CN103236633B - 一种3-5μm波段中红外固体激光器 - Google Patents
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Abstract
一种3-5μm波段中红外固体激光器，属于光学领域，为了解决现有中红外固体激光器输出功率低、亮度差的问题。本发明它包括一号平凸透镜、二号平凸透镜、三号平凸透镜、四号平凸透镜、一号输入镜、一号平面镜、二号输入镜、OPO输出镜、镜片、一号光学参量振荡晶体和二号光学参量振荡晶体；所述一号平凸透镜和二号平凸透镜构成一号耦合系统；所述三号平凸透镜和四号平凸透镜构成二号耦合系统；所述一号输入镜、一号平面镜、二号输入镜和OPO输出镜构成光学参量振荡谐振腔；泵浦激光发射激光分别经过两个耦合系统进入到光学参量振荡谐振腔，经两个光学参量振荡晶体用于转换激光的波长，用于产生3-5μm波段中红外固体激光。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体激光器，属于光学领域。
背景技术
3-5μm波段的中红外激光对大雾、烟尘等具有较强的穿透力，受气体分子吸收和悬浮物散射的影响小，因此在光谱测量、遥感、环保和光通信领域具有很高的应用价值。获得高功率的3-5μm激光最有效的手段是以光学参量振荡(OPO)方式对2μm波段激光进行频率下转换。光学参量振荡器由谐振腔和非线性晶体两大部分组成。一般的光学参量振荡器都使用一个非线性晶体和线型腔，而这种结构不利于光学参量振荡器的高功率稳定运转。使用线性谐振腔结构时，为了避免反馈泵浦光对泵浦激光器产生不良影响，一般在泵浦光路内插入一个光学隔离器，同时谐振腔轴线与泵浦光路成一定的角度。这就导致光学参量振荡器输出激光的光束质量变差，还会降低光参量振荡器的效率。受到非线性晶体抗损伤能力的限制，单个晶体所能承受的泵浦光功率有限，难以达到较高的输出功率水平。
发明内容
本发明目的是为了解决现有中红外固体激光器输出功率低、亮度差的问题，提供了一种3-5μm波段中红外固体激光器。
本发明所述一种3-5μm波段中红外固体激光器，它包括一号平凸透镜、二号平凸透镜、三号平凸透镜、四号平凸透镜、一号输入镜、一号平面镜、二号输入镜、OPO输出镜、镜片、一号光学参量振荡晶体和二号光学参量振荡晶体；
所述一号平凸透镜1-I和二号平凸透镜1-II的凸面相对、构成一号耦合系统；所述三号平凸透镜1-III和四号平凸透镜1-IV的凸面相对、构成二号耦合系统；
所述一号输入镜2-I、一号平面镜2-II、二号输入镜2-III和OPO输出镜4构成光学参量振荡谐振腔；
入射至一号耦合系统的一号泵浦激光经该一号耦合系统耦合后入射至一号输入镜2-I；经一号输入镜2-I透过的泵浦激光入射至一号光学参量振荡晶体3-I，经由一号光学参量振荡晶体3-I将由一号输入镜2-I透过的泵浦激光转换成3-5μm波段的激光，并将该3-5μm波段的激光入射至一号平面镜2-II，该光线经由一号平面镜2-II反射至二号输入镜2-III，余下的泵浦激光经由一号平面镜（2-II）透射出；
经该二号输入镜2-III反射至二号光学参量振荡晶体3-II，经二号光学参量振荡晶体3-II透射后入射至OPO输出镜4；
入射至二号耦合系统的二号泵浦激光经该二号耦合系统耦合后入射至二号输入镜2-III；经二号输入镜2-III透过的泵浦激光入射至二号光学参量振荡晶体3-II；经由二号光学参量振荡晶体3-II将由二号输入镜2-III透过的泵浦激光转换成3-5μm波段的激光，并将该3-5μm波段的激光入射至OPO输出镜4；透过光学参量振荡晶体3-II之后两束3-5μm波段的激光合成一束、该3-5μm波段的激光发射至OPO输出镜4，OPO输出镜4将所接收到的一部分激光反射至一号输入镜2-I上继续进行振荡，另一部分光透过OPO输出镜4发射至镜片5上，该镜片5对3-5μm波段的激光进行透射，将剩余的泵浦激光进行反射。
本发明的优点：本发明采用四镜环形腔结构，避免了泵浦反馈的不良问题，并且通过增加谐振腔长度的方式抑制了高阶横模的产生。在环形腔相互平行的两个臂内各放置一块非线性晶体，对两块晶体分别注入泵浦光。这样既提高了光学参量振荡器所能承受的泵浦功率，又改善了其光束质量，从而实现高功率高亮度的3-5μm中红外激光输出。
采用四镜环形腔设计，使得2μm激光不再受反馈影响，整个激光器具有高稳定性，通过泵浦两块非线性晶体更有利于获得高功率的中红外激光输出，另外产品结构设计合理，紧凑，全固化。
附图说明
图1是本发明所述一种3-5μm波段中红外固体激光器的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种3-5μm波段中红外固体激光器，它包括一号平凸透镜1-I、二号平凸透镜1-II、三号平凸透镜1-III、四号平凸透镜1-IV、一号输入镜2-I、一号平面镜2-II、二号输入镜2-III、OPO输出镜4、镜片5、一号光学参量振荡晶体3-I和二号光学参量振荡晶体3-II；
所述一号平凸透镜1-I和二号平凸透镜1-II的凸面相对、构成一号耦合系统；所述三号平凸透镜1-III和四号平凸透镜1-IV的凸面相对、构成二号耦合系统；
所述一号输入镜2-I、一号平面镜2-II、二号输入镜2-III和OPO输出镜4构成光学参量振荡谐振腔；
入射至一号耦合系统的一号泵浦激光经该一号耦合系统耦合后入射至一号输入镜2-I；经一号输入镜2-I透过的泵浦激光入射至一号光学参量振荡晶体3-I，经由一号光学参量振荡晶体3-I将由一号输入镜2-I透过的泵浦激光转换成3-5μm波段的激光，并将该3-5μm波段的激光入射至一号平面镜2-II，该光线经由一号平面镜2-II反射至二号输入镜2-III，余下的泵浦激光经由一号平面镜（2-II）透射出去；
该二号输入镜2-III反射该入射至二号输入镜（2-III）的光线至二号光学参量振荡晶体3-II，经二号光学参量振荡晶体3-II透射后入射至OPO输出镜4；
入射至二号耦合系统的二号泵浦激光经该二号耦合系统耦合后入射至二号输入镜2-III；经二号输入镜2-III透过的泵浦激光入射至二号光学参量振荡晶体3-II；经由二号光学参量振荡晶体3-II将由二号输入镜2-III透过的泵浦激光转换成3-5μm波段的激光，并将该3-5μm波段的激光入射至OPO输出镜4；透过光学参量振荡晶体3-II之后两束3-5μm波段的激光合成一束、该3-5μm波段的激光发射至OPO输出镜4，OPO输出镜4将所接收到的一部分激光反射至一号输入镜2-I上继续进行振荡，另一部分光透过OPO输出镜4发射至镜片5上，该镜片5对3-5μm波段的激光进行透射，将剩余的泵浦激光进行反射。
具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的一号光学参量振荡晶体3-I与二号光学参量振荡晶体3-II为同一类型的晶体，该晶体是采用ZnGeP2晶体，且在该晶体的光入射面和透射面上均镀有2μm、3-5μm的增透膜。
具体实施方式三：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述一号输入镜2-I、一号平面镜2-II和二号输入镜2-III均是采用一面镀有2μm高透膜，另一面镀有2μm高透且3-5μm高反膜。
具体实施方式四：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的OPO输出镜4是采用其中一面同时镀2μm高透膜和镀3-5μm的部分透射膜。
具体实施方式五：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的镜片5采用二色片，且该二色片的一面同时镀2μm高反膜和3-5μm高透膜。
具体实施方式六：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的一号光学参量振荡晶体3-I与二号光学参量振荡晶体3-II均选用的是切割角度55°的ZnGeP2（ZGP）晶体，其该ZnGeP2（ZGP）晶体的光入射面和光透射面均镀2μm且3-5μm的增透膜，采用第一类相位匹配方式。泵浦光源选用波长为2.1μm的Ho:YAG激光器，OPO输出镜对3-5μm透过率为50%。
采用上述参数，当向ZnGeP2光学参量振荡器注入2.1μm Ho:YAG泵浦激光50.9W时，获得了14.9W稳定的3-5μm中红外激光输出，光束质量M2因子的值约为3.0。
Claims (4)
1.一种3-5μm波段中红外固体激光器，其特征在于，它包括一号平凸透镜(1-I)、二号平凸透镜(1-II)、三号平凸透镜(1-III)、四号平凸透镜(1-IV)、一号输入镜(2-I)、一号平面镜(2-II)、二号输入镜(2-III)、OPO输出镜(4)、镜片(5)、一号光学参量振荡晶体(3-I)和二号光学参量振荡晶体(3-II)；
所述一号平凸透镜(1-I)和二号平凸透镜(1-II)的凸面相对、构成一号耦合系统；所述三号平凸透镜(1-III)和四号平凸透镜(1-IV)的凸面相对、构成二号耦合系统；
所述一号输入镜(2-I)、一号平面镜(2-II)、二号输入镜(2-III)和OPO输出镜(4)构成光学参量振荡谐振腔；
入射至一号耦合系统的一号泵浦激光经该一号耦合系统耦合后入射至一号输入镜(2-I)；经一号输入镜(2-I)透过的泵浦激光入射至一号光学参量振荡晶体(3-I)，经由一号光学参量振荡晶体(3-I)将由一号输入镜(2-I)透过的泵浦激光转换成3-5μm波段的激光，并将该3-5μm波段的激光入射至一号平面镜(2-II)，该光线经由一号平面镜(2-II)反射至二号输入镜(2-III)，余下的泵浦激光经由一号平面镜(2-II)透射出去；
该二号输入镜(2-III)反射该入射至二号输入镜(2-III)的光线至二号光学参量振荡晶体(3-II)，经二号光学参量振荡晶体(3-II)透射后入射至OPO输出镜(4)；
入射至二号耦合系统的二号泵浦激光经该二号耦合系统耦合后入射至二号输入镜(2-III)；经二号输入镜(2-III)透过的泵浦激光入射至二号光学参量振荡晶体(3-II)；经由二号光学参量振荡晶体(3-II)将由二号输入镜(2-III)透过的泵浦激光转换成3-5μm波段的激光，并将该3-5μm波段的激光入射至OPO输出镜(4)；透过光学参量振荡晶体(3-II)之后两束3-5μm波段的激光合成一束，该3-5μm波段的激光发射至OPO输出镜(4)，OPO输出镜(4)将所接收到的一部分激光反射至一号输入镜(2-I)上继续进行振荡，另一部分光透过OPO输出镜(4)发射至镜片(5)上，该镜片(5)对3-5μm波段的激光进行透射，将剩余的泵浦激光进行反射。
2.根据权利要求1所述一种3-5μm波段中红外固体激光器，其特征在于，所述一号输入镜(2-I)、一号平面镜(2-II)和二号输入镜(2-III)均是采用一面镀有2μm高透膜，另一面镀有2μm高透且3-5μm高反膜。
3.根据权利要求1所述一种3-5μm波段中红外固体激光器，其特征在于，所述OPO输出镜(4)是采用其中一面同时镀2μm高透膜和镀3-5μm的部分透射膜。
4.根据权利要求1所述一种3-5μm波段中红外固体激光器，其特征在于，所述镜片(5)采用二色片，且该二色片的一面同时镀2μm高反膜和3-5μm高透膜。
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