CN105633789A - 基于CdSe光学参量振荡器的远红外激光发生装置 - Google Patents

基于CdSe光学参量振荡器的远红外激光发生装置 Download PDF

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Abstract

基于CdSe光学参量振荡器的远红外激光发生装置，属于远红外激光领域。它解决了现有的ZnGeP2光学参量振荡器产生10μm以上远红外激光的能力差的问题。1.9μm水平偏振激光和1.9μm垂直偏振激光双向泵浦Ho:YAG晶体，Ho:YAG固体激光器产生的2.09μm高功率垂直偏振脉冲激光被全反镜反射至半波片，该激光被半波片旋转为水平偏振激光，并射入CdSe晶体的一个端面，被泵浦的CdSe晶体同时产生2.53μm至2.64μm激光和10μm至12μm激光，第一分光镜过滤2.53μm至2.64μm激光，第二分光镜过滤2.09μm激光。本发明适用于大气污染物的检测和光电对抗领域。

Description

基于CdSe光学参量振荡器的远红外激光发生装置
技术领域
本发明涉及一种远红外激光发生装置，属于远红外激光领域。
背景技术
波长为8μm至12μm的远红外激光处于大气透明窗口，位于有害化学药剂和工业排放物等物质的本征吸收光谱带，因此该波段的激光被广泛地应用于大气污染物的检测。与此同时，军用发动机尾焰的发射谱也位于该波段，因此该波段的激光在光电对抗领域亦有应用价值。
分立波长的激光源，如二氧化碳激光器，能够产生该波段的激光，但是其产生激光的波长固定，无法调谐，能够检测的物质的种类少。
量子级联激光器能够产生该波段的激光，但是其输出功率低，且光亮度十分有限。
频率下转换技术中的光学参量产生器和差频产生器，也能产生该波段的激光，但是光学参量产生器要求皮秒和飞秒级的泵浦脉冲，差频产生器要求两个泵浦源，频率下转换技术中的光学参量振荡器与光学参量产生器和差频产生器相比，仅需要一个纳秒级的脉冲泵浦源，并且具有产生高平均功率、高脉冲能量红外激光的能力。
一直以来ZnGeP2晶体都是产生中红外和远红外激光的首选非线性材料，但是该材料的透明光谱区在大于10μm波段会出现强烈的吸收，限制了它产生远红外激光的能力。而CdSe晶体的透明光谱范围为2μm至24μm，这使得它能够有效地产生远红外激光。当前，关于CdSe晶体的研究较少，且主要集中于差频产生器技术，产生的平均功率和能量也十分有限。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的ZnGeP2光学参量振荡器产生10μm以上远红外激光的能力差的问题，提出了一种基于CdSe光学参量振荡器的远红外激光发生装置。
本发明所述的基于CdSe光学参量振荡器的远红外激光发生装置，它包括Ho:YAG固体激光器、全反镜9、半波片10、CdSe光学参量振荡器、第一分光镜14和第二分光镜15；
Ho:YAG固体激光器包括第一偏振片1、第一腔镜2、Ho:YAG晶体3、第二腔镜4、第二偏振片5、声光Q开关6、F-P标准具7和第一输出镜8；
CdSe光学参量振荡器包括第三腔镜11、CdSe晶体12和第二输出镜13；
一束1.9μm水平偏振泵浦激光依次经第一偏振片1透射、第一腔镜2透射，射入Ho:YAG晶体3的一个端面；
另一束1.9μm垂直偏振泵浦激光依次经第二偏振片5反射、第二腔镜4透射，射入Ho:YAG晶体3的另一端面；
被双向泵浦的Ho:YAG晶体3产生2.09μm泵浦激光，声光Q开关6用于将该泵浦激光转换为脉冲激光，F-P标准具7用于选择垂直偏振运转的脉冲激光，经F-P标准具7出射的激光依次经第一输出镜8透射、全反镜9反射、半波片10水平旋转和第三腔镜11透射，射入CdSe晶体12的一个端面；
CdSe光学参量振荡器为2.53μm至2.64μm激光单谐振结构，CdSe晶体12的切割角度为71.5°；
被泵浦的CdSe晶体12同时产生2.53μm至2.64μm激光和10μm至12μm激光；
第二输出镜13为CdSe光学参量振荡器的输出镜；
第一分光镜14和第二分光镜15分别用于过滤CdSe光学参量振荡器输出的2.53μm至2.64μm激光和2.09μm激光；
CdSe光学参量振荡器输出的10μm至12μm激光依次经第一分光镜14和第二分光镜15的透射，射入外部空间。
Ho:YAG晶体3由两个1.9μm掺Tm光纤激光器双向泵浦；
CdSe晶体12的晶轴与入射2.09μm泵浦激光的夹角为α；
CdSe晶体12被泵浦后产生的两束激光的波长均与α同步变化，波长变化的范围分别为2.53μm至2.64μm和10μm至12μm。
本发明所述的基于CdSe光学参量振荡器的远红外激光发生装置，CdSe晶体12对10μm至12μm激光高透，解决了现有的ZnGeP2光学参量振荡器产生10μm以上远红外激光能力差的问题；
声光Q开关6使射入其中的连续激光转化为具有高功率的激光脉冲，进而使所述远红外激光发生装置输出的激光具有较高的平均功率；
在2.09μm泵浦激光射入CdSe晶体12的一个端面的条件下，通过调节α能够调谐CdSe光学参量振荡器输出激光的波长。
附图说明
图1是实施方式一所述的基于CdSe光学参量振荡器的远红外激光发生装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于CdSe光学参量振荡器的远红外激光发生装置，它包括Ho:YAG固体激光器、全反镜9、半波片10、CdSe光学参量振荡器、第一分光镜14和第二分光镜15；
Ho:YAG固体激光器包括第一偏振片1、第一腔镜2、Ho:YAG晶体3、第二腔镜4、第二偏振片5、声光Q开关6、F-P标准具7和第一输出镜8；
CdSe光学参量振荡器包括第三腔镜11、CdSe晶体12和第二输出镜13；
一束1.9μm水平偏振泵浦激光依次经第一偏振片1透射、第一腔镜2透射，射入Ho:YAG晶体3的一个端面；
另一束1.9μm垂直偏振泵浦激光依次经第二偏振片5反射、第二腔镜4透射，射入Ho:YAG晶体3的另一端面；
被双向泵浦的Ho:YAG晶体3产生2.09μm泵浦激光，声光Q开关6用于将该泵浦激光转换为脉冲激光，F-P标准具7用于选择垂直偏振运转的脉冲激光，经F-P标准具7出射的激光依次经第一输出镜8透射、全反镜9反射、半波片10水平旋转和第三腔镜11透射，射入CdSe晶体12的一个端面；
CdSe光学参量振荡器为2.53μm至2.64μm激光单谐振结构，CdSe晶体12的切割角度为71.5°；
被泵浦的CdSe晶体12同时产生2.53μm至2.64μm激光和10μm至12μm激光；
第二输出镜13为CdSe光学参量振荡器的输出镜；
第一分光镜14和第二分光镜15分别用于过滤CdSe光学参量振荡器输出的2.53μm至2.64μm激光和2.09μm激光；
CdSe光学参量振荡器输出的10μm至12μm激光依次经第一分光镜14和第二分光镜15的透射，射入外部空间。
具体实施方式二，本实施方式是对实施方式一所述的基于CdSe光学参量振荡器的远红外激光发生装置的进一步限定，第一偏振片1呈45°放置，其泵浦激光入射面镀有1.9μm水平偏振光高透、1.9μm垂直偏振光高反膜；
第一腔镜2呈45°放置，其一面镀有1.9μm光高透膜，另一面镀有1.9μm光高透、2.09μm光高反膜；
Ho:YAG晶体3的两个端面均镀有1.9μm和2.09μm光高透膜；
第二腔镜4呈0°放置，其一面镀有1.9μm光高透膜，另一面镀有1.9μm光高透、2.09μm光高反膜；
第二偏振片5呈45°放置，其反射面镀有1.9μm水平偏振光高透、1.9μm垂直偏振光高反膜；
F-P标准具7为由YAG晶体制成的F-P标准具；
第一输出镜8对2.09μm激光的透过率为68％；
全反镜9呈45°放置，其反射面镀有2.09μm光高反膜；
第三腔镜11为由ZnS制成的镜片，其一面镀有2.09μm光增透膜，另一面镀有2.09μm光增透、2.5μm至2.8μm光高反膜；
CdSe晶体12的两个端面均镀有2.09μm、2.5μm至2.8μm和10μm至12μm光高透膜；
第二输出镜13的一面镀有2.09μm、10μm至12μm光高透、2.5μm至2.8μm光透过率为20％的透射膜，另一面镀有2.09μm、2.5μm至2.8μm和10μm至12μm光高透膜；
第一分光镜14呈45°放置，其一面镀有2.09μm、10μm至12μm光高透、2.5μm至2.8μm光高反膜，另一面镀有2.09μm、10μm至12μm光高透膜；
第二分光镜15呈45°放置，其一面镀有2.09μm光高反、10μm至12μm光高透膜，另一面镀有10μm至12μm光高透膜。
本实施方式所述的基于CdSe光学参量振荡器的远红外激光发生装置，Ho:YAG晶体3为圆柱体，其长度为45mm，其底面直径为5mm，Ho3+掺杂浓度为0.8％；
声光Q开关6的型号为MQH041-100DMA05(Gooch&Housego)，工作重复频率为1kHz；
F-P标准具的厚度为50μm；
CdSe晶体12的长*宽*高等于10mm*12mm*40mm；
CdSe光学参量振荡器的输出功率可到达160mW。

Claims (2)

1.基于CdSe光学参量振荡器的远红外激光发生装置，其特征在于：它包括Ho:YAG固体激光器、全反镜(9)、半波片(10)、CdSe光学参量振荡器、第一分光镜(14)和第二分光镜(15)；
Ho:YAG固体激光器包括第一偏振片(1)、第一腔镜(2)、Ho:YAG晶体(3)、第二腔镜(4)、第二偏振片(5)、声光Q开关(6)、F-P标准具(7)和第一输出镜(8)；
CdSe光学参量振荡器包括第三腔镜(11)、CdSe晶体(12)和第二输出镜(13)；
一束1.9μm水平偏振泵浦激光依次经第一偏振片(1)透射、第一腔镜(2)透射，射入Ho:YAG晶体(3)的一个端面；
另一束1.9μm垂直偏振泵浦激光依次经第二偏振片(5)反射、第二腔镜(4)透射，射入Ho:YAG晶体(3)的另一端面；
被双向泵浦的Ho:YAG晶体(3)产生2.09μm泵浦激光，声光Q开关(6)用于将该泵浦激光转换为脉冲激光，F-P标准具(7)用于选择垂直偏振运转的脉冲激光，经F-P标准具(7)出射的激光依次经第一输出镜(8)透射、全反镜(9)反射、半波片(10)水平旋转和第三腔镜(11)透射，射入CdSe晶体(12)的一个端面；
CdSe光学参量振荡器为2.53μm至2.64μm激光单谐振结构，CdSe晶体(12)的切割角度为71.5°；
被泵浦的CdSe晶体(12)同时产生2.53μm至2.64μm激光和10μm至12μm激光；
第二输出镜(13)为CdSe光学参量振荡器的输出镜；
第一分光镜(14)和第二分光镜(15)分别用于过滤CdSe光学参量振荡器输出的2.53μm至2.64μm激光和2.09μm激光；
CdSe光学参量振荡器输出的10μm至12μm激光依次经第一分光镜(14)和第二分光镜(15)的透射，射入外部空间。
2.根据权利要求1所述的基于CdSe光学参量振荡器的远红外激光发生装置，其特征在于，第一偏振片(1)呈45°放置，其泵浦激光入射面镀有1.9μm水平偏振光高透、1.9μm垂直偏振光高反膜；
第一腔镜(2)呈45°放置，其一面镀有1.9μm光高透膜，另一面镀有1.9μm光高透、2.09μm光高反膜；
Ho:YAG晶体(3)的两个端面均镀有1.9μm和2.09μm光高透膜；
第二腔镜(4)呈0°放置，其一面镀有1.9μm光高透膜，另一面镀有1.9μm光高透、2.09μm光高反膜；
第二偏振片(5)呈45°放置，其反射面镀有1.9μm水平偏振光高透、1.9μm垂直偏振光高反膜；
F-P标准具(7)为由YAG晶体制成的F-P标准具；
第一输出镜(8)对2.09μm激光的透过率为68％；
全反镜(9)呈45°放置，其反射面镀有2.09μm光高反膜；
第三腔镜(11)为由ZnS制成的镜片，其一面镀有2.09μm光增透膜，另一面镀有2.09μm光增透、2.5μm至2.8μm光高反膜；
CdSe晶体(12)的两个端面均镀有2.09μm、2.5μm至2.8μm和10μm至12μm光高透膜；
第二输出镜(13)的一面镀有2.09μm、10μm至12μm光高透、2.5μm至2.8μm光透过率为20％的透射膜，另一面镀有2.09μm、2.5μm至2.8μm和10μm至12μm光高透膜；
第一分光镜(14)呈45°放置，其一面镀有2.09μm、10μm至12μm光高透、2.5μm至2.8μm光高反膜，另一面镀有2.09μm、10μm至12μm光高透膜；
第二分光镜(15)呈45°放置，其一面镀有2.09μm光高反、10μm至12μm光高透膜，另一面镀有10μm至12μm光高透膜。
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