CN101272029A - 全固态中红外光参量差频激光器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种全固态中红外光参量差频激光器，属于光电子、激光和光学频率变换应用领域。包括全固态激光器、可调谐半导体激光器、光参量放大系统和光参量差频激光器系统。由全固态激光器输出的抽运光与由可调谐半导体激光器输出的信号光在满足相位匹配条件下共线入射到光参量放大器，由光参量放大器输出的信号光和闲频光在满足相位匹配条件下，再经过会聚透镜后，入射到光参量差频激光器。组成光参量差频激光器的非线性晶体为ZnGeP₂晶体。非线性晶体组成的DFG输出的可调谐的中红外激光的输出不需要宽带镀膜镜片；由于宽带的半导体激光器在一定的范围内的连续可调性，实现了中红激光波段的连续可调谐激光输出。

Description

全固态中红外光参量差频激光器

技术领域

本发明涉及一种全固态中红外光参量差频激光器，属于光电子、激光和光学频率变换应用领域。

背景技术

由于中红外激光器件是新型光源与光学器件、现代光学系统和红外物理与技术等国际前沿的研究热点，中红外激光辐射在光学和光电子学研究领域和交叉领域中有着广泛需求，同时近中红外激光在大气遥感、地球资源探测、污染控制和环境保护，特别是红外激光在军事制导、目标探测和反导对抗上的应用，使得高性能红外非线性材料及器件受到越来越高的重视。正单轴晶体ZnGeP₂(ZGP)晶体具有非线性系数大、吸收低、热导率高等特点，是目前实现高功率中、远红外可调谐激光输出的最佳非线性材料之一。同时，近年来，半导体技术的发展使半导体激光器工艺已经成熟，走进了市场，因为此类激光器具有丰富的抽运光资源，所以半导体激光器抽运Yb：激光晶体实现的固体激光器，再抽运非线性晶体实现中红外光参量激光器件，并得到了广泛的开发和应用。目前有采用ZGP光参量效应实现的中红外激光器有光参量振荡器(ZGP-OPO)，有采用ZGP用于光学差频(Difference FrequencyGeneration，DFG)实现远红外太赫兹(THz)激光输出，而对于ZGP-DFG产生的中红外激光器输出未见报道。目前国内外文献报道的中红外激光产生的方法为采用负单轴非线性晶体AGSe、AGS光参量振荡器(AGSe-OPO、AGS-OPO)，由于不管是单谐振腔(SRO)、或双谐振腔(DRO)都有两个谐振腔镜，特别是DRO，对于作为信号光和闲频光的中红外激光输出，就需要解决谐振腔镜的宽带镀膜问题，而宽带镀膜的介质层往往只能满足某中心波长的高透射或高反射的能力，而对于保证连续可调谐输出的中红外波段输出的高转换率，是相当困难的。

发明内容

本发明的目的在于克服了ZGP-OPO激光器件的单谐振(SRO)或双谐振(DRO)下的谐振腔腔镜的宽带镀膜困难的缺陷，提供了一种全固态中红外光参量差频激光器，本激光器利用可调谐半导体激光器作为信号光源，解决了ZGP-OPO输出中红外波长范围依赖抽运源的波长带来的中红外激光输出可调谐性范围的限制的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。全固态中红外光参量差频激光器，包括有全固态激光器11、可调谐半导体激光器17、光束质量耦合系统13、非线性晶体组成的光参量放大系统14和由非线性晶体组成的光参量差频激光器系统16。其中：由全固态激光器11输出的抽运激光与由可调谐半导体激光器17输出的信号激光经过耦合系统13后，在满足相位匹配条件下，共线入射到由非线性晶体组成的光参量放大器14，由光参量放大器14输出的信号光和闲频光，在满足相位匹配条件下，再经过会聚透镜15后，入射到光参量差频激光器16；

所述的组成光参量放大器14和组成光参量差频激光器16的非线性晶体均为ZnGeP₂晶体。

所述的相位匹配条件为I类相位匹配条件或II类相位匹配条件。

所述的全固态激光器包括有半导体激光器1、隔离器3、准直透镜4、滤光片5、会聚透镜6、输入镜7、激光晶体8和输出镜9；其中：由半导体激光器1输出的抽运光，依次经过隔离器3、准直透镜4、滤光片5、会聚透镜6后，入射到由输入镜7和输出镜9组成的激光谐振腔，激光谐振腔中放置有激光晶体8，激光晶体8位于激光谐振腔的束腰处。

当激光器输出为连续光或脉冲光时，利用非线线晶体组成的DFG 16输出的可调谐的中红外激光的过程，不需要宽带镀膜镜片；同时由于宽带的半导体激光器17在一定的范围内的连续可调性，实现了中红激光波段的连续可调谐输出。

附图说明

图1全固态中红外光参量差频激光器原理图的俯视图

图2全固态激光器原理图的俯视图

1.半导体激光器(LD)，2.底板，3.隔离器，4.准直透镜，5.滤光片，6.会聚透镜，7.输入镜(对LD抽运光为AR，对全固态激光器的激光输出为HR)，8.激光晶体，9.输出镜，10.光路分布，11.全固态激光器，12.第一波片，13.光束质量耦合系统，14.光参量放大系统，15.会聚系统，16.非线性晶体-差频激光器，17.可调谐半导体激光器，18.第二波片，19.光路。

具体实施方式

下面结合图1～2对本发明作进一步说明：

本实施例是一种正单轴非线性晶体ZnGeP₂(ZGP)用于光学参量差频(DFG)过程，实现中红外激光输出的光参量差频激光器。

本实施为全固态中红外光参量差频激光器，工作在连续或脉冲激光输出状态时的装置为该激光器的俯视图，参见图1。全固态激光器11按照图2的方法，放置各个元器件。全固态激光器的光路分布10如图2所示，由半导体激光器1给出全固态激光器的输入能量，传输光经过隔离器3，准直透镜4，滤光片5，会聚透镜6后，入射到由输入镜7和输出镜9组成的激光谐振腔，腔中放置激光晶体8并位于激光谐振腔的束腰处，抽运光的光斑和激光谐振腔的光斑模式在晶体中要求匹配，10是整个激光系统的光路。在全固态激光器作为抽运源的基础上，进一步实施全固态中红外光参量差频激光器，如图1所示。按照图2的光路19获得的整个全固态中红外激光光参量差频激光器置于水平底板2上。将全固态激光器11输出的抽运激光，与可调谐半导体激光器17输出的信号激光，分别经过第一波片12，以及光输耦合系统13，在满足规定的相位匹配条件下，在保证抽运光和信号光的偏振方向下，共线入射由非线性晶体组成的光参量放大器14，由光参量放大器输出的信号光和闲频光，在满足所需要的相位匹配条件下，再经过会聚透镜15，以及第二波片18，入射由非线性晶体组成的光参量差频激光器16，即完成了全固态中红外光参量差频激光器，并实现了中红外激光输出。同时在改变可调谐半导体激光器17的输出波长时，结合前面的叙述，既可以实现全固态中红外光参量差频激光器的连续可调谐中红外波段激光输出。

在I类相位匹配，II类相位匹配条件下，组成差频激光器的非线性晶体ZGP的特征对于入射的信号光和闲频光的偏振方向是不一样的。使激光器无论工作在连续输出状态还是脉冲输出状态，只要在可调谐激光器17输出的带宽内，连续调谐输出波长并作为ZGP-DFG的信号光光源，就可以实现所需要的中红外激光可调谐输出。由于DFG没有谐振腔镜，所以解决了中红外激光连续输出的宽带镀膜问题。

本发明全固态中红外光参量差频激光器，能够适用于I类、II类相位匹配条件的完全相位匹配和准相位匹配，同时适用于正单轴晶体和负单轴晶体组成的光参量差频过程，具有普适性。

Claims (3)

1、全固态中红外光参量差频激光器，其特征在于：包括有全固态激光器(11)、可调谐半导体激光器(17)、光束质量耦合系统(13)、非线性晶体组成的光参量放大系统(14)和由非线性晶体组成的光参量差频激光器系统(16)；其中：由全固态激光器(11)输出的抽运激光与由可调谐半导体激光器(17)输出的信号激光经过耦合系统(13)后，在满足相位匹配条件下，共线入射到光参量放大器(14)，由光参量放大器(14)输出的信号光和闲频光，在满足相位匹配条件下，再经过会聚透镜(15)后，入射到光参量差频激光器(16)；

所述的组成光参量差频激光器(16)的非线性晶体为ZnGeP₂晶体。

2、根据权利要求1所述的全固态中红外光参量差频激光器，其特征在于：所述的相位匹配条件为I类相位匹配条件或II类相位匹配条件。

3、根据权利要求1所述的全固态中红外光参量差频激光器，其特征在于：所述的全固态激光器包括有半导体激光器(1)、隔离器(3)、准直透镜(4)、滤光片(5)、会聚透镜(6)、输入镜(7)、激光晶体(8)和输出镜(9)；其中：由半导体激光器(1)输出的抽运光，依次经过隔离器(3)、准直透镜(4)、滤光片(5)、会聚透镜(6)后，入射到由输入镜(7)和输出镜(9)组成的激光谐振腔，激光谐振腔中放置有激光晶体(8)，激光晶体(8)位于激光谐振腔的束腰处。

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