷酸钛氧钾光学参 变振荡器实现了中红外激光输出，其中KTA晶体沿X轴切割，切割角θ = 90°，Φ = 0°， 为非临界相外匹配，信号光1547nm能量为36mJ，闲频光3407nm能量为llmj，从中可以看 出，由于信号光子能量和闲频光子能量之间的量子数亏损，中红外闲频光能量比信号光低 很多。由上所述可见，通过1.06 μ m直接泵浦KTA光参量振荡器获得高功率中红外激光是 比较困难的。3、美国专禾Ij “monolithic serial optical parametric oscillator，，(专利 号US6344920 Bi)采用1. 06 μ m激光泵浦第一级非临界相位匹配KTA光参量振荡器产生 1. 53 μ m人眼安全激光，然后用1. 53 μ m人眼安全激光泵浦第二级非临界相位匹配KTA光参量振荡器实现2. 59 μ m信号光和3. 76 μ m闲频光输出，此方法通过增加泵浦光波长，使信号 光和闲频光之间的量子数亏损减小，从而提高了中红外闲频光的转换效率，在该专利中，将 两级光参量振荡器通过镜片镀膜的方法共用一个谐振腔，简化了结构，但增加了镀膜的难 度。目前，镀膜水平有限，膜层的激光损伤阈值很难满足高能量激光泵浦光参量振荡器的需 要。4、以上的1、2和3所述的光参量振荡器还具有如下共同点根据光参量振荡器 的特性可知，由于光参量振荡器的阈值效应，只有泵浦光功率密度超过阈值才能进行有效 的光参量转换，这将导致泵浦光脉冲能量一部份被损失；另外，在高能量光参量振荡器中， 为了避免激光损坏腔镜膜层和非线性晶体，泵浦光的光斑必须足够的大，这将导致光参量 振荡器谐振腔具有高的菲列尔数，从而引起高阶横模参量光振荡致使输出激光光束质量变 差。
技术实现思路
在中红外激光很多应用领域特别是激光定向红外对抗中，要求激光器输出高光束 质量、高能量中红外激光，本专利技术的目的在于，克服上述现有技术缺点，提供一种高光束质 量、高能量中红外激光输出的中红外光参量转换器。本专利技术的技术方案是一种中红外光参量转换器，其主光路上依次排列的构件有激光器、分光装置、中 红外光参量振荡器、双色耦合镜、中红外光参量放大器；所述的分光装置包括波片、偏振器 件、分光反射镜；在分光反射镜光路传送方向上依次有人眼安全光参量转换器、人眼安全激 光反射镜、人眼安全激光延时装置；所述的激光器为泵浦激光器，分光装置将泵浦光分成两 路一路至泵浦中红外光参量振荡器产生中红外光参量种籽光，另一路至泵浦人眼安全光 参量转换器产生人眼安全激光；中红外种籽光与经过人眼安全激光延时装置的人眼安全激 光时间同步后通过双色耦合镜耦合进入中红外光参量放大器。本专利技术所述的激光器为1. 06 μ m线偏振输出脉冲固体激光器，或1. 06 μ m线偏振 输出调Q本振激光器加激光放大器组合激光系统；调Q方式是主动电光调Q，或声光调Q，或 被动调Q方式；泵浦方式是氙灯泵浦，或半导体激光泵浦，或氙灯泵浦与半导体激光泵浦两 者组合方式；激光介质选自于Nd ；YAG或Nd: YVO4或Nd: YLF。本专利技术所述的分光装置为1.06μπι分光装置，包括1.06μπι1/2λ分光波片、 1. 06 μ m偏振器件和1. 06 μ m分光反射镜；该偏振器件为偏振片，1. 06 μ m分光反射镜为 56.7°反射镜，或偏振器件为偏振分光棱镜PBS，1.06 μ m分光反射镜为45°反射镜。本专利技术所述的中红外光参量振荡器为低能量、窄光束1.06 μ m激光泵浦临界相位 匹配KTA光参量振荡器，其激光输出波长为3. 76 μ m。本专利技术所述的人眼安全光参量转换器，由人眼安全光参量振荡器和人眼安全光参 量放大器组成；人眼安全光参量振荡器为非临界相位匹配KTA光参量振荡器，人眼安全光 参量放大器为非临界相位匹配KTA光参量放大器，KTA晶体切割角都为θ =90°，Φ =0°。本专利技术所述的人眼安全光参量振荡器为直线谐振腔人眼安全光参量振荡器，其谐 振腔为1. 06 μ m单向泵浦直线谐振腔；KTA人眼安全光参量振荡器剩余的泵浦光和产生的人眼安全信号光1. 53 μ m —起进入人眼安全光参量放大器。本专利技术所述的人眼安全光参量振荡器为环形谐振腔KTA光参量振荡器，其谐振腔 为1. 06 μ m泵浦环形谐振腔；该人眼安全光参量振荡器剩余的泵浦光和产生的人眼安全信 号光1. 53 μ m —起进入人眼安全光参量放大器。本专利技术所述的人眼安全激光反射镜为45°倾斜角的激光反射镜，其左端面、即反 射面镀为45° 1. 06 μ m增透、1. 4 1. 6 μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中红外光参量转换器，其特征在于：主光路上依次排列的构件包括：激光器（１）、分光装置（２）、中红外光参量振荡器（３）、双色耦合镜（４）、中红外光参量放大器（５）；所述的分光装置（２）包括波片（２．１）、偏振器件（２．２）、分光反射镜（２．３）；在分光反射镜（２．３）光路传送方向上依次有人眼安全光参量转换器（６）、人眼安全激光反射镜（７）、人眼安全激光延时装置（８）；所述的激光器（１）为泵浦激光器，分光装置（２）将泵浦光分成两路：一路至泵浦中红外光参量振荡器（３）产生中红外光参量种籽光，另一路至泵浦人眼安全光参量转换器（６）产生人眼安全激光；中红外种籽光与经过人眼安全激光延时装置（８）的人眼安全激光时间同步后通过双色耦合镜（４）耦合进入中红外光参量放大器（５）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘在洲，杨长城，孙峰，赵翔，张熙，东芳，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一七研究所，武汉光电国家实验室筹，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]