專利名稱：一種中紅外激光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光學(xué)器件技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種波長可調(diào)諧的中紅外
激光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
紅外光在大氣中有三個主要的傳輸窗口 l 3iim，3 5iim，8 12iim，其中3 5 P m是衰減最小的紅外窗口 ，該波段激光對大霧、煙塵等具有較強(qiáng)的穿透力，因而在熱尋蹤 導(dǎo)彈及紅外對抗上明確應(yīng)用需求輸出的3 5ym波長范圍的激光器；另外，在此波段中多 數(shù)重要的碳?xì)錃怏w及其他有毒氣體分子具有較強(qiáng)的吸收特性，因而，中紅外相干光源在微 量氣體探測領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，如生化站劑的探測及煤礦中甲烷氣體探測等。所以中紅外 相干光源在遠(yuǎn)程環(huán)境污染物和痕量氣體的檢測、廢氣檢測、機(jī)載大范圍陸地和海洋污染探 測、中紅外光譜、軍事上紅外追蹤搜索靶標(biāo)導(dǎo)航以及激光醫(yī)療診治等方面都具有廣闊的實(shí) 用價值。 近幾十年來，光學(xué)參量諧振腔(0P0) —直被認(rèn)為是輸出寬帶光譜范圍相干光的理 想光源，其性能參數(shù)幾乎完全依賴于泵浦激光器的光譜特性、光束質(zhì)量以及非線性晶體的 特性。隨著準(zhǔn)相位匹配(QPM)技術(shù)的成熟，利用周期極化晶體的非線性光學(xué)頻率變換技術(shù) 引起了廣泛的關(guān)注。 目前高脈沖能量的中紅外準(zhǔn)相位匹配0P0光源，主要是通過利用大孔徑非線性光 子晶體來實(shí)現(xiàn)高能量的輸出。然而，對連續(xù)波長3 5 ii m的中紅外準(zhǔn)相位匹配0P0的研究 發(fā)現(xiàn)，3ym處中紅外光源的輸出功率最高可達(dá)1瓦左右，但隨著波長的增加，該光源輸出的 中紅外激光在晶體中的吸收損耗也增大，因而其輸出功率也逐漸降低，在5 ii m處其出功率 最高僅達(dá)20毫瓦，而且其轉(zhuǎn)換效率低，最多只有百分之幾，不能很好的滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的中紅外相干光源輸出功率、 轉(zhuǎn)化效率較低和吸收損耗大等的缺陷，提供一種新型高功率、寬調(diào)諧的中紅外激光系統(tǒng)。 為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種中紅外激光系統(tǒng)，一種中紅外激光 系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括泵浦激光器及接收所述泵浦激光器所發(fā)射的光束的周期 極化晶體；所述泵浦激光器為輸出光波長為1. 064 ii m的摻釹釔鋁石榴石激光器，所述周期 極化晶體的兩端面鍍有光學(xué)膜，所述周期極化晶體固定于一溫控爐中。 進(jìn)一步地，在上述中紅外激光系統(tǒng)中，所述周期極化晶體為摻氧化鎂鈮酸鋰晶體 或周期極化鈮酸鋰晶體。 進(jìn)一步地，在上述中紅外激光系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括一用于調(diào)整所述周期極化 晶體的極化周期的五維調(diào)整架。 進(jìn)一步地，在上述中紅外激光系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括依次設(shè)置在所述泵浦激光 器和周期極化晶體之間的用于調(diào)整泵浦光的偏振方向，使其偏振方向和所述周期極化晶體的光軸平行的偏振棱鏡及用于對泵浦光進(jìn)行束腰變換，使其束腰參數(shù)與所述周期極化晶體 的束腰參數(shù)匹配的聚焦透鏡。 進(jìn)一步地，在上述中紅外激光系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述聚焦透鏡及周 期極化晶體之間的第一濾波片，所述第一濾波片的一面鍍有2. 5 5 y m高反膜及1. 064 y m 增透膜。 進(jìn)一步地，在上述中紅外激光系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括緊貼于所述周期極化晶 體遠(yuǎn)離所述泵浦激光器的一端的第二濾波片，所述第二濾波片鍍有1.4 2iim增透膜、 1. 064 ii m禾P 2. 5 5 ii m高反膜。 進(jìn)一步地，在上述中紅外激光系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括一在所述周期極化晶體的 兩端面設(shè)置的輸入鏡及輸出鏡。 本實(shí)用新型采用周期極化晶體形成無鏡反向傳輸?shù)臏?zhǔn)相位匹配光學(xué)參量振蕩腔， 通過調(diào)整周期極化晶體的溫度、周期等相關(guān)參數(shù)，在調(diào)諧波長范圍3 5ym條件下得到了 高輸出功率及高轉(zhuǎn)換效率的中紅外相干光源，更好地滿足了實(shí)際應(yīng)用需求。

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中 圖1是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的中紅外激光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式請參閱圖1，圖1是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的中紅外激光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí) 用新型的中紅外激光系統(tǒng)包括泵浦激光器1、偏振棱鏡2、聚焦透鏡3、第一濾波片4、周期極 化晶體5以及第二濾波片6。其中，周期極化晶體5接收泵浦激光器1所發(fā)射的光束，由泵 浦激光器1產(chǎn)生的泵浦光經(jīng)偏振棱鏡2調(diào)整其偏振方向，再經(jīng)過聚焦透鏡3及第一濾波片 4進(jìn)入周期極化晶體5進(jìn)行振蕩放大，信號光最后經(jīng)由第二濾波片6濾波后出射，閑頻光經(jīng) 由第一濾波片4反射輸出。 其中，泵浦激光器1為激光二極管(LD)，本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中泵浦激光器1選 取輸出波長為1. 064 ii m的摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)激光器。由于Nd:YAG晶體具有較大 的受激發(fā)射截面，輸出光具有偏振特性，且生長技術(shù)成熟，其輸出的1. 064 y m激光的光-光 轉(zhuǎn)換效率能大于50%，本實(shí)用新型充分利用其高光束質(zhì)量和偏振特性，以實(shí)現(xiàn)高效率的非 線性光學(xué)頻率變換。 偏振棱鏡2及聚焦透鏡3依次設(shè)置在所述泵浦激光器1和周期極化晶體5之間， 其中偏振棱鏡2用于調(diào)整泵浦光的偏振方向，使其偏振方向和周期極化晶體5的光軸平行； 聚焦透鏡3用于調(diào)整入射的泵浦光的束腰半徑，使其束腰參數(shù)與周期極化晶體5的束腰參 數(shù)匹配，以提高中紅外激光產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換效率。 第一濾波片4設(shè)置在聚焦透鏡3及周期極化晶體5之間，用于分離出光路中的閑 頻光，即輸出所需的中紅外相干激光，其一面鍍有2. 5 5 y m高反膜HR(反射率R > 90% ) 及1.064iim增透膜，所述1.064iim增透膜在1. 064 y m波段高透射。 周期極化晶體5為摻氧化鎂鈮酸鋰晶體(PPMgLN)，其具有極化周期在26 31 ii m 之間且以0.5ym的間隔設(shè)定。本實(shí)用新型中周期極化晶體5的兩端面設(shè)有寬帶增透膜，形成無鏡反向傳輸光學(xué)參量振蕩腔(B0P0)，所產(chǎn)生信號光I和閑頻光II分別從周期極化晶體 5的兩端面輸出。與前向傳輸光學(xué)參量振蕩腔(0P0)相比，這種后向系統(tǒng)的振蕩機(jī)理不同， 所產(chǎn)生的信號光I和閑頻光II(中紅外激光)是反向傳輸?shù)?，它們之間建立激光振蕩不需 要任何腔鏡，而且光路調(diào)整簡單。 周期極化晶體5固定在一控溫爐中，該控溫爐的溫度可調(diào)范圍為40 20(TC，通過 控制該控溫爐的溫度可改變周期極化晶體5的溫度；另外，周期極化晶體5上還設(shè)有高精密 的五維調(diào)整架，可調(diào)整周期極化晶體5的極化周期。 可以理解，本實(shí)用新型中的周期極化晶體5也可采用周期極化鈮酸鋰(PPLN)晶 體。 第二濾波片6緊貼于周期極化晶體5遠(yuǎn)離泵浦激光器1的一端，其鍍有1. 4 2 ii m 增透膜HT(透過率T > 90% ) 、1. 064 ii m和2. 5 5 ii m高反膜HR(反射率R > 98% )。 本實(shí)用新型的中紅外激光系統(tǒng)工作時，先由Nd:YAG晶體的泵浦激光器1輸出波長 為1. 064 ii m的激光光束(為偏振方向一定的線性光)，經(jīng)過偏振棱鏡2使其偏振方向和周 期極化晶體5的光軸平行，接著該激光光束從聚焦透鏡3透射出來后再經(jīng)過第一濾波片4 射入周期極化晶體5。聚焦透鏡3對所述激光光束進(jìn)行束腰變換，使其束腰參數(shù)與周期極化 晶體5的束腰參數(shù)匹配；因?yàn)橹芷跇O化晶體5的兩端面設(shè)有寬帶增透膜，從而形成無鏡反向 傳輸光學(xué)參量振蕩腔(B0P0)，所產(chǎn)生的信號光I和閑頻光II (中紅外激光)反向傳輸形成 振蕩并分別從周期極化晶體5的兩端面輸出，由于閑頻光II吸收損耗大，所以閑頻光II 一 產(chǎn)生就從周期極化晶體5的靠近泵浦激光器1的端面出射，并由第一濾波片4反射輸出，同 時信號光I從周期極化晶體5的遠(yuǎn)離泵浦激光器1的端面出射后經(jīng)由第二濾波片6透射輸 出。 通過調(diào)節(jié)所述控溫爐和高精密的五維調(diào)整架改變周期極化晶體5的溫度(可調(diào)范 圍40 200°C )及其極化周期，可實(shí)現(xiàn)3. 0 5. Oiim范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)諧的中紅外激光輸 出。 可以理解，本實(shí)用新型也可以將該周期極化晶體置于一個光學(xué)參量振蕩腔，即在 該周期極化晶體的兩端面設(shè)置輸入鏡及輸出鏡，這樣可進(jìn)一步提高所述中紅外激光系統(tǒng)的 輸出功率。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用周期極化晶體5形成信號光I和閑頻光II反向 傳輸?shù)臏?zhǔn)相位匹配光學(xué)參量振蕩腔，通過調(diào)整周期極化晶體5的溫度、周期等相關(guān)參數(shù)，在 調(diào)諧波長范圍3 5 P m條件下得到了高輸出功率及高轉(zhuǎn)換效率的中紅外相干激光，更好地 滿足了實(shí)際應(yīng)用需求。 以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則 之內(nèi)，所作的任何修改、等同 換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種中紅外激光系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括泵浦激光器及接收所述泵浦激光器所發(fā)射的光束的周期極化晶體；所述泵浦激光器為輸出光波長為1.064μm的摻釹釔鋁石榴石激光器，所述周期極化晶體的兩端面鍍有光學(xué)膜，所述周期極化晶體固定于一溫控爐中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外激光系統(tǒng)，其特征在于，所述周期極化晶體為摻氧化 鎂鈮酸鋰晶體或周期極化鈮酸鋰晶體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的中紅外激光系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括一用于調(diào)整 所述周期極化晶體的極化周期的五維調(diào)整架。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外激光系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括依次設(shè)置在 所述泵浦激光器和周期極化晶體之間的用于調(diào)整泵浦光的偏振方向，使其偏振方向和所述 周期極化晶體的光軸平行的偏振棱鏡及用于對泵浦光進(jìn)行束腰變換，使其束腰參數(shù)與所述 周期極化晶體的束腰參數(shù)匹配的聚焦透鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的中紅外激光系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述 聚焦透鏡及周期極化晶體之間的第一濾波片，所述第一濾波片的一面鍍有2. 5 5 ii m高反 膜及1.064iim增透膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外激光系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括緊貼于所述 周期極化晶體遠(yuǎn)離所述泵浦激光器的一端的第二濾波片，所述第二濾波片鍍有1. 4 2ym 增透膜、1. 064 ii m和2. 5 5 ii m高反膜。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外激光系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括一在所述周 期極化晶體的兩端面設(shè)置的輸入鏡及輸出鏡。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種中紅外激光系統(tǒng)，其包括泵浦激光器及接收所述泵浦激光器所發(fā)射光束的周期極化晶體；所述泵浦激光器為輸出光波長為1.064μm的摻釹釔鋁石榴石激光器，所述周期極化晶體的兩端面鍍有光學(xué)膜，所述周期極化晶體固定于一溫控爐中。本實(shí)用新型在調(diào)諧波長范圍3～5μm條件下得到了高輸出功率及高轉(zhuǎn)換效率的中紅外相干激光。
文檔編號H01S3/16GK201549762SQ200920260339
公開日2010年8月11日 申請日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者成建群, 王純棟, 蘇紅, 阮雙琛, 陳梓昱, 陳瓊州 申請人:蘇紅;陳梓昱;陳瓊州;王純棟;成建群;阮雙琛;深圳大學(xué)