CN102709805A

CN102709805A - 一种实现波长大于3.7微米的激光的方法及装置

Info

Publication number: CN102709805A
Application number: CN2012101477502A
Authority: CN
Inventors: 柳强; 巩马理; 刘建辉; 黄磊; 闫平; 张海涛; 刘欢; 刘景峰
Original assignee: BEIJING QIFENG LANDA OPTICAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD; Tsinghua University
Current assignee: BEIJING QIFENG LANDA OPTICAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD; Tsinghua University
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明公开了一种实现波长大于3.7微米的激光的方法及装置，涉及激光器技术领域。所述方法采用光参量振荡器，通过对所述光参量振荡器的谐振腔进行镀膜选择信号光的光谱，得到中心波长大于3.7微米的闲频光。所述装置采用一个包括谐振腔的光参量振荡器；所述谐振腔的输入镜上设置有用于选择信号光的镀膜。所述方法及装置，通过对谐振腔的输入镜镀膜选择光参量振荡器中信号光的光谱，从而间接选择闲频光的光谱，使闲频光的中心波长大于3.7微米，提高了泵浦光向目标光谱的转换效率，克服了不能通过对谐振腔镜镀中红外波段的反射膜或者调节晶体的相位匹配条件来使光参量振荡器中红外激光的光谱分布满足要求的问题。

Description

一种实现波长大于3.7微米的激光的方法及装置

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，特别涉及一种实现波长大于3.7微米的激光的方法及装置。

背景技术

中红外波长(3～5微米)的激光在物质探测、光电对抗等领域有重要的应用前景。大能量、窄脉宽、高峰值功率的中红外激光可以使工作在这一波段的光电探测器饱和或损伤，作为光电对抗武器，在军事对抗中有重要的应用价值。目前产生中红外波长的激光有很多方法，其中光参变换方法不但结构简单、重量轻、体积小，而且能够承载大能量、窄脉宽、高峰值功率运转，还能得到较好的激光质量。3.7～4.0微米是中红外探测器的敏感波长，对于这个波长的激光，一般使用ZGP(ZnGeP₂)晶体、KTA(KTiOAsO₄)晶体等非线性晶体的光参变换方法产生。

使用光参量振荡方法产生中红外激光的时候，一个短波长的激光在非线性晶体中传播，短波长的激光强度减弱，产生两个长波长的激光。根据相位匹配类型的不同，这两个长波长激光的波长和偏振状态可以相同也可以不同。这个短波长的激光叫做泵浦光，产生的两个长波长的激光叫做参量光。两个参量光中，如果波长较小的一个被叫做信号光，那么另一个叫做闲频光。用光参量振荡方法产生中红外激光的一种装置是光参量振荡器，这种装置是将非线性晶体放在一个激光谐振腔中，使参量光在谐振腔中谐振，泵浦光单程或者双程通过非线性晶体，参量光与泵浦光在非线性晶体中发生光参量过程，生成参量光。在非线性晶体中，一定中心波长的参量光对应晶体的某一相位匹配条件(例如匹配角度、匹配温度或周期性极化晶体中的极化周期长度等)。但有时候由于谐振条件和晶体性质的限制，无论如何晶体的相位匹配条件，输出波长的光谱都不能满足要求。

由光参量方法产生中红外激光时，如果泵浦光波长固定，唯一的信号光波长将对应唯一的闲频光波长。利用光参量振荡器产生中红外激光的时候，如果信号光在谐振腔内振荡，信号光将从噪声中逐渐建立并被放大，其光谱是满足谐振条件的所有可能的光谱。当信号光在非线性晶体中增益较强的时候，一般满足振荡条件的光谱比较宽，这时候输出的信号光和闲频光光谱也比较宽。如果参量光光谱过宽，超过宽度的光谱消耗的泵浦光的能量，目标光谱不能获得最高的转换效率。

假设输出激光有一目标光谱，如果光参量振荡器无论如何调节晶体的匹配条件都不能满足目标光谱，为了使输出激光满足这一目标光谱，使泵浦光向目标光谱的转换效率尽可能高，一般通过谐振腔镜的镀膜技术，在谐振腔镜上对目标光谱镀特殊要求的带宽和膜系结构，从而直接对目标光谱进行选模。但是，在中红外光参量振荡器中，谐振腔镜对中红外波长激光的镀膜技术比较难，镀膜质量不高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种实现波长大于3.7微米的激光的方法及装置，以克服光参量振荡器中红外激光的光谱分布不能满足要求，并且不能通过对谐振腔镜镀中红外波段的反射膜或者调节晶体的相位匹配条件来达到目的的问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种实现波长大于3.7微米的激光的方法，所述方法采用光参量振荡器，通过对所述光参量振荡器的谐振腔进行镀膜选择信号光的光谱，由1.064微米的泵浦光得到中心波长大于3.7微米的闲频光。

优选地，所述谐振腔的输入镜的镀膜曲线中1.49微米为所述镀膜曲线的峰值位置；所述输入镜的镀膜对于波长小于1.49微米的激光的反射率高于99％，对于波长大于1.49微米的激光的透射率高于99％。

优选地，所述谐振腔的输入镜的镀膜对于波长大于1.49微米小于1.55微米的激光的透射率高于99％。

优选地，所述谐振腔的的输出镜针对波长1.5微米的激光镀宽带部分反射膜，针对波长3～5微米的激光镀宽带高透模，针对波长1064纳米的激光镀宽带高反膜。

优选地，所述光参量振荡器采用KTA晶体作为非线性晶体。

本发明还提供一种实现波长大于3.7微米的激光的装置，所述装置采用一个包括谐振腔的光参量振荡器；所述光参量振荡器以1.064微米激光为泵浦光；所述谐振腔的输入镜上设置有用于选择信号光的镀膜。

优选地，所述光参量振荡器采用KTA晶体作为非线性晶体。

(三)有益效果

本发明的实现波长大于3.7微米的激光的方法及装置，通过对谐振腔的输入镜镀膜选择光参量振荡器中信号光的光谱，从而间接选择闲频光的光谱，使闲频光的中心波长大于3.7微米，达到目标光谱成分，提高了泵浦光向目标光谱的转换效率，克服了光参量振荡器中红外激光的光谱分布不能满足要求，并且不能通过对谐振腔镜镀中红外波段的反射膜或者调节晶体的相位匹配条件来达到目的的问题。

附图说明

图1是本发明实施例所述实现波长大于3.7微米的激光的装置的结构示意图；

图2为KTA晶体相位匹配曲线示意图；

图3为本发明实施例所述输入镜与传统输入镜的反射率曲线对比示意图；

图4是本发明实施例所述光参量振荡器与传统光参量振荡器输出闲频光的光谱对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

由光参量方法产生中红外激光时，如果泵浦光波长固定，唯一的信号光波长将对应唯一的闲频光波长。因此可以通过控制信号光的波长调节闲频光的波长，本发明实施例所述实现波长大于3.7微米的激光的方法正是基于这一原理。本实施例中，所述方法采用一个以KTA晶体作为非线性晶体的光参量振荡器，通过对所述光参量振荡器的谐振腔进行镀膜选择信号光的光谱，得到中心波长大于3.7微米的闲频光。

具体地，所述谐振腔的输入镜的镀膜曲线中1.49微米为所述镀膜曲线的峰值位置；所述输入镜的镀膜对于波长小于1.49微米的激光的反射率高于99％，对于波长大于1.49微米小于1.55微米的激光的透射率高于99％。所述谐振腔的的输出镜针对波长1.5微米的激光镀宽带部分反射膜，针对波长3～5微米的激光镀宽带高透膜(一般对波长3～5微米范围内的激光透过率大于99％)，针对波长1064纳米的激光镀宽带高反膜(一般对波长0.9～1.2微米范围内的激光反射率大于99％)。

图1是本发明实施例所述实现波长大于3.7微米的激光的装置的结构示意图。如图1所示，所述装置采用一个以KTA晶体2作为非线性晶体的光参量振荡器，相位匹配角度选择在XZ折射率主轴平面内41.2°左右，所述光参量振荡器的谐振腔采用平平谐振腔。所述谐振腔的两端分别设置有输入镜1和输出镜3，所述KTA晶体2设置在所述谐振腔内部。所述谐振腔对3.7微米波长的激光的透射率超过99％，泵浦光的波长为1064纳米，信号光波长选择在1478纳米，匹配角度在41.0°附近，对应输出中红外波长在3.7微米。

在所述谐振腔的输入镜1或者输出镜3上针对中红外波长的激光镀反射膜比较困难，非常容易造成膜层损伤。为了避免针对中红外激光镀反射膜，所述谐振腔选择信号光单谐振的形式工作。所述谐振腔的输出镜3针对波长1.5微米的激光镀宽带部分反射膜，针对波长3～5微米的激光镀宽带高透模(一般对波长3～5微米范围内的激光透过率大于99％)，针对1064纳米的激光镀宽带高反膜(一般对波长0.9～1.2微米范围内的激光反射率大于99％)。所述谐振腔输入镜1针对波长1064纳米的激光镀透射率大于99％的宽带膜，针对波长3～5微米的激光不做处理。

图2为KTA晶体相位匹配曲线示意图，如图2所示，41.2°相位匹配角度处在所述KTA晶体2的相位匹配曲线的边缘，满足相位匹配条件的光谱很宽。在现有镀膜技术的限制下，对于未应用本发明方法的传统技术，谐振腔的输入镜一般针对波长1.5微米的激光镀反射率高于99％的宽带膜，这时候高反射率波长范围大约是1.4～1.6微米，输出的信号光和闲频光均具有较宽的光谱。由于KTA晶体对大于3.7微米波长的激光有比较强烈的吸收，且波长越长吸收越严重，所以长波长的信号光在所述KTA晶体2中得到的增益更多，输出信号光的光谱曲线中波长大于1478纳米的成分更多，闲频光的光谱中波长小于3.7微米的成分很多而大于3.7微米的成分很少，并且无论如何调节所述KTA晶体2的相位匹配条件都不能使波长大于3.7微米的成分明显增多。为使输出闲频光光谱中心波长大于3.7微米的，必须增加3.7微米以上的光谱成分，削弱3.7微米以下的光谱成分，使泵浦光尽量向目标波长成分转换。因此，本发明所述装置的关键是，对所述谐振腔的输入镜1的信号光的反射膜做细致要求：要求所述谐振腔的输入镜1的镀膜曲线中1.49微米为所述镀膜曲线的反射率峰值位置，所述输入镜1的镀膜对于波长小于1.49微米的激光的反射率高于99％，对于波长大于1.49微米的激光的透射率高于99％。优选地，输入镜1的镀膜对于波长大于1.49微米小于1.55微米的激光的透射率高于99％。

图3为本发明实施例所述输入镜与传统输入镜的反射率曲线对比示意图。如图3所示，图中实线所示曲线表示本发明的对信号光光谱进行选择的输入镜的反射率曲线，图中虚线所示曲线表示传统的不对信号光光谱进行选择的输入镜的反射率曲线。实践表明本发明实施例所述输入镜的镀膜要求是可以实现。图4是本发明实施例所述光参量振荡器与传统光参量振荡器输出闲频光的光谱对比示意图。如图4所示，图中实线所示曲线表示本发明的对信号光光谱选择后的闲频光光谱曲线，图中虚线所述曲线表示对信号光光谱选择前的闲频光光谱曲线，可以看到，本发明实施例所述光参量振荡器的输出信号光波长大于1488纳米的成分明显减少，输出闲频光波长小于3.7微米的成分明显减少，而大于3.7微米的成分占明显优势，在泵浦光状态不变的条件下，提高了泵浦光向波长大于3.7微米的中红外激光的转换效率，得到了中心波长大于3.7微米的激光。

本发明实施例所述实现波长大于3.7微米的激光的方法及装置，通过对谐振腔的输入镜镀膜选择光参量振荡器中信号光的光谱，从而间接选择闲频光的光谱，使闲频光的中心波长大于3.7微米，达到目标光谱成分，提高了泵浦光向目标光谱的转换效率。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种实现波长大于3.7微米的激光的方法，其特征在于，所述方法采用KTA晶体的光参量振荡器，通过对所述光参量振荡器的谐振腔进行镀膜选择信号光的光谱，由1.064微米的泵浦光得到中心波长大于3.7微米的闲频光。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谐振腔的输入镜的镀膜曲线中1.49微米为所述镀膜曲线的峰值位置；所述输入镜的镀膜对于波长小于1.49微米的激光的反射率高于99％，对于波长大于1.49微米的激光的透射率高于99％。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述谐振腔的输入镜的镀膜对于波长大于1.49微米小于1.55微米的激光的透射率高于99％。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谐振腔的的输出镜针对波长1.5微米的激光镀宽带部分反射膜，针对波长3～5微米的激光镀宽带高透膜，针对波长1064纳米的激光镀宽带高反膜。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光参量振荡器采用KTA晶体作为非线性晶体。

6.一种实现波长大于3.7微米的激光的装置，其特征在于，所述装置采用一个包括谐振腔的光参量振荡器；所述光参量振荡器以1.064微米激光为泵浦光；所述谐振腔的输入镜上设置有用于选择信号光的镀膜。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述谐振腔的输入镜的镀膜曲线中1.49微米为所述镀膜曲线的峰值位置；所述输入镜的镀膜对于波长小于1.49微米的激光的反射率高于99％，对于波长大于1.49微米的激光的透射率高于99％。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述谐振腔的输入镜的镀膜对于波长大于1.49微米小于1.55微米的激光的透射率高于99％。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述谐振腔的的输出镜针对波长1.5微米的激光镀宽带部分反射膜，针对波长3～5微米的激光镀宽带高透膜，针对波长1064纳米的激光镀宽带高反膜。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述光参量振荡器采用KTA晶体作为非线性晶体。