CN206878308U - 一种中红外固体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中红外固体激光器，激光器包括泵浦源、耦合聚焦透镜组、激光谐振腔、输出镜，泵浦源为光学参量振荡激光器，光学参量振荡激光器包括初始激光器、聚焦透镜组、光学参量振荡腔，激光器的光线路径依次为初始激光器、聚焦透镜组、第一镜子、非线性晶体、第二镜子、耦合聚焦透镜组、第一谐振腔镜、激光晶体、第二谐振腔镜、输出镜，激光晶体为Fe:ZnSe晶体。本实用新型激光重复频率易于调节，可以灵活的调节输出波长，容易匹配不同晶体厚度或者掺杂的Fe:ZnSe晶体，泵浦源的体积可以大大的减小，频率更加灵活，容易集成为一体化的激光器，有利于实践。

Description

一种中红外固体激光器

技术领域

本实用新型涉及激光发生设备技术领域，尤其涉及一种中红外固体激光器。

背景技术

中红外激光器在气体探测，光谱分析，医疗和红外对抗等领域具有广泛的用途。过去的数十年中，人们发明了多种中红外激光器，如光学参量转换中红外激光器(ZGP，PPLN等晶体)，直接输出固体激光器Ho:BaYF,量子级联激光器等等。

最近人们发展了一种Fe:ZnSe的晶体(类似的晶体还有，ZnS，CdSe，CdS等)，能够输出3-5um波段的中红外激光，目前主要的泵浦方式是采用Er:YAG激光器或者自由电子激光器。

闪光灯泵浦静态输出的Er:YAG作为激光的泵浦源，波长约为2.93um，脉冲长度为250us。由于闪光灯泵浦激光器固有的热效应问题，其频率很难提高，一般的重复频率低于50Hz。有研究者通过多台闪光灯泵浦Er:YAG激光器的分时泵浦，获得了100Hz的中红外激光输出。而自由电子激光器作为泵浦源，其泵浦能量具有较高的水平，高达数焦耳，室温泵浦Fe:ZnSe晶体后，输出的中红外激光脉冲能量高达2焦耳以上。不过此种激光器依然存在频率无法提高的问题，在某些实际用途中，会有很大的局限。

发明内容

本实用新型是为了解决现有Fe:ZnSe晶体激光器存在频率无法提高，在某些实际用途中会有很大的局限的问题，提供一种激光重复频率易于调节，可以灵活的调节泵浦激光的波长，容易匹配不同晶体厚度或者掺杂浓度的Fe:ZnSe晶体，泵浦源的体积可以大大的减小，频率更加灵活，同时更加容易形成集成一体化的，有利于实践的中红外固体激光器。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种中红外固体激光器，所述的激光器包括泵浦源、耦合聚焦透镜组、激光谐振腔、输出镜，所述的泵浦源为光学参量振荡激光器，所述的激光谐振腔包括第一谐振腔镜、激光晶体、第二谐振腔镜，所述的光学参量振荡激光器包括初始激光器、聚焦透镜组、光学参量振荡腔，所述的光学参量振荡腔包括第一镜子、非线性晶体、第二镜子，所述激光器的光线路径依次为初始激光器、聚焦透镜组、第一镜子、非线性晶体、第二镜子、耦合聚焦透镜组、第一谐振腔镜、激光晶体、第二谐振腔镜、输出镜，所述的激光晶体为Fe:ZnSe晶体。本方案采用光学产量振荡激光器作为泵浦源，激光重复频率易于调节，范围可以从1-500KHz，甚至连续输出；同时，光学参量振荡激光器，可以灵活的调节输出波长，容易匹配不同晶体厚度或者掺杂的Fe:ZnSe晶体，不同的波长对应不同的吸收效率，对应不同的晶体厚度，相对于Er:YAG激光器或者自由电子激光器作为泵浦源，不仅泵浦源的体积可以大大的减小，频率更加灵活，同时更加容易形成集成的一体化，有利于实践中的应用；本方案采用输出波长处于Fe:ZnSe晶体吸收峰区域的光学参量振荡器作为泵浦源，通过泵浦Fe:ZnSe晶体获得特定输出特性的激光；Fe:ZnSe晶体的吸收峰大致在2.9μm-3.3μm区域，对于Er：YAG等激光器，输出波长为2.93μm，但是无法调谐，而采用光学参量振荡激光器作为泵浦源，其输出波长可以在2.9-3.3μm之间根据需要进行调谐，能够选择其吸收峰，有力提高吸收效率，提高输出功率。

作为优选，所述的激光器采用双端端面泵浦的结构或者四台激光器交叉端面泵浦的结构。本方案由于Fe离子在ZnSe通常是采用扩散法渗入，典型的特征是晶体端面比中间的离子浓度高，因此，为了有效的利用晶体，一般采用双端面泵浦或者双端面四泵浦源交叉泵浦的模式来获得高功率激光输出。

作为优选，所述的激光器在输出镜的另一端设有第二泵浦源及第二耦合聚焦透镜组，所述激光器的光线路径还包括依次为第二泵浦源、第二耦合聚焦透镜组、输出镜、第二谐振腔镜、激光晶体、第二谐振腔镜、输出镜的路径，所述的输出镜为分光反射镜。

作为优选，所述的激光晶体为片状，所述激光晶体包括至少一片晶体片，所述激光晶体为两片以上时采用串联排列。

作为优选，所述的光学参量振荡激光器输出激光波长为2.9-3.3μm。

作为优选，所述的光学参量振荡激光器采用1064nm激光器作为初始泵浦激光器，所述光学参量振荡激光器的非线性晶体为KTP或KTA或PPKTP或LN或PPLN。

本方案采用两个甚至四个光学参量振荡激光器作为泵浦源从晶体的两个端面同时抽运Fe:ZnSe晶体，光学参量振荡激光器是激光器里的核心部件，根据Fe:ZnSe晶体吸收曲线，光学参量振荡激光器输出的泵浦激光的波长在2.9-3.3μm之间，才能有效的被Fe:ZnSe晶体吸收，耦合聚焦透镜组将泵浦激光聚焦到Fe:ZnSe晶体端面，聚焦光斑一般较小，以降低激光输出阈值，Fe:ZnSe晶体由于掺杂浓度的不均匀性，可以采用N(N>1)片串列的模式，每个Fe:ZnSe晶体薄片相对于原晶体端面部分的掺杂浓度，这导致晶体整体的吸收效率更高，吸收也更佳均匀，第一谐振腔镜和第二谐振腔镜及Fe:ZnSe晶体组成激光谐振腔，输出镜(分光反射镜)的作用是分光，一方面将透过一端激发过来的泵浦激光，同时将另一端Fe:ZnSe晶体产生的激光反射出去。

本方案的光学参量振荡激光器采用1064nm激光器作为光学参量振荡器的泵浦源，通过聚焦透镜组将高重频甚至连续的1064nm激光聚焦到非线性晶体上，非线性晶体可以是PPLN，KTP，KTA，PPKTP等非线性光学晶体，通过光学参量效应，将泵浦激光转换为信号光和闲频光，由于必须符合能量守恒定律，转化为闲频光的效率一般不超过32％，第一镜子和第二镜子组成光学参量振荡腔，对振荡中的信号光和闲频光加强，最后输出所需要的激光，成为端面泵浦Fe:ZnSe固体激光器的泵浦光；对于PPLN,PPKTP等周期极化晶体，可以通过调节温度，或者改变极化周期，很容易实现输出激光的变化；而KTP，KTA等晶体，则主要通过切割方向的变化，实现需要的激光波长输出。

因此，本实用新型具有如下有益效果：(1)激光重复频率易于调节，泵浦激光波长灵活；(2)容易匹配不同晶体厚度或者掺杂的Fe:ZnSe晶体；(3)泵浦源的体积可以大大的减小，频率更加灵活；(4)容易形成集成一体化的激光器，有利于实践。

附图说明

图1是Fe:ZnSe晶体吸收和辐射曲线示意图。

图2是Fe离子在晶体内的典型浓度分布示意图。

图3是本实用新型的一种结构示意图。

图4是本实用新型光学参量振荡激光器的一种结构示意图。

图中：1、泵浦源 2、耦合聚焦透镜组 3、输出镜 4、第一谐振腔镜

5、激光晶体 6、第二谐振腔镜 7、初始激光器 8、聚焦透镜组

9、第一镜子 10、非线性晶体 11、第二镜子 12、第二泵浦源

13、第二耦合聚焦透镜组。

具体实施方式

如图1-图4所示，一种中红外固体激光器，激光器包括泵浦源1、耦合聚焦透镜组2、激光谐振腔、输出镜3，泵浦源1为光学参量振荡激光器，激光谐振腔包括第一谐振腔镜4、激光晶体5、第二谐振腔镜6，光学参量振荡激光器包括初始激光器7、聚焦透镜组8、光学参量振荡腔，光学参量振荡腔包括第一镜子9、非线性晶体10、第二镜子11，激光器的光线路径依次为初始激光器7、聚焦透镜组8、第一镜子9、非线性晶体10、第二镜子11、耦合聚焦透镜组2、第一谐振腔镜4、激光晶体5、第二谐振腔镜6、输出镜3，激光晶体5为Fe:ZnSe晶体；

激光器采用双端光学参量振荡激光器作为泵浦源1；激光器在输出镜3的另一端设有第二泵浦源12及第二耦合聚焦透镜组13，激光器的光线路径还包括依次为第二泵浦源12、第二耦合聚焦透镜组13、输出镜3、第二谐振腔镜6、激光晶体5、第二谐振腔镜6、输出镜3的路径，输出镜3为分光反射镜；

激光晶体5为片状，激光晶体5包括至少一片晶体片，激光晶体5为两片以上时采用串联排列；

光学参量振荡激光器输出激光波长为2.9-3.3μm；光学参量振荡激光器采用1064nm激光器作为初始激光器7，光学参量振荡激光器的非线性晶体10为KTP或KTA或PPKTP或LN或PPLN。

具体实施过程为，泵浦源1、第二泵浦源12的初始激光器7通过聚焦透镜组8将高重频甚至连续的1064nm激光聚焦到非线性晶体10上，通过光学参量效应，将泵浦激光转换为信号光和闲频光，第一镜子9和第二镜子11组成光学参量振荡腔，对振荡中的信号光和闲频光加强，最后输出所需要的激光，成为端面泵浦Fe:ZnSe固体激光器的泵浦光；两个光学参量振荡激光器，即泵浦源1、第二泵浦源12，产生的泵浦光，其中一路经过聚焦透镜组8、第一镜子9、非线性晶体10、第二镜子11、耦合聚焦透镜组2、第一谐振腔镜4、激光晶体5、第二谐振腔镜6、输出镜3输出；另一路经过第二耦合聚焦透镜组13、输出镜3、第二谐振腔镜6、激光晶体5、第二谐振腔镜6、输出镜3输出。

Claims (6)

1.一种中红外固体激光器，其特征在于，所述的激光器包括泵浦源、耦合聚焦透镜组、激光谐振腔、输出镜，所述的泵浦源为光学参量振荡激光器，所述的激光谐振腔包括第一谐振腔镜、激光晶体、第二谐振腔镜，所述的光学参量振荡激光器包括初始激光器、聚焦透镜组、光学参量振荡腔，所述的光学参量振荡腔包括第一镜子、非线性晶体、第二镜子，所述激光器的光线路径依次为初始激光器、聚焦透镜组、第一镜子、非线性晶体、第二镜子、耦合聚焦透镜组、第一谐振腔镜、激光晶体、第二谐振腔镜、输出镜，所述的激光晶体为Fe:ZnSe晶体。

2.根据权利要求1所述的一种中红外固体激光器，其特征是，所述的激光器采用双端端面泵浦的结构或者四台激光器交叉端面泵浦的结构。

3.根据权利要求2所述的一种中红外固体激光器，其特征是，所述的激光器在输出镜的另一端设有第二泵浦源及第二耦合聚焦透镜组，所述激光器的光线路径还包括依次为第二泵浦源、第二耦合聚焦透镜组、输出镜、第二谐振腔镜、激光晶体、第二谐振腔镜、输出镜的路径，所述的输出镜为分光反射镜。

4.根据权利要求1所述的一种中红外固体激光器，其特征是，所述的激光晶体为片状，所述激光晶体包括至少一片晶体片，所述激光晶体为两片以上时采用串联排列。

5.根据权利要求1所述的一种中红外固体激光器，其特征是，所述的光学参量振荡激光器输出激光波长为2.9-3.3μm。

6.根据权利要求1或5所述的一种中红外固体激光器，其特征是，所述的光学参量振荡激光器采用1064nm激光器作为初始激光器，所述光学参量振荡激光器的非线性晶体为KTP或KTA或PPKTP或LN或PPLN。