專利名稱：全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器，屬于光電子、激光和 光學(xué)頻率變換應(yīng)用領(lǐng)域。
技術(shù)背景由于中紅外激光器件是新型光源與光學(xué)器件、現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)和紅外物理 與技術(shù)等國(guó)際前沿的研究熱點(diǎn)，中紅外激光輻射在光學(xué)和光電子學(xué)研究領(lǐng)域 和交叉領(lǐng)域中有著廣泛需求，同時(shí)近中紅外激光在大氣遙感、地球資源探測(cè)、 污染控制和環(huán)境保護(hù)，特別是紅外激光在軍事制導(dǎo)、目標(biāo)探測(cè)和反導(dǎo)對(duì)抗上 的應(yīng)用，使得高性能紅外非線性材料及器件受到越來越高的重視。正單軸晶體ZnGeP2 (ZGP)晶體具有非線性系數(shù)大、吸收低、熱導(dǎo)率高等特點(diǎn)，是目 前實(shí)現(xiàn)高功率中、遠(yuǎn)紅外可調(diào)諧激光輸出的最佳非線性材料之一。同時(shí)，近 年來，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展使半導(dǎo)體激光器工藝已經(jīng)成熟，走進(jìn)了市場(chǎng)，因?yàn)?此類激光器具有豐富的抽運(yùn)光資源，所以半導(dǎo)體激光器抽運(yùn)Yb:激光晶體實(shí) 現(xiàn)的固體激光器，再抽運(yùn)非線性晶體實(shí)現(xiàn)中紅外光參量激光器件，并得到了 廣泛的開發(fā)和應(yīng)用。目前有采用ZGP光參量效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的中紅外激光器有光參 量振蕩器(ZGP-OPO)，有采用ZGP用于光學(xué)差頻(Difference Frequency Generation, DFG)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)紅外太赫茲(THz)激光輸出，而對(duì)于ZGP-DFG產(chǎn) 生的中紅外激光器輸出未見報(bào)道。目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的中紅外激光產(chǎn)生的 方法為采用負(fù)單軸非線性晶體AGSe、 AGS光參量振蕩器(AGSe-OPO、 AGS-OPO)，由于不管是單諧振腔(SRO)、或雙諧振腔(DRO)都有兩個(gè)諧 振腔鏡，特別是DRO，對(duì)于作為信號(hào)光和閑頻光的中紅外激光輸出，就需要 解決諧振腔鏡的寬帶鍍膜問題，而寬帶鍍膜的介質(zhì)層往往只能滿足某中心波 長(zhǎng)的高透射或高反射的能力，而對(duì)于保證連續(xù)可調(diào)諧輸出的中紅外波段輸出 的高轉(zhuǎn)換率，是相當(dāng)困難的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服了 ZGP-0P0激光器件的單諧振(SR0)或雙諧振 (DR0)下的諧振腔腔鏡的寬帶鍍膜困難的缺陷，提供了一種全固態(tài)中紅外光 參量差頻激光器，本激光器利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器作為信號(hào)光源，解決了 ZGP-0P0輸出中紅外波長(zhǎng)范圍依賴抽運(yùn)源的波長(zhǎng)帶來的中紅外激光輸出可調(diào) 諧性范圍的限制的缺陷。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。全固態(tài)中紅外光參量 差頻激光器，包括有全固態(tài)激光器ll、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器17、光束質(zhì)量耦 合系統(tǒng)13、非線性晶體組成的光參量放大系統(tǒng)14和由非線性晶體組成的光參 量差頻激光器系統(tǒng)16。其中由全固態(tài)激光器ll輸出的抽運(yùn)激光與由可調(diào)諧 半導(dǎo)體激光器17輸出的信號(hào)激光經(jīng)過耦合系統(tǒng)13后，在滿足相位匹配條件 下，共線入射到由非線性晶體組成的光參量放大器14，由光參量放大器14輸 出的信號(hào)光和閑頻光，在滿足相位匹配條件下，再經(jīng)過會(huì)聚透鏡15后，入射 到光參量差頻激光器16;所述的組成光參量放大器14和組成光參量差頻激光器16的非線性晶體 均為ZnGeP2晶體。所述的相位匹配條件為I類相位匹配條件或II類相位匹配條件。所述的全固態(tài)激光器包括有半導(dǎo)體激光器1、隔離器3、準(zhǔn)直透鏡4、濾 光片5、會(huì)聚透鏡6、輸入鏡7、激光晶體8和輸出鏡9;其中由半導(dǎo)體激 光器l輸出的抽運(yùn)光，依次經(jīng)過隔離器3、準(zhǔn)直透鏡4、濾光片5、會(huì)聚透鏡 6后，入射到由輸入鏡7和輸出鏡9組成的激光諧振腔，激光諧振腔中放置有 激光晶體8，激光晶體8位于激光諧振腔的束腰處。當(dāng)激光器輸出為連續(xù)光或脈沖光時(shí)，利用非線線晶體組成的DFG 16輸出 的可調(diào)諧的中紅外激光的過程，不需要寬帶鍍膜鏡片；同時(shí)由于寬帶的半導(dǎo) 體激光器17在一定的范圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)性，實(shí)現(xiàn)了中紅激光波段的連續(xù)可調(diào) 諧輸出。


圖1全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器原理圖的俯視2全固態(tài)激光器原理圖的俯視圖l.半導(dǎo)體激光器(LD)， 2.底板，3.隔離器，4.準(zhǔn)直透鏡，5.濾光片， 6.會(huì)聚透鏡，7.輸入鏡(對(duì)LD抽運(yùn)光為AR，對(duì)全固態(tài)激光器的激光輸出為 HR)， 8.激光晶體，9.輸出鏡，IO.光路分布，ll.全固態(tài)激光器，12.第一波 片，13.光束質(zhì)量耦合系統(tǒng)，14.光參量放大系統(tǒng)，15.會(huì)聚系統(tǒng)，16.非線性 晶體-差頻激光器，17.可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，18.第二波片，19.光路。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖1 2對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明.-本實(shí)施例是一種正單軸非線性晶體ZnGeP2(ZGP)用于光學(xué)參量差頻(DFG) 過程，實(shí)現(xiàn)中紅外激光輸出的光參量差頻激光器。本實(shí)施為全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器，工作在連續(xù)或脈沖激光輸出 狀態(tài)時(shí)的裝置為該激光器的俯視圖，參見圖1。全固態(tài)激光器11按照?qǐng)D2的 方法，放置各個(gè)元器件。全固態(tài)激光器的光路分布10如圖2所示，由半導(dǎo)體 激光器1給出全固態(tài)激光器的輸入能量，傳輸光經(jīng)過隔離器3，準(zhǔn)直透鏡4， 濾光片5，會(huì)聚透鏡6后，入射到由輸入鏡7和輸出鏡9組成的激光諧振腔， 腔中放置激光晶體8并位于激光諧振腔的束腰處，抽運(yùn)光的光斑和激光諧振 腔的光斑模式在晶體中要求匹配，10是整個(gè)激光系統(tǒng)的光路。在全固態(tài)激光 器作為抽運(yùn)源的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)施全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器，如圖1 所示。按照?qǐng)D2的光路19獲得的整個(gè)全固態(tài)中紅外激光光參量差頻激光器置 于水平底板2上。將全固態(tài)激光器11輸出的抽運(yùn)激光，與可調(diào)諧半導(dǎo)體激光 器17輸出的信號(hào)激光，分別經(jīng)過第一波片12，以及光輸耦合系統(tǒng)13，在滿 足規(guī)定的相位匹配條件下，在保證抽運(yùn)光和信號(hào)光的偏振方向下，共線入射 由非線性晶體組成的光參量放大器14，由光參量放大器輸出的信號(hào)光和閑頻 光，在滿足所需要的相位匹配條件下，再經(jīng)過會(huì)聚透鏡15,以及第二波片18，入射由非線性晶體組成的光參量差頻激光器16，即完成了全固態(tài)中紅外光參 量差頻激光器，并實(shí)現(xiàn)了中紅外激光輸出。同時(shí)在改變可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器 17的輸出波長(zhǎng)時(shí)，結(jié)合前面的敘述，既可以實(shí)現(xiàn)全固態(tài)中紅外光參量差頻激 光器的連續(xù)可調(diào)諧中紅外波段激光輸出。在i類相位匹配，n類相位匹配條件下，組成差頻激光器的非線性晶體ZGP的特征對(duì)于入射的信號(hào)光和閑頻光的偏振方向是不一樣的。使激光器無論 工作在連續(xù)輸出狀態(tài)還是脈沖輸出狀態(tài)，只要在可調(diào)諧激光器17輸出的帶寬 內(nèi)，連續(xù)調(diào)諧輸出波長(zhǎng)并作為ZGP-DFG的信號(hào)光光源，就可以實(shí)現(xiàn)所需要的 中紅外激光可調(diào)諧輸出。由于DFG沒有諧振腔鏡，所以解決了中紅外激光連 續(xù)輸出的寬帶鍍膜問題。本發(fā)明全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器，能夠適用于I類、II類相位匹配 條件的完全相位匹配和準(zhǔn)相位匹配，同時(shí)適用于正單軸晶體和負(fù)單軸晶體組 成的光參量差頻過程，具有普適性。
權(quán)利要求
1. 全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器，其特征在于包括有全固態(tài)激光器(11)、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器(17)、光束質(zhì)量耦合系統(tǒng)(13)、非線性晶體組成的光參量放大系統(tǒng)(14)和由非線性晶體組成的光參量差頻激光器系統(tǒng)(16)；其中由全固態(tài)激光器(11)輸出的抽運(yùn)激光與由可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器(17)輸出的信號(hào)激光經(jīng)過耦合系統(tǒng)(13)后，在滿足相位匹配條件下，共線入射到光參量放大器(14)，由光參量放大器(14)輸出的信號(hào)光和閑頻光，在滿足相位匹配條件下，再經(jīng)過會(huì)聚透鏡(15)后，入射到光參量差頻激光器(16)；所述的組成光參量差頻激光器(16)的非線性晶體為ZnGeP2晶體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器，其特征在于所 述的相位匹配條件為I類相位匹配條件或II類相位匹配條件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器，其特征在于所述的全固態(tài)激光器包括有半導(dǎo)體激光器(1)、隔離器(3)、準(zhǔn)直透鏡(4)、 濾光片(5)、會(huì)聚透鏡(6)、輸入鏡(7)、激光晶體(8)和輸出鏡(9);其 中由半導(dǎo)體激光器(1)輸出的抽運(yùn)光，依次經(jīng)過隔離器(3)、準(zhǔn)直透鏡(4)、濾光片(5)、會(huì)聚透鏡(6)后，入射到由輸入鏡(7)和輸出鏡(9)組成的 激光諧振腔，激光諧振腔中放置有激光晶體(8)，激光晶體(8)位于激光諧 振腔的束腰處。
全文摘要
本發(fā)明是一種全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器，屬于光電子、激光和光學(xué)頻率變換應(yīng)用領(lǐng)域。包括全固態(tài)激光器、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器、光參量放大系統(tǒng)和光參量差頻激光器系統(tǒng)。由全固態(tài)激光器輸出的抽運(yùn)光與由可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器輸出的信號(hào)光在滿足相位匹配條件下共線入射到光參量放大器，由光參量放大器輸出的信號(hào)光和閑頻光在滿足相位匹配條件下，再經(jīng)過會(huì)聚透鏡后，入射到光參量差頻激光器。組成光參量差頻激光器的非線性晶體為ZnGeP₂晶體。非線性晶體組成的DFG輸出的可調(diào)諧的中紅外激光的輸出不需要寬帶鍍膜鏡片；由于寬帶的半導(dǎo)體激光器在一定的范圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)性，實(shí)現(xiàn)了中紅激光波段的連續(xù)可調(diào)諧激光輸出。
文檔編號(hào)H01S3/00GK101272029SQ20081010498
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者張新平, 光 李, 麗 王, 門艷彬 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)