CN201549762U - 一种中红外激光系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种中红外激光系统，其包括泵浦激光器及接收所述泵浦激光器所发射光束的周期极化晶体；所述泵浦激光器为输出光波长为1.064μm的掺钕钇铝石榴石激光器，所述周期极化晶体的两端面镀有光学膜，所述周期极化晶体固定于一温控炉中。本实用新型在调谐波长范围3～5μm条件下得到了高输出功率及高转换效率的中红外相干激光。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学器件技术领域，更具体地说，涉及一种波长可调谐的中红外激光系统。
背景技术
红外光在大气中有三个主要的传输窗口：1～3μm，3～5μm，8～12μm，其中3～5μm是衰减最小的红外窗口，该波段激光对大雾、烟尘等具有较强的穿透力，因而在热寻踪导弹及红外对抗上明确应用需求输出的3～5μm波长范围的激光器；另外，在此波段中多数重要的碳氢气体及其他有毒气体分子具有较强的吸收特性，因而，中红外相干光源在微量气体探测领域有广泛的应用，如生化站剂的探测及煤矿中甲烷气体探测等。所以中红外相干光源在远程环境污染物和痕量气体的检测、废气检测、机载大范围陆地和海洋污染探测、中红外光谱、军事上红外追踪搜索靶标导航以及激光医疗诊治等方面都具有广阔的实用价值。
近几十年来，光学参量谐振腔(OPO)一直被认为是输出宽带光谱范围相干光的理想光源，其性能参数几乎完全依赖于泵浦激光器的光谱特性、光束质量以及非线性晶体的特性。随着准相位匹配(QPM)技术的成熟，利用周期极化晶体的非线性光学频率变换技术引起了广泛的关注。
目前高脉冲能量的中红外准相位匹配OPO光源，主要是通过利用大孔径非线性光子晶体来实现高能量的输出。然而，对连续波长3～5μm的中红外准相位匹配OPO的研究发现，3μm处中红外光源的输出功率最高可达1瓦左右，但随着波长的增加，该光源输出的中红外激光在晶体中的吸收损耗也增大，因而其输出功率也逐渐降低，在5μm处其出功率最高仅达20毫瓦，而且其转换效率低，最多只有百分之几，不能很好的满足实际应用需求。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的中红外相干光源输出功率、转化效率较低和吸收损耗大等的缺陷，提供一种新型高功率、宽调谐的中红外激光系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种中红外激光系统，一种中红外激光系统，其特征在于，所述系统包括：泵浦激光器及接收所述泵浦激光器所发射的光束的周期极化晶体；所述泵浦激光器为输出光波长为1.064μm的掺钕钇铝石榴石激光器，所述周期极化晶体的两端面镀有光学膜，所述周期极化晶体固定于一温控炉中。
进一步地，在上述中红外激光系统中，所述周期极化晶体为掺氧化镁铌酸锂晶体或周期极化铌酸锂晶体。
进一步地，在上述中红外激光系统中，所述系统还包括一用于调整所述周期极化晶体的极化周期的五维调整架。
进一步地，在上述中红外激光系统中，所述系统还包括依次设置在所述泵浦激光器和周期极化晶体之间的用于调整泵浦光的偏振方向，使其偏振方向和所述周期极化晶体的光轴平行的偏振棱镜及用于对泵浦光进行束腰变换，使其束腰参数与所述周期极化晶体的束腰参数匹配的聚焦透镜。
进一步地，在上述中红外激光系统中，所述系统还包括设置在所述聚焦透镜及周期极化晶体之间的第一滤波片，所述第一滤波片的一面镀有2.5～5μm高反膜及1.064μm增透膜。
进一步地，在上述中红外激光系统中，所述系统还包括紧贴于所述周期极化晶体远离所述泵浦激光器的一端的第二滤波片，所述第二滤波片镀有1.4～2μm增透膜、1.064μm和2.5～5μm高反膜。
进一步地，在上述中红外激光系统中，所述系统还包括一在所述周期极化晶体的两端面设置的输入镜及输出镜。
本实用新型采用周期极化晶体形成无镜反向传输的准相位匹配光学参量振荡腔，通过调整周期极化晶体的温度、周期等相关参数，在调谐波长范围3～5μm条件下得到了高输出功率及高转换效率的中红外相干光源，更好地满足了实际应用需求。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型较佳实施例的中红外激光系统的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，图1是本实用新型较佳实施例的中红外激光系统的结构示意图。本实用新型的中红外激光系统包括泵浦激光器1、偏振棱镜2、聚焦透镜3、第一滤波片4、周期极化晶体5以及第二滤波片6。其中，周期极化晶体5接收泵浦激光器1所发射的光束，由泵浦激光器1产生的泵浦光经偏振棱镜2调整其偏振方向，再经过聚焦透镜3及第一滤波片4进入周期极化晶体5进行振荡放大，信号光最后经由第二滤波片6滤波后出射，闲频光经由第一滤波片4反射输出。
其中，泵浦激光器1为激光二极管(LD)，本实用新型较佳实施例中泵浦激光器1选取输出波长为1.064μm的掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器。由于Nd:YAG晶体具有较大的受激发射截面，输出光具有偏振特性，且生长技术成熟，其输出的1.064μm激光的光-光转换效率能大于50％，本实用新型充分利用其高光束质量和偏振特性，以实现高效率的非线性光学频率变换。
偏振棱镜2及聚焦透镜3依次设置在所述泵浦激光器1和周期极化晶体5之间，其中偏振棱镜2用于调整泵浦光的偏振方向，使其偏振方向和周期极化晶体5的光轴平行；聚焦透镜3用于调整入射的泵浦光的束腰半径，使其束腰参数与周期极化晶体5的束腰参数匹配，以提高中红外激光产生的转换效率。
第一滤波片4设置在聚焦透镜3及周期极化晶体5之间，用于分离出光路中的闲频光，即输出所需的中红外相干激光，其一面镀有2.5～5μm高反膜HR(反射率R＞90％)及1.064μm增透膜，所述1.064μm增透膜在1.064μm波段高透射。
周期极化晶体5为掺氧化镁铌酸锂晶体(PPMgLN)，其具有极化周期在26～31μm之间且以0.5μm的间隔设定。本实用新型中周期极化晶体5的两端面设有宽带增透膜，形成无镜反向传输光学参量振荡腔(BOPO)，所产生信号光I和闲频光II分别从周期极化晶体5的两端面输出。与前向传输光学参量振荡腔(OPO)相比，这种后向系统的振荡机理不同，所产生的信号光I和闲频光II(中红外激光)是反向传输的，它们之间建立激光振荡不需要任何腔镜，而且光路调整简单。
周期极化晶体5固定在一控温炉中，该控温炉的温度可调范围为40～200℃，通过控制该控温炉的温度可改变周期极化晶体5的温度；另外，周期极化晶体5上还设有高精密的五维调整架，可调整周期极化晶体5的极化周期。
可以理解，本实用新型中的周期极化晶体5也可采用周期极化铌酸锂(PPLN)晶体。
第二滤波片6紧贴于周期极化晶体5远离泵浦激光器1的一端，其镀有1.4～2μm增透膜HT(透过率T＞90％)、1.064μm和2.5～5μm高反膜HR(反射率R＞98％)。
本实用新型的中红外激光系统工作时，先由Nd:YAG晶体的泵浦激光器1输出波长为1.064μm的激光光束(为偏振方向一定的线性光)，经过偏振棱镜2使其偏振方向和周期极化晶体5的光轴平行，接着该激光光束从聚焦透镜3透射出来后再经过第一滤波片4射入周期极化晶体5。聚焦透镜3对所述激光光束进行束腰变换，使其束腰参数与周期极化晶体5的束腰参数匹配；因为周期极化晶体5的两端面设有宽带增透膜，从而形成无镜反向传输光学参量振荡腔(BOPO)，所产生的信号光I和闲频光II(中红外激光)反向传输形成振荡并分别从周期极化晶体5的两端面输出，由于闲频光II吸收损耗大，所以闲频光II一产生就从周期极化晶体5的靠近泵浦激光器1的端面出射，并由第一滤波片4反射输出，同时信号光I从周期极化晶体5的远离泵浦激光器1的端面出射后经由第二滤波片6透射输出。
通过调节所述控温炉和高精密的五维调整架改变周期极化晶体5的温度(可调范围40～200℃)及其极化周期，可实现3.0～5.0μm范围内连续可调谐的中红外激光输出。
可以理解，本实用新型也可以将该周期极化晶体置于一个光学参量振荡腔，即在该周期极化晶体的两端面设置输入镜及输出镜，这样可进一步提高所述中红外激光系统的输出功率。
与现有技术相比，本实用新型采用周期极化晶体5形成信号光I和闲频光II反向传输的准相位匹配光学参量振荡腔，通过调整周期极化晶体5的温度、周期等相关参数，在调谐波长范围3～5μm条件下得到了高输出功率及高转换效率的中红外相干激光，更好地满足了实际应用需求。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (7)
1.一种中红外激光系统，其特征在于，所述系统包括：泵浦激光器及接收所述泵浦激光器所发射的光束的周期极化晶体；所述泵浦激光器为输出光波长为1.064μm的掺钕钇铝石榴石激光器，所述周期极化晶体的两端面镀有光学膜，所述周期极化晶体固定于一温控炉中。
2.根据权利要求1所述的中红外激光系统，其特征在于，所述周期极化晶体为掺氧化镁铌酸锂晶体或周期极化铌酸锂晶体。
3.根据权利要求2所述的中红外激光系统，其特征在于，所述系统还包括一用于调整所述周期极化晶体的极化周期的五维调整架。
4.根据权利要求1所述的中红外激光系统，其特征在于，所述系统还包括依次设置在所述泵浦激光器和周期极化晶体之间的用于调整泵浦光的偏振方向，使其偏振方向和所述周期极化晶体的光轴平行的偏振棱镜及用于对泵浦光进行束腰变换，使其束腰参数与所述周期极化晶体的束腰参数匹配的聚焦透镜。
5.根据权利要求4所述的中红外激光系统，其特征在于，所述系统还包括设置在所述聚焦透镜及周期极化晶体之间的第一滤波片，所述第一滤波片的一面镀有2.5～5μm高反膜及1.064μm增透膜。
6.根据权利要求1所述的中红外激光系统，其特征在于，所述系统还包括紧贴于所述周期极化晶体远离所述泵浦激光器的一端的第二滤波片，所述第二滤波片镀有1.4～2μm增透膜、1.064μm和2.5～5μm高反膜。
7.根据权利要求1所述的中红外激光系统，其特征在于，所述系统还包括一在所述周期极化晶体的两端面设置的输入镜及输出镜。
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| CN104779515A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-07-15 | 南京大学 | 一种大功率远程探测多组分气体激光器 |
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