CN113540933A - 一种基于同步双光参量过程的中红外参量激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于同步双光参量过程的中红外参量激光器，包括近红外激光系统和非线性晶体；近红外激光系统为非线性晶体提供时间同步的泵浦光和信号光；非线性晶体为周期极化晶体，能够同时满足相互耦合的双光参量过程的相位匹配条件；泵浦光和信号光在非线性晶体中非线性差频，产生中红外波段的闲频光；其中，双光参量过程包括：在非线性晶体内，泵浦光与信号光非线性差频，产生中红外闲频光的第一光参量过程，以及，信号光对中红外闲频光光参量放大，并得到第二闲频光的第二光参量过程。本技术方案能够有效提升基于同步双光参量过程的中红外参量激光器的能量转换效率，改善其光束质量及功率稳定性。

Description

一种基于同步双光参量过程的中红外参量激光器
技术领域
本发明属于红外激光技术领域，尤其涉及一种基于同步双光参量过程的中红外参量激光器。
背景技术
3-5μm的中红外波长，正好对应大气的第二“窗口”以及多数分子的指纹谱，是重要的电磁辐射波段。该波段的中红外激光在医学诊断、激光制导、红外干扰等领域有着重要的应用价值。但是，由于缺乏合适的激光增益介质，商品化的能级型激光器目前仍主要集中在1-2μm的近红外波段。基于光学二阶非线性效应的激光频率转换技术是目前实现激光变频最为常用的方法。可以由单一波长的激光源得到一系列不同波长的相干辐射。其中，非线性差频(DFG)，是以频率分别为ωp与ωs的两束激光为入射光，将频率为ωp的泵浦光的能量传递给频率为ωs的信号光(ωp>ωs)，与此同时，还将得到第三种频率为ωi(ωp＝ωs+ωi)的激光(称为闲频光)。当入射信号光能量较弱时，此过程也可称之为光参量放大(OPA)，非线性差频是目前产生3-5μm中红外激光(作为闲频光)的主要方式。
然而，在相关技术中，光学参量过程中的能量回流与能流守恒共同限制了中红外参量激光器可达到的极限转换效率。
发明内容
本发明提供一种基于同步双光参量过程的中红外参量激光器，旨在提高中红外光参量过程的有效能量转换效率。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，提供一种基于同步双光参量过程的中红外参量激光器，包括近红外激光系统和非线性晶体；所述近红外激光系统为所述非线性晶体提供时间同步的泵浦光和信号光；所述非线性晶体为周期极化晶体，能够同时满足相互耦合的双光参量过程的准相位匹配条件；所述泵浦光和所述信号光在所述非线性晶体中非线性差频，产生中红外波段的闲频光；
所述双光参量过程包括：在所述非线性晶体内，所述泵浦光与所述信号光非线性差频，产生中红外闲频光的第一光参量过程，以及，所述信号光对所述中红外闲频光光参量放大，并得到第二闲频光的第二光参量过程。
进一步地，所述周期极化晶体正负畴的占空比能够在5％-50％之间调节；
针对不同工作条件，调整所述周期极化晶体正负畴的占空比，以改变所述第一光参量过程与所述第二光参量过程有效非线性系数的相对强度，进而，优化所述第一光参量过程与所述第二光参量过程相互之间的能量传递，得到适配的能量转换效率；
进一步地，所述非线性晶体为周期极化铌酸锂晶体，在预设的极化周期以及工作温度下，所述周期极化铌酸锂晶体能够同时满足所述第一光参量过程的一阶I类准相位匹配条件，以及，所述第二光参量过程的二阶II类准相位匹配条件；所述泵浦光为e偏振光，所述信号光为o偏振光，所述中红外闲频光为 o偏振光，所述第二闲频光为e偏振光。
进一步地，所述泵浦光波长为800nm，所述信号光波长为1020nm，相应的，所述中红外闲频光波长为3.7μm，所述周期极化铌酸锂晶体的极化周期为21.3 μm，所述周期极化铌酸锂晶体的工作温度为139℃。
进一步地，所述基于同步双光参量过程的中红外参量激光器还包括控温装置，所述控温装置用于保持所述非线性晶体的温度为预设工作温度。
进一步地，所述近红外激光系统包括第一激光器、第二激光器和光学耦合镜，所述第一激光器用于输出所述泵浦光，所述第二激光器用于输出所述信号光，所述泵浦光和所述信号光分别经过所述光学耦合镜，进入所述非线性晶体；或者，
所述近红外激光系统包括激光器、频率转换器和光学耦合镜，所述激光器输出的激光经过所述频率转换器得到时间同步的两束激光，其中一束作为所述泵浦光，另一束作为所述信号光，所述泵浦光和所述信号光分别经过所述光学耦合镜，进入所述非线性晶体。
进一步地，所述基于同步双光参量过程的中红外参量激光器还包括设置于所述非线性晶体的光路方向后侧的分光镜，所述分光镜用于分离所述中红外波段的闲频光。
进一步地，所述分光镜为对所述中红外闲频光高反射，对所述泵浦光、所述信号光和所述第二闲频光高透射的双色镜；或者，所述分光镜为对所述中红外闲频光高透射，对所述泵浦光、所述信号光和第二闲频光高反射的双色镜。
本发明提供的基于同步双光参量过程的中红外参量激光器与现有技术相比，有益效果在于：
本发明基于同步的双光参量过程，以能够同时满足相互耦合的不同光参量过程相位匹配条件的非线性晶体作为非线性介质。在非线性晶体中，泵浦光与信号光非线性差频，产生中红外波段的闲频光，与此同时，信号光可以作为第二泵浦光，对中红外闲频光作进一步的光参量放大。
能量回流需要信号光与闲频光的共同参与，在泵浦光与信号光非线性差频，产生中红外闲频光的光参量过程中，信号光不仅会带走泵浦光的大部分能量，其存在还会促使能量回流的出现。本发明通过同步的二次光参量放大，将信号光的能量传递给中红外波段的闲频光。此技术方案既能够有效“回收”信号光的能量，又可以通过对信号光能量的消耗，抑制光参量过程中的能量回流，有效提升中红外参量激光器的能量转换效率，改善其光束质量及功率稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例的基于同步双光参量过程的中红外参量激光器的结构示意图；
图2是本发明实施例的设计示例1中周期极化铌酸锂晶体(PPLN)在不同的工作温度下，第一光参量过程与第二光参量过程分别满足I类及II类准相位匹配条件所需要的最小极化周期示意图；
图3是本发明实施例的设计示例1中第一光参量过程与第二光参量过程有效非线性系数的相对强度d2/d1随PPLN晶体正负畴占空比的变化曲线；
图4是本发明实施例的设计示例1提供的随信号光波长的变化，能够得到的不同波长的中红外闲频光，以及，实现与之对应的同步双光参量频率转换所需要的PPLN晶体的极化周期与工作温度；
图5是本发明实施例的设计示例2提供的中红外参量激光器的能量转换效率随泵浦光强的变化曲线；
图6是本发明实施例的设计示例2提供的常规中红外参量激光器的能量转换效率随泵浦光强的变化曲线。
附图标记：1、近红外激光系统；11、第一激光器；12、第二激光器；13 光学耦合镜；2、非线性晶体；3、分光镜。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：
泵浦光向信号光、闲频光的有效转换，与泵浦光、信号光的光强，以及非线性晶体的长度密切相关。当作用距离(晶体长度)一定时，其转换效率会随泵浦光强的增加逐渐提升。然而，一切光学参量过程(包括非线性差频，光参量放大、光参量振荡等)最终都会受制于能量的回流。当参量过程进入饱和，能量就会由信号光、闲频光重新流向泵浦光。这样的逆转换过程限制了参量激光器的极限性能。为了实现更高效率的能量转换，目前主要是通过空时脉冲整形，令信号光、泵浦光的能量分布更为均匀，在能量回流出现前实现尽可能高效率的能量转换。另一个方面，参量过程的本质是以泵浦光光子的淬灭，换取相同数量的信号光光子与闲频光光子(
Figure RE-GDA0003226358600000051
能流守恒)。目前，数 800nm至1μm波段的近红外激光技术发展最为成熟，因此，3-5μm的中红外参量激光器一般也会以该波段的近红外激光作为泵浦光。但是，由于3-5μm中红外激光的光子能量较低，因而，即便能实现泵浦光100％的量子转换，3-5μm 的中红外激光也仅能从泵浦光得到其1/3甚至是1/5的能量。
为了提高从800nm至1μm波段的近红外泵浦光到中红外激光的能量转化效率，结合图1，本发明提出一种中红外参量激光器，包括近红外激光系统1和非线性晶体2；近红外激光系统1为非线性晶体2提供时间同步的泵浦光和信号光；非线性晶体2为周期极化晶体，能够同时满足相互耦合的双光参量过程的准相位匹配条件；泵浦光和信号光在非线性晶体2中非线性差频，产生中红外波段的闲频光；其中，双光参量过程包括：在非线性晶体2内，泵浦光与信号光非线性差频，产生中红外闲频光的第一光参量过程，以及，信号光对中红外闲频光光参量放大，并得到第二闲频光的第二光参量过程。
本发明基于同步的双光参量过程，以能够同时满足相互耦合的不同光参量过程相位匹配条件的非线性晶体2作为非线性介质。在非线性晶体2中，泵浦光与信号光非线性差频，产生中红外波段的闲频光，与此同时，信号光可以作为第二泵浦光，对中红外闲频光作进一步的光参量放大。
能量回流需要信号光与闲频光的共同参与，在泵浦光与信号光非线性差频，产生中红外闲频光的光参量过程中，信号光不仅会带走泵浦光的大部分能量，其存在还会促使能量回流的出现。而本发明通过同步的二次光参量放大，将信号光的能量传递给中红外波段的闲频光。此技术方案既能够有效“回收”信号光的能量，又可以通过对信号光能量的消耗，抑制光参量过程中的能量回流，有效提升中红外参量激光器的能量转换效率，改善其光束质量及功率稳定性。
相比于极化周期沿光束传输方向变化的非周期极化晶体，非线性晶体2为周期极化晶体，极大降低了对极化晶体的设计以及加工难度。而且，周期极化晶体正负畴的占空比能够在5％-50％之间调节。可针对不同工作条件(不同泵浦光、信号光波长，不同泵浦光强等)，通过调整周期极化晶体正负畴的占空比，改变第一光参量过程与第二光参量过程有效非线性系数的相对强度，以此优化第一光参量过程与第二光参量过程相互之间的能量传递，得到较高的能量转换效率。
本实施例中，非线性晶体2为周期极化铌酸锂晶体，在预设的极化周期以及工作温度下，周期极化铌酸锂晶体能够同时满足第一光参量过程及第二光参量过程的准相位匹配条件。应当理解，周期极化铌酸锂晶体的预设极化周期以及预设工作温度，需要根据泵浦光，信号光，以及中红外闲频光的波长适应性调整，如预设极化周期可以是15.5μm、16.5μm、17.5μm、18.5μm、19.5μm、20.5μm、 21.5μm、22.5μm、23.5μm、24.5μm等等，预设工作温度可以是50℃、80℃、 110℃、140℃、170℃等等，只要能够满足对应的泵浦光、信号光、中红外闲频光的双光参量过程的准相位匹配条件即可；优选的，当泵浦光波长为800nm，信号光波长为1020nm，相应的，中红外闲频光波长约为3.7μm时，本实施例中采用的周期极化铌酸锂晶体的预设极化周期为21.3μm，预设工作温度为 139℃。在一些实施例中，周期极化晶体也可以为周期极化钽酸锂晶体(PPLST)、周期极化磷酸氧钛钾晶体(PPKTP)等等，应当理解，这些周期极化晶体的折射率可能对其它因素敏感，例如磁场、电场、压力、入射角度等，这种情况下，相应的影响因素可以适应性调整，从而使得对应的周期极化晶体同时满足双光参量过程的准相位匹配条件。
中红外参量激光器还可以包括控温装置，控温装置用于保持非线性晶体2 的温度为预设工作温度，控温装置可以采用晶体控温炉。
本实施例中，泵浦光的波长为800nm，信号光的波长在980nm-1050nm范围内，相应的，可产生波长大约在4.3μm-3.3μm范围内的中红外闲频光。近红外激光系统1包括第一激光器11、第二激光器12和光学耦合镜13，第一激光器 11用于输出泵浦光，第二激光器12用于输出信号光，泵浦光和信号光分别经过光学耦合镜13，进入非线性晶体2；或者，近红外激光系统1包括激光器、频率转换器和光学耦合镜13，激光器输出的激光经过频率转换器得到时间同步的两束激光，其中一束作为泵浦光，另一束作为信号光，泵浦光和信号光分别经过光学耦合镜13，进入非线性晶体2。中红外参量激光器还包括设置于非线性晶体2的光路方向后侧的分光镜3，分光镜3用于分离中红外波段的闲频光，具体的，分光镜3为对中红外闲频光高反射，对泵浦光、信号光和第二闲频光高透射的双色镜；或者，分光镜3为对中红外闲频光高透射，对泵浦光、信号光和第二闲频光高反射的双色镜。通过分光镜3，可以将中红外闲频光从其余多种不同波长的激光中分离。
下面针对上述技术构思，提供两个具体的设计实施方案，应当理解，如下方案属于具体的实施方式，以方便理解，并不用于限定本发明的保护范围：
设计示例1：
相位匹配是一切光参量过程的基本要求。相互作用的泵浦光、信号光以及闲频光应满足kp＝ks+ki的相位匹配条件。其中，kp、ks、ki分别表示泵浦光、信号光以及闲频光的波矢。因此，本发明的关键在于如何以泵浦光，以及所需要的中红外激光的波长，设计出合适的非线性晶体2，能够同时满足相互耦合的不同光参量过程的相位匹配条件。
如果是以体材料晶体作为非线性介质，一般情况下，相互耦合的不同光参量过程极少能够在同一晶体角度满足相位匹配。相比之下，准相位匹配技术 (QPM)以其灵活的相位匹配方式，以及可设计的畴结构为实现同步的双光参量频率转换提供了可能。
通常情况下，人们会以极化周期为∧＝2π/|kp-ks-ki|的非线性极化晶体，实现一阶的准相位匹配，但实际上，极化周期为∧任意整数倍的周期极化晶体(Λm＝mΛ)都能够以相同的倒格矢km＝2π/m∧m＝2π/∧，实现m阶的准相位匹配。此外，相比于相位匹配，准相位匹配还放宽了对相互作用的泵浦光、信号光以及闲频光的偏振的要求。除了要求泵浦光、信号光以及闲频光都要是e偏振光的0类(ee-e)准相位匹配，还可以是I类(oo-e)或者II类(eo-o/oe-o) 等多种偏振组合。也就是说，原则上，能够以不同极化周期的周期极化晶体实现同一种光参量过程的准相位匹配。因此，通过选择合适的准相位匹配方式，使相互耦合的第一光参量过程与第一光参量过程所需要的最小极化周期相当∧1＝∧2，或者，成整数倍关系∧1＝m∧2，就能够以极化周期为∧1的极化晶体作为非线性介质，以其不同阶数的倒格矢k1与km分别补偿第一光参量过程与第一光参量过程的相位失配，实现同步的双光参量频率转换。
周期极化铌酸锂(LiNbO3)晶体(PPLN)是目前商品化程度最高的非线性极化晶体。但是，LiNbO3晶体的折射率对温度较为敏感，工作温度的变化将直接影响其准相位匹配所需要的极化周期Λ。因此，PPLN晶体一般需要放置在晶体控温炉中，以保证其能够工作在较稳定的温度环境。不过，这也为能够在更广泛的频谱范围内实现同步的双光参量频率转换提供了可调控的自由度。
下面具体介绍用于本发明的周期极化铌酸锂晶体的设计过程。
所述泵浦光、信号光波长分别为800nm和1020nm。基于5％MgO掺杂铌酸锂晶体的色散方程，图2分别给出了PPLN晶体在不同工作温度下，800nm泵浦光与1020nm信号光非线性差频，产生～3.7μm中红外闲频光的第一光参量过程，以及，1020nm信号光对～3.7μm中红外闲频光光参量放大，并得到～1.4μm的第二闲频光的第二光参量过程分别满足I类及II类准相位匹配条件所需要的最小极化周期∧1与∧2。其中，800nm泵浦光与～1.4μm的第二闲频光为e偏振光， 1020nm信号光与～3.7μm的中红外闲频光为o偏振光。从图中可以看到，∧1与∧2并没有在给定的温度范围内相交，也就是说，无法以周期极化的铌酸锂晶体同时实现上述第一光参量过程与第二光参量过程的一阶准相位匹配。然而，我们还可以选择以极化周期两倍(在泵浦光和信号光为其它波长设置，或者在其它温度范围的情况下，也可以是一倍、三倍、四倍等)于Λ2的PPLN晶体实现第二光参量过程的二阶II类准相位匹配。如图2所示，图中还列出了2Λ2随温度的变化曲线，在～139℃的晶体工作温度下，该曲线与Λ1相交于～21.3μm 的极化周期。也就是说，在～139℃的晶体工作温度下，上述第一光参量过程与第二光参量过程可在Λ＝21.3μm的PPLN晶体中分别满足一阶与二阶的准相位匹配。
以周期极化晶体完成上述双光参量频率转换的另一优势是可以通过调整其正负畴的占空比，改变相互耦合的第一光参量过程与第二光参量过程有效非线性系数的相对强度。
有效非线性系数决定了非线性过程的作用强度，一般以deff表示。对孤立的单一光参量过程而言，deff越大，越有利于能量的有效转换，使用长度更短的非线性晶体。但是，对于双光参量频率转换这样的耦合非线性过程，第一光参量过程与第二光参量过程相互之间能量传递的快慢对最终的能量转换效率有着决定性影响。因而，需要能够针对不同工作条件(不同泵浦光、信号光波长，不同泵浦光强等)，对第一光参量过程与第二光参量过程有效非线性系数的相对强度进行调控。
基于准相位匹配的光参量过程，其有效非线性系数deff正比于Gm，有
Figure RE-GDA0003226358600000091
其中，D为周期极化晶体正负畴的占空比。m为任意正整数，表示m阶的准相位匹配。从该公式我们可以看到，对分别满足一阶以及二阶准相位匹配条件的不同光参量过程，只需调整周期极化晶体正负畴的占空比D，即可同时改变所述第一光参量过程与第二光参量过程的有效非线性系数，更重要的，是可以对其相对强度进行调控。
我们假定在上述极化周期为Λ＝21.3μm的PPLN晶体中，800nm泵浦光与 1020nm信号光非线性差频，得到～3.7μm中红外闲频光的第一光参量过程的有效非线性系数为d1；1020nm信号光对～3.7μm中红外闲频光光参量放大，并得到～1.4μm的第二闲频光的第二光参量过程的有效非线性系数为d2。图3给出了所述第一光参量过程与所述第二光参量过程有效非线性系数的相对强度 d2/d1随占空比D的变化曲线。可以看到，通过调整PPLN晶体正负畴的占空比， d2/d1可在0到1之间连续变化。
上述技术方案并非仅局限于以800nm的泵浦光与1020nm的信号光非线性差频，产生～3.7μm的中红外闲频光这一特例。基于相同技术方案，将泵浦光波长固定在800nm，图4列举了随信号光波长的变化，能够得到的不同波长的中红外闲频光，以及，实现与之对应的同步双光参量频率转换所需要的PPLN晶体的极化周期与工作温度。从中我们可以看到，所述泵浦光、信号光、以及中红外闲频光的波长，与所述周期极化铌酸锂晶体的极化周期，与所述周期极化铌酸锂晶体的工作温度，存在着一一对应的映射关系。在20℃-220℃的温度范围内，通过对PPLN晶体工作温度和极化周期的联动调整，能够在大约3.3-4.3μ m的中红外波长范围内实现同步的双光参量频率转换，已非常接近PPLN晶体透射光谱的极限。我们相信，配合其他更多种类的周期极化晶体，例如周期极化的钽酸锂晶体(PPLST)，可进一步拓宽这种技术方案的适用范围。
设计示例2：
所述近红外激光系统1包括第一激光器11和第二激光器12，所述第一激光器11输出的800nm泵浦光和所述第二激光器12输出的1020nm信号光时间同步。在所述非线性晶体2中，800nm泵浦光与1020nm信号光非线性差频，产生～3.7μm的中红外闲频光；与此同时，1020nm信号光作为第二泵浦光，对～3.7 μm的中红外闲频光光参量放大，并得到～1.4μm的第二闲频光。
所述非线性晶体2为5％MgO掺杂的PPLN晶体，极化周期Λ为21.3μm，正负畴的占空比为25％。在～139℃的工作温度下，可同时满足所述第一光参量过程的一阶I类准相位匹配条件，以及，所述第二光参量过程的二阶II类准相位匹配条件。其中，所述800nm泵浦光与所述～1.4μm的第二闲频光为e偏振光，所述1020nm信号光与所述～3.7μm的中红外闲频光为o偏振光。由于所述 PPLN晶体的正负畴占空比为25％，因此，所述第一光参量过程的有效非线性系数为d1＝2.07，所述第二光参量过程的有效非线性系数为d2＝1.46。
以下，基于非线性耦合波方程，我们对所述中红外参量激光器的运行情况进行了数值仿真。800nm的泵浦光与1020nm的信号光均为连续或准连续的高斯光束，泵浦光的光斑直径为信号光光斑直径的1.5倍，进入所述PPLN晶体的信号光光强为泵浦光光强的1/1000。所述PPLN晶体的晶体长度为2mm。图5展示了所述中红外参量激光器的能量转换效率随泵浦光强的变化，并且，与仅涉及 800nm泵浦光与1020nm信号光非线性差频的常规中红外参量激光器进行了对比 (图6)。从图中可以看出，在进入饱和放大前，上述两种类型的中红外参量激光器的能量转换效率均能够随泵浦光强呈指数级增长。但是，所述基于同步双光参量过程的中红外参量激光器除了能实现更高效率的能量转换，将原来不到14％的能量转换效率提升至24％，对应～110％的量子转换效率，还表现出比常规中红外参量激光器更好的功率稳定性。可见，利用同步的二次光参量放大，通过类似于以一个泵浦光光子，得到两个信号光光子的方法，即可在抑制能量回流的同时，大幅提高中红外参量激光器的能量转换效率。
需要说明的是，在上述实施例中，所述PPLN晶体正负畴的占空比为25％，占空比大小决定着相互耦合的不同光参量过程有效非线性系数的相对强度，因此，在不同的工作条件下(不同泵浦光、信号光波长，不同泵浦光强等)，原则上，均存在相对应的较优的正负畴占空比。如果所述周期极化晶体的占空比过于偏离其最优值，将会削弱所述中红外参量激光器的有益效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于同步双光参量过程的中红外参量激光器，其特征在于，包括近红外激光系统和非线性晶体；所述近红外激光系统为所述非线性晶体提供时间同步的泵浦光和信号光；所述非线性晶体为周期极化晶体，能够同时满足相互耦合的双光参量过程的准相位匹配条件；所述泵浦光和所述信号光在所述非线性晶体中非线性差频，产生中红外波段的闲频光；
所述双光参量过程包括：在所述非线性晶体内，所述泵浦光与所述信号光非线性差频，产生中红外闲频光的第一光参量过程，以及，所述信号光对所述中红外闲频光光参量放大，并得到第二闲频光的第二光参量过程。
2.根据权利要求1所述的基于同步双光参量过程的中红外参量激光器，其特征在于，所述周期极化晶体正负畴的占空比能够在5％-50％之间调节；
针对不同工作条件，调整所述周期极化晶体正负畴的占空比，以改变所述第一光参量过程与所述第二光参量过程有效非线性系数的相对强度，进而，优化所述第一光参量过程与所述第二光参量过程相互之间的能量传递，得到适配的能量转换效率。
3.根据权利要求1所述的基于同步双光参量过程的中红外参量激光器，其特征在于，所述非线性晶体为周期极化铌酸锂晶体，在预设的极化周期以及工作温度下，所述周期极化铌酸锂晶体能够同时满足所述第一光参量过程的一阶I类准相位匹配条件，以及，所述第二光参量过程的二阶II类准相位匹配条件；所述泵浦光为e偏振光，所述信号光为o偏振光，所述中红外闲频光为o偏振光，所述第二闲频光为e偏振光。
4.根据权利要求3所述的基于同步双光参量过程的中红外参量激光器，其特征在于，所述泵浦光波长为800nm，所述信号光波长为1020nm，相应的，所述中红外闲频光波长为3.7μm，所述周期极化铌酸锂晶体的极化周期为21.3μm，所述周期极化铌酸锂晶体的工作温度为139℃。
5.根据权利要求1所述的基于同步双光参量过程的中红外参量激光器，其特征在于，所述基于同步双光参量过程的中红外参量激光器还包括控温装置，所述控温装置用于保持所述非线性晶体的温度为预设工作温度。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的基于同步双光参量过程的中红外参量激光器，其特征在于，所述近红外激光系统包括第一激光器、第二激光器和光学耦合镜，所述第一激光器用于输出所述泵浦光，所述第二激光器用于输出所述信号光，所述泵浦光和所述信号光分别经过所述光学耦合镜，进入所述非线性晶体；或者，
所述近红外激光系统包括激光器、频率转换器和光学耦合镜，所述激光器输出的激光经过所述频率转换器得到时间同步的两束激光，其中一束作为所述泵浦光，另一束作为所述信号光，所述泵浦光和所述信号光分别经过所述光学耦合镜，进入所述非线性晶体。
7.根据权利要求6所述的基于同步双光参量过程的中红外参量激光器，其特征在于，所述基于同步双光参量过程的中红外参量激光器还包括设置于所述非线性晶体的光路方向后侧的分光镜，所述分光镜用于分离所述中红外波段的闲频光。
8.根据权利要求7所述的基于同步双光参量过程的中红外参量激光器，其特征在于，所述分光镜为对所述中红外闲频光高反射，对所述泵浦光、所述信号光和所述第二闲频光高透射的双色镜；或者，所述分光镜为对所述中红外闲频光高透射，对所述泵浦光、所述信号光和第二闲频光高反射的双色镜。
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