專利名稱：一種基于電光效應(yīng)和光纖放大器的可調(diào)諧中紅外光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中紅外光源，尤其是涉及一種基于電光效應(yīng)和光纖放大器的可調(diào)諧中紅外光源。
背景技術(shù)：
固體激光器，尤其是全固態(tài)激光器因具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)換效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)加工和科學(xué)研究等。通過(guò)近紅外波段全固態(tài)激光器作為泵浦源，通過(guò)光參量振蕩器是獲得3 5 μ m中紅激光光源最有效的手段之一。到目前為止，雖然中紅外激光器取得了一定的發(fā)展，但是在中紅外光源高重復(fù)頻率、高峰值功率光源獲得、泵浦源選取、中紅外波段介質(zhì)薄膜寬帶設(shè)計(jì)、低吸收、高損耗控制等方面還有許多技術(shù)問(wèn)題需要解決，尤其當(dāng)通過(guò)光參量手段獲得中紅外激光光源時(shí)，泵浦源的體積、效率、穩(wěn)定性、光束質(zhì)量等還有許多問(wèn)題亟待解決1)泵浦源的全固化、小型化、輕量化；幻泵浦源功率水平和光束質(zhì)量同時(shí)保證；幻泵浦源在高重復(fù)頻率下脈寬較寬，峰值功率較低、單脈沖能量隨重復(fù)頻率變化較大；4)泵浦源體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制冷功耗大、需水冷等。([l]Y.B0netti，andj. Faist, Quantum cascade lasers entering the mid-infrared. Nature Photonics 2009, 3 :32-34; [2]任國(guó)光，黃裕年，用激光紅外干擾系統(tǒng)保護(hù)軍用和民航機(jī)，激光與紅外2006， 36(1) :1-6)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可獲得性能優(yōu)良的中紅外激光輸出、可解決中紅外激光器的高效散熱問(wèn)題、可降低整機(jī)體積、提高輸出光的光束質(zhì)量和轉(zhuǎn)換效率的基于電光效應(yīng)和光纖放大器的可調(diào)諧中紅外光源。本發(fā)明設(shè)有種子光源、光纖放大器、耦合系統(tǒng)、光參量振蕩器的輸入鏡、用于頻率變換的非線性晶體和輸出耦合鏡；所述種子光源設(shè)有半導(dǎo)體激光器、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)、激光晶體、主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體、配合電光晶體一起使用的起偏器和主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡，所述半導(dǎo)體激光器、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)、激光晶體、主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體、配合電光晶體一起使用的起偏器、主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡和耦合系統(tǒng)按從左往右順序依次擺放， 半導(dǎo)體激光器、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)、激光晶體、主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體、配合電光晶體一起使用的起偏器、主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡和耦合系統(tǒng)的中心處于同一光軸上， 半導(dǎo)體激光器、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)、激光晶體、主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體、配合電光晶體一起使用的起偏器、主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡和耦合系統(tǒng)之間的間距可調(diào)；所述耦合系統(tǒng)設(shè)于種子光源與光纖放大器之間；所述光纖放大器設(shè)有光纖和帶光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器泵浦源，所述光參量振蕩器的輸入鏡、用于頻率變換的非線性晶體和輸出耦合鏡按從左往右順序依次擺放，光參量振蕩器的輸入鏡、用于頻率變換的非線性晶體和輸出耦合鏡的中心處于同一光軸上，光參量振蕩器的輸入鏡、用于頻率變換的非線性晶體和輸出耦合鏡之間的間距可調(diào)。所述種子光源的波長(zhǎng)可為1000 llOOnm。所述種子光源的激光器諧振腔由激光晶體和主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡構(gòu)成，所述激光晶體的左端面鍍制808nm泵浦光增透膜1000 1 IOOnm范圍內(nèi)基頻光的高反射膜，激光晶體的右端面鍍制基頻光增透膜，主動(dòng)調(diào) Q用電光晶體和配合電光晶體一起使用的起偏器的左右端面和主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡的右端面鍍制基頻光的增透膜，主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡左端面鍍制基頻光的部分反射膜。主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體和配合電光晶體一起使用的起偏器構(gòu)成電光Q開(kāi)關(guān)，該Q開(kāi)光需要通過(guò)外部電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制。所述半導(dǎo)體激光器、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)、激光晶體、主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體、配合電光晶體一起使用的起偏器、主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡和耦合系統(tǒng)之間的間距可調(diào)的范圍可為0. 5 100mm。所述耦合系統(tǒng)中可設(shè)有一個(gè)單向器。所述帶光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器泵浦源可設(shè)至少3個(gè)。所述光纖可采用摻的雙包層光纖或光子晶體光纖等。所述光參量振蕩器的輸入鏡、用于頻率變換的非線性晶體和輸出耦合鏡之間的間距可調(diào)的范圍可為0. 5 100mm。本發(fā)明提出一種新的技術(shù)手段，獲得性能優(yōu)良的中紅外激光輸出，解決中紅外激光器的高效散熱問(wèn)題、降低了整機(jī)體積、提高輸出光的光束質(zhì)量和轉(zhuǎn)換效率。具體發(fā)明內(nèi)容如下將發(fā)射波長(zhǎng)在1. 0 1. 1 μ m的脈沖電光調(diào)Q激光器作為光纖放大器的種子光源，經(jīng)過(guò)一級(jí)或多級(jí)摻鐿雙包層光纖放大器放大，放大以后的種子光在偏振方向、重復(fù)頻率、光束質(zhì)量上基本沒(méi)有改變，單個(gè)脈沖的能量得到逐級(jí)放大，最后獲得高重復(fù)頻率、高能量、單頻、 線偏振短脈沖的泵浦光，并將其作為中紅外激光器的泵浦源，利用非線性晶體通過(guò)光參量振蕩的方式獲得中紅外波段的激光輸出。該激光輸出的波長(zhǎng)可以通過(guò)改變非線性晶體的工作溫度或者橫向非線性晶體入射位置等來(lái)進(jìn)行調(diào)諧。本發(fā)明將光纖放大器和電光調(diào)Q激光器結(jié)合在一起，一方面可以把能量放大的部分也就是產(chǎn)生冗余熱量多的放大級(jí)用光纖放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用光纖放大器散熱好的特點(diǎn)通過(guò)半導(dǎo)體制冷或者簡(jiǎn)單的傳導(dǎo)冷卻；另一方面利用了小功率固體激光器、半導(dǎo)體激光器在體積、短脈寬方面的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步簡(jiǎn)化種子光源的結(jié)構(gòu)，光纖放大器輸出光在光束質(zhì)量、穩(wěn)定性等方面的優(yōu)勢(shì)確保了后端通過(guò)光參量手段獲得的中紅外光源在非線性過(guò)程中能有較高的轉(zhuǎn)換效率。獲得高效率的中紅外激光光源整機(jī)、不需水冷減少了體積、光纖輸出提高了光束質(zhì)量，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍和工作環(huán)境。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有種子光源、光纖放大器、耦合系統(tǒng)8、光參量振蕩器的輸入鏡13、用于頻率變換的非線性晶體14和輸出耦合鏡15。所述種子光源設(shè)有半導(dǎo)體激光器1、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)2、聚焦光學(xué)系統(tǒng)3、激光晶體4、主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體5、配合電光晶體一起使用的起偏器6和主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡 7，所述半導(dǎo)體激光器1、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)2、聚焦光學(xué)系統(tǒng)3、激光晶體4、主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體 5、配合電光晶體一起使用的起偏器6、主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡7和耦合系統(tǒng)8按從左往右順序依次擺放，半導(dǎo)體激光器1、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)2、聚焦光學(xué)系統(tǒng)3、激光晶體4、主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體5、配合電光晶體一起使用的起偏器6、主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡7和耦合系統(tǒng)8的中心處于同一光軸上，半導(dǎo)體激光器1、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)2、聚焦光學(xué)系統(tǒng)3、激光晶體4、主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體5、配合電光晶體一起使用的起偏器6、主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡7和耦合系統(tǒng)8之間的間距可調(diào)；所述耦合系統(tǒng)8設(shè)于種子光源與光纖放大器之間；所述光纖放大器設(shè)有光纖12和帶光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器泵浦源9，所述光參量振蕩器的輸入鏡13、用于頻率變換的非線性晶體14和輸出耦合鏡15按從左往右順序依次擺放，光參量振蕩器的輸入鏡13、用于頻率變換的非線性晶體14和輸出耦合鏡15的中心處于同一光軸上，光參量振蕩器的輸入鏡13、用于頻率變換的非線性晶體14和輸出耦合鏡15 之間的間距可調(diào)的范圍為0. 5 100mm。所述種子光源的波長(zhǎng)可為1000 llOOnm。所述種子光源的激光器諧振腔由激光晶體4和主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡7構(gòu)成，所述激光晶體4的左端面鍍制808nm泵浦光增透膜1000 IlOOnm范圍內(nèi)基頻光的高反射膜，激光晶體4的右端面鍍制基頻光增透膜，主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體5和配合電光晶體一起使用的起偏器6的左右端面和主動(dòng)電光調(diào)Q 激光器的輸出鏡7的右端面鍍制基頻光的增透膜，主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡7左端面鍍制基頻光的部分反射膜。主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體5和配合電光晶體一起使用的起偏器6構(gòu)成電光Q開(kāi)關(guān)，該 Q開(kāi)光需要通過(guò)外部電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制。所述半導(dǎo)體激光器1、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)2、聚焦光學(xué)系統(tǒng)3、激光晶體4、主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體5、配合電光晶體一起使用的起偏器6、主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡7和耦合系統(tǒng) 8之間的間距可調(diào)的范圍可為0. 5 100mm。所述耦合系統(tǒng)8中可設(shè)有一個(gè)單向器，以保證光的單向傳播，防止放大器的反射光回饋到種子光源中，引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。所述帶光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器泵浦源9的功能是為光纖放大器提供泵浦光，為了便于散熱，將放大級(jí)所需的總泵浦能量分配到波長(zhǎng)在975nm附近的若干光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器中。所述帶光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器泵浦源9可設(shè)至少3個(gè)。所述帶光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器泵浦源9可設(shè)在整個(gè)系統(tǒng)所安放的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，該平臺(tái)為整個(gè)系統(tǒng)提供支撐作用，由于帶光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器泵浦源9是一組通過(guò)半導(dǎo)體制冷器進(jìn)行溫度控制的波長(zhǎng)在975nm附近的帶光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器泵浦源，光纖具有一定的長(zhǎng)度和彎曲能力，可以在與其他元件不重疊和交叉的情況下，在光纖放大級(jí)的左右兩側(cè)靈活安放，安放以結(jié)構(gòu)緊湊、整齊排列為原則，相互位置關(guān)系和距離不作限制。所述光纖可采用摻的雙包層光纖或光子晶體光纖等；將光纖12作為放大級(jí)增益介質(zhì)、半導(dǎo)體激光器作為泵浦源，對(duì)種子光進(jìn)行一級(jí)或多級(jí)放大，通過(guò)對(duì)光纖彎曲半徑的控制、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)分別抑制高階模和各種非線性效應(yīng)，通過(guò)應(yīng)力雙折射來(lái)獲得偏振保持特性，最后獲得高峰值功率、線偏振、短脈沖光源。從耦合系統(tǒng)8出射的光的光軸和光纖12的通光軸在同一條水平線上，光纖12的通光軸與光參量振蕩器的輸入鏡13左端面的法線相互平行，耦合系統(tǒng)8和光參量振蕩器的輸入鏡13與光纖12之間存在空氣間隙，間隙大小可以在0. 5 IOOmm之間調(diào)節(jié)，帶光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器泵浦源9分布在光纖 12的左右兩側(cè)，帶光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器泵浦源9與光纖12之間通過(guò)光纖熔接進(jìn)行連接。用于頻率變換的非線性晶體14可以是周期極化晶體也可以是普通的非極化晶體，用于頻率變換的非線性晶體14左右端面都鍍制泵浦光的增透膜。輸出耦合鏡15左端面鍍制泵浦光的高反射膜，信號(hào)光的部分透射膜，右端面鍍制信號(hào)光的增透膜。通過(guò)單諧振參量振蕩技術(shù)將放大器放大輸出后的脈沖激光作為泵浦光注入到參量振蕩諧振腔中，當(dāng)泵浦光泵浦到非線性晶體上以后，會(huì)對(duì)信號(hào)光產(chǎn)生一定的增益，通過(guò)諧振腔左右腔鏡提供的反饋，信號(hào)光不斷被放大，最終信號(hào)光通過(guò)輸出鏡輸出。該信號(hào)光的波段主要由泵浦光波長(zhǎng)，非線性晶體的參數(shù)等共同決定，在本發(fā)明中，波長(zhǎng)位于中紅外波段。在垂直于周期極化晶體通光方向截面上，制作多個(gè)周期結(jié)構(gòu)，周期大小按一定的步長(zhǎng)變化，實(shí)現(xiàn)調(diào)諧；當(dāng)泵浦光入射到周期參數(shù)不同的周期結(jié)構(gòu)時(shí)，輸出中紅外激光中心波長(zhǎng)不同，在每個(gè)中心波長(zhǎng)附近通過(guò)改變晶體的工作溫度、非線性溫度匹配來(lái)改變信號(hào)光的波長(zhǎng)，最后實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)諧，產(chǎn)生的信號(hào)光位于3 5 μ m的中紅外波段。
權(quán)利要求
1.一種基于電光效應(yīng)和光纖放大器的可調(diào)諧中紅外光源，其特征在于設(shè)有種子光源、光纖放大器、耦合系統(tǒng)、光參量振蕩器的輸入鏡、用于頻率變換的非線性晶體和輸出耦合鏡；所述種子光源設(shè)有半導(dǎo)體激光器、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)、激光晶體、主動(dòng)調(diào)Q 用電光晶體、配合電光晶體一起使用的起偏器和主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡，所述半導(dǎo)體激光器、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)、激光晶體、主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體、配合電光晶體一起使用的起偏器、主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡和耦合系統(tǒng)按從左往右順序依次擺放，半導(dǎo)體激光器、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)、激光晶體、主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體、配合電光晶體一起使用的起偏器、主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡和耦合系統(tǒng)的中心處于同一光軸上，半導(dǎo)體激光器、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)、激光晶體、主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體、配合電光晶體一起使用的起偏器、主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡和耦合系統(tǒng)之間的間距可調(diào)；所述耦合系統(tǒng)設(shè)于種子光源與光纖放大器之間；所述光纖放大器設(shè)有光纖和帶光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器泵浦源，所述光參量振蕩器的輸入鏡、用于頻率變換的非線性晶體和輸出耦合鏡按從左往右順序依次擺放，光參量振蕩器的輸入鏡、用于頻率變換的非線性晶體和輸出耦合鏡的中心處于同一光軸上，光參量振蕩器的輸入鏡、用于頻率變換的非線性晶體和輸出耦合鏡之間的間距可調(diào)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于電光效應(yīng)和光纖放大器的可調(diào)諧中紅外光源，其特征在于所述種子光源的波長(zhǎng)為1000 llOOnm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于電光效應(yīng)和光纖放大器的可調(diào)諧中紅外光源，其特征在于所述種子光源的激光器諧振腔由激光晶體和主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡構(gòu)成，所述激光晶體的左端面鍍制808nm泵浦光增透膜1000 IlOOnm范圍內(nèi)基頻光的高反射膜，激光晶體的右端面鍍制基頻光增透膜，主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體和配合電光晶體一起使用的起偏器的左右端面和主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡的右端面鍍制基頻光的增透膜，主動(dòng)電光調(diào) Q激光器的輸出鏡左端面鍍制基頻光的部分反射膜。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于電光效應(yīng)和光纖放大器的可調(diào)諧中紅外光源，其特征在于主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體和配合電光晶體一起使用的起偏器構(gòu)成電光Q開(kāi)關(guān)，該Q開(kāi)光通過(guò)外部電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于電光效應(yīng)和光纖放大器的可調(diào)諧中紅外光源，其特征在于所述半導(dǎo)體激光器、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)、激光晶體、主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體、配合電光晶體一起使用的起偏器、主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡和耦合系統(tǒng)之間的間距可調(diào)的范圍為0. 5 100mm。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于電光效應(yīng)和光纖放大器的可調(diào)諧中紅外光源，其特征在于所述耦合系統(tǒng)中設(shè)有一個(gè)單向器。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于電光效應(yīng)和光纖放大器的可調(diào)諧中紅外光源，其特征在于所述帶光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器泵浦源設(shè)至少3個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的一種基于電光效應(yīng)和光纖放大器的可調(diào)諧中紅外光源，其特征在于所述光纖為摻的雙包層光纖或光子晶體光纖。
9.如權(quán)利要求1所述的一種基于電光效應(yīng)和光纖放大器的可調(diào)諧中紅外光源，其特征在于所述光參量振蕩器的輸入鏡、用于頻率變換的非線性晶體和輸出耦合鏡之間的間距可調(diào)的范圍為0. 5 100mm。
全文摘要
一種基于電光效應(yīng)和光纖放大器的可調(diào)諧中紅外光源，涉及一種中紅外光源。設(shè)有種子光源、光纖放大器、耦合系統(tǒng)、光參量振蕩器的輸入鏡、用于頻率變換的非線性晶體和輸出耦合鏡；種子光源設(shè)有半導(dǎo)體激光器、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)、激光晶體、主動(dòng)調(diào)Q用電光晶體、配合電光晶體一起使用的起偏器和主動(dòng)電光調(diào)Q激光器的輸出鏡，耦合系統(tǒng)設(shè)于種子光源與光纖放大器之間；光纖放大器設(shè)有光纖和帶光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器泵浦源，光參量振蕩器的輸入鏡、用于頻率變換的非線性晶體和輸出耦合鏡按從左往右順序依次擺放?？色@得性能優(yōu)良的中紅外激光輸出、可解決中紅外激光器的高效散熱問(wèn)題、可降低整機(jī)體積、提高輸出光的光束質(zhì)量和轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01S3/115GK102332670SQ20111022370
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者姬彪, 賈富強(qiáng), 鄭新雙 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)