專利名稱：一種3-5μm波段中紅外固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體激光器，屬于光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
3-5 μ m波段的中紅外激光對(duì)大霧、煙塵等具有較強(qiáng)的穿透力，受氣體分子吸收和懸浮物散射的影響小，因此在光譜測(cè)量、遙感、環(huán)保和光通信領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價(jià)值。獲得高功率的3-5 μ m激光最有效的手段是以光學(xué)參量振蕩(OPO)方式對(duì)2 μ m波段激光進(jìn)行頻率下轉(zhuǎn)換。光學(xué)參量振蕩器由諧振腔和非線性晶體兩大部分組成。一般的光學(xué)參量振蕩器都使用一個(gè)非線性晶體和線型腔，而這種結(jié)構(gòu)不利于光學(xué)參量振蕩器的高功率穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。使用線性諧振腔結(jié)構(gòu)時(shí)，為了避免反饋泵浦光對(duì)泵浦激光器產(chǎn)生不良影響，一般在泵浦光路內(nèi)插入一個(gè)光學(xué)隔離器，同時(shí)諧振腔軸線與泵浦光路成一定的角度。這就導(dǎo)致光學(xué)參量振蕩器輸出激光的光束質(zhì)量變差，還會(huì)降低光參量振蕩器的效率。受到非線性晶體抗損傷能力的限制，單個(gè)晶體所能承受的泵浦光功率有限，難以達(dá)到較高的輸出功率水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有中紅外固體激光器輸出功率低、亮度差的問(wèn)題，提供了一種3-5 μ m波段中紅外固體激光器。本發(fā)明所述一種3-5 μ m波段中紅外固體激光器，它包括一號(hào)平凸透鏡、二號(hào)平凸透鏡、三號(hào)平凸透鏡、四號(hào)平凸透鏡、一號(hào)輸入鏡、一號(hào)平面鏡、二號(hào)輸入鏡、OPO輸出鏡、鏡片、一號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體和二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體；所述一號(hào)平凸透鏡1- 1和二號(hào)平凸透鏡1-1I的凸面相對(duì)、構(gòu)成一號(hào)耦合系統(tǒng)；所述三號(hào)平凸透鏡1-1II和四號(hào)平凸透鏡1-1V的凸面相對(duì)、構(gòu)成二號(hào)耦合系統(tǒng)；所述一號(hào)輸入鏡2-1、一號(hào)平面鏡2-11、二號(hào)輸入鏡2-1II和OPO輸出鏡4構(gòu)成光學(xué)參量振蕩諧振腔；入射至一號(hào)耦合系統(tǒng)的一號(hào)泵浦激光經(jīng)該一號(hào)耦合系統(tǒng)耦合后入射至一號(hào)輸入鏡2-1 ;經(jīng)一號(hào)輸入鏡2-1透過(guò)的泵浦激光入射至一號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1，經(jīng)由一號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1將由一號(hào)輸入鏡2-1透過(guò)的泵浦激光轉(zhuǎn)換成3-5 μ m波段的激光，并將該3-5 μ m波段的激光入射至一號(hào)平面鏡2-11，該光線經(jīng)由一號(hào)平面鏡2-1I反射至二號(hào)輸入鏡2-1II，余下的泵浦激光經(jīng)由一號(hào)平面鏡(2-1I)透射出；經(jīng)該二號(hào)輸入鏡2-1II反射至二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1I,經(jīng)二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1I透射后入射至OPO輸出鏡4 ；入射至二號(hào)耦合系統(tǒng)的二號(hào)泵浦激光經(jīng)該二號(hào)耦合系統(tǒng)耦合后入射至二號(hào)輸入鏡2-1II ;經(jīng)二號(hào)輸入鏡2-1II透過(guò)的泵浦激光入射至二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1I ;經(jīng)由二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1I將由二號(hào)輸入鏡2-1II透過(guò)的泵浦激光轉(zhuǎn)換成3-5 μ m波段的激光，并將該3-5 μ m波段的激光入射至OPO輸出鏡4 ;透過(guò)光學(xué)參量振蕩晶體3-1I之后兩束3-5 μ m波段的激光合成一束、該3-5 μ m波段的激光發(fā)射至OPO輸出鏡4，OPO輸出鏡4將所接收到的一部分激光反射至一號(hào)輸入鏡2-1上繼續(xù)進(jìn)行振蕩，另一部分光透過(guò)OPO輸出鏡4發(fā)射至鏡片5上，該鏡片5對(duì)3-5 μ m波段的激光進(jìn)行透射，將剩余的泵浦激光進(jìn)行反射。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明采用四鏡環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，避免了泵浦反饋的不良問(wèn)題，并且通過(guò)增加諧振腔長(zhǎng)度的方式抑制了高階橫模的產(chǎn)生。在環(huán)形腔相互平行的兩個(gè)臂內(nèi)各放置一塊非線性晶體，對(duì)兩塊晶體分別注入泵浦光。這樣既提高了光學(xué)參量振蕩器所能承受的泵浦功率，又改善了其光束質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)高功率高亮度的3-5 μ m中紅外激光輸出。采用四鏡環(huán)形腔設(shè)計(jì)，使得2 μ m激光不再受反饋影響，整個(gè)激光器具有高穩(wěn)定性，通過(guò)泵浦兩塊非線性晶體更有利于獲得高功率的中紅外激光輸出，另外產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，緊湊，全固化。


圖1是本發(fā)明所述一種3-5 μ m波段中紅外固體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種3_5μπι波段中紅外固體激光器，它包括一號(hào)平凸透鏡1-1、二號(hào)平凸透鏡1-11、三號(hào)平凸透鏡1-111、四號(hào)平凸透鏡1-1V、一號(hào)輸入鏡2-1、一號(hào)平面鏡2-11、二號(hào)輸入鏡2-ΙΙΙ、0Ρ0輸出鏡4、鏡片5、一號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1和二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-ΙΙ ；所述一號(hào)平凸透鏡1-1和二號(hào)平凸透鏡1-1I的凸面相對(duì)、構(gòu)成一號(hào)耦合系統(tǒng)；所述三號(hào)平凸透鏡1-1II和四號(hào)平凸透鏡1-1V的凸面相對(duì)、構(gòu)成二號(hào)耦合系統(tǒng)；所述一號(hào)輸入鏡2-1、一號(hào)平面鏡2-11、二號(hào)輸入鏡2-ΙΙΙ和OPO輸出鏡4構(gòu)成光學(xué)參量振蕩諧振腔；入射至一號(hào)耦合系統(tǒng)的一號(hào)泵浦激光經(jīng)該一號(hào)耦合系統(tǒng)耦合后入射至一號(hào)輸入鏡2-1 ;經(jīng)一號(hào)輸入鏡2-1透過(guò)的泵浦激光入射至一號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1，經(jīng)由一號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1將由一號(hào)輸入鏡2-1透過(guò)的泵浦激光轉(zhuǎn)換成3-5 μ m波段的激光，并將該3-5 μ m波段的激光入射至一號(hào)平面鏡2-11，該光線經(jīng)由一號(hào)平面鏡2-1I反射至二號(hào)輸入鏡2-1II，余下的泵浦激光經(jīng)由一號(hào)平面鏡(2-1I)透射出去；該二號(hào)輸入鏡2-1II反射該入射至二號(hào)輸入鏡(2-1II)的光線至二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-11，經(jīng)二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1I透射后入射至OPO輸出鏡4 ；入射至二號(hào)耦合系統(tǒng)的二號(hào)泵浦激光經(jīng)該二號(hào)耦合系統(tǒng)耦合后入射至二號(hào)輸入鏡2-1II ;經(jīng)二號(hào)輸入鏡2-1II透過(guò)的泵浦激光入射至二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1I ;經(jīng)由二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1I將由二號(hào)輸入鏡2-1II透過(guò)的泵浦激光轉(zhuǎn)換成3-5 μ m波段的激光，并將該3-5 μ m波段的激光入射至OPO輸出鏡4 ;透過(guò)光學(xué)參量振蕩晶體3-1I之后兩束3-5 μ m波段的激光合成一束、該3-5 μ m波段的激光發(fā)射至OPO輸出鏡4，OPO輸出鏡4將所接收到的一部分激光反射至一號(hào)輸入鏡2-1上繼續(xù)進(jìn)行振蕩，另一部分光透過(guò)OPO輸出鏡4發(fā)射至鏡片5上，該鏡片5對(duì)3-5 μ m波段的激光進(jìn)行透射，將剩余的泵浦激光進(jìn)行反射。具體實(shí)施方 式二:下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式所述的一號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1與二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1I為同一類型的晶體，該晶體是采用ZnGeP2晶體，且在該晶體的光入射面和透射面上均鍍有2 μ m、3_5 μ m的增透膜。
具體實(shí)施方式
三:下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式所述一號(hào)輸入鏡2-1、一號(hào)平面鏡2-1I和二號(hào)輸入鏡2-1II均是米用一面鍍有2 μ m高透膜，另一面鍍有2 μ m高透且3_5 μ m高反膜。
具體實(shí)施方式
四:下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式所述的OPO輸出鏡4是采用其中一面同時(shí)鍍2 μ m高透膜和鍍3-5 μ m的部分透射膜。
具體實(shí)施方式
五:下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式所述的鏡片5采用二色片，且該二色片的一面同時(shí)鍍2μπι高反膜和3-5 μ m高透膜。
具體實(shí)施方式
六:下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式所述的一號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1與二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體3-1I均選用的是切割角度55°的ZnGeP2 (ZGP)晶體，其該ZnGeP2 (ZGP)晶體的光入射面和光透射面均鍍2 μ m且3-5 μ m的增透膜，采用第一類相位匹配方式。泵浦光源選用波長(zhǎng)為2.1 μ m的Ho:YAG激光器，OPO輸出鏡對(duì)3-5 μ m透過(guò)率為50%。采用上述參數(shù)，當(dāng)向ZnGeP2光學(xué)參量振蕩器注入2.1 μ m Ho:YAG泵浦激光50.9W時(shí)，獲得了 14.9W穩(wěn)定的3-5 μ m中 紅外激光輸出，光束質(zhì)量M2因子的值約為3.0。
權(quán)利要求
1.一種3-5 μ m波段中紅外固體激光器，其特征在于，它包括一號(hào)平凸透鏡(1-1)、二號(hào)平凸透鏡(1-11)、三號(hào)平凸透鏡(1-111)、四號(hào)平凸透鏡(1-1V)、一號(hào)輸入鏡(2-1)、一號(hào)平面鏡(2-11)、二號(hào)輸入鏡(2-111)、OPO輸出鏡(4)、鏡片(5)、一號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體(3-1)和二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體(3-1I)； 所述一號(hào)平凸透鏡(1-1)和二號(hào)平凸透鏡(1-1I)的凸面相對(duì)、構(gòu)成一號(hào)耦合系統(tǒng)；所述三號(hào)平凸透鏡(1-1II)和四號(hào)平凸透鏡(1-1V)的凸面相對(duì)、構(gòu)成二號(hào)耦合系統(tǒng)； 所述一號(hào)輸入鏡(2-1)、一號(hào)平面鏡(2-11)、二號(hào)輸入鏡(2-1II)和OPO輸出鏡(4)構(gòu)成光學(xué)參量振蕩諧振腔； 入射至一號(hào)耦合系統(tǒng)的一號(hào)泵浦激光經(jīng)該一號(hào)耦合系統(tǒng)耦合后入射至一號(hào)輸入鏡(2-1);經(jīng)一號(hào)輸入鏡(2-1)透過(guò)的泵浦激光入射至一號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體(3-1),經(jīng)由一號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體(3-1)將由一號(hào)輸入鏡(2-1)透過(guò)的泵浦激光轉(zhuǎn)換成3-5 μ m波段的激光，并將該3-5 μ m波段的激光入射至一號(hào)平面鏡(2-11)，該光線經(jīng)由一號(hào)平面鏡(2-1I)反射至二號(hào)輸入鏡(2-111)，余下的泵浦激光經(jīng)由一號(hào)平面鏡(2-1I)透射出去； 該二號(hào)輸入鏡(2-1II)反射該入射至二號(hào)輸入鏡(2-1II)的光線至二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體(3-1I )，經(jīng)二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體(3-1I)透射后入射至OPO輸出鏡(4); 入射至二號(hào)耦合系統(tǒng)的二號(hào)泵浦激光經(jīng)該二號(hào)耦合系統(tǒng)耦合后入射至二號(hào)輸入鏡(2-1II);經(jīng)二號(hào)輸入鏡(2-1II)透過(guò)的泵浦激光入射至二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體(3-1I);經(jīng)由二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體(3-1I)將由二號(hào)輸入鏡(2-1II)透過(guò)的泵浦激光轉(zhuǎn)換成3-5 μ m波段的激光，并將該3-5 μ m波段的激光入射至OPO輸出鏡(4);透過(guò)光學(xué)參量振蕩晶體3-1I之后兩束3-5 μ m波段的激光合成一束、該3-5 μ m波段的激光發(fā)射至OPO輸出鏡(4)，OPO輸出鏡(4)將所接收到的一部分激光反射至一號(hào)輸入鏡(2-1)上繼續(xù)進(jìn)行振蕩，另一部分光透過(guò)OPO輸出鏡(4 )發(fā)射至鏡片(5 )上，該鏡片(5 )對(duì)3-5 μ m波段的激光進(jìn)行透射，將剩余的泵浦激光進(jìn)行反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種3-5μ m波段中紅外固體激光器,其特征在于,所述一號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體(3-1)與二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體(3-1I)為同一類型的晶體，該晶體是采用ZnGeP2晶體，且在該晶體的光入射面和透射面上均鍍有2 μ m、3_5 μ m的增透膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種3-5μ m波段中紅外固體激光器,其特征在于,所述一號(hào)輸入鏡(2-1)、一號(hào)平面鏡(2-1I)和二號(hào)輸入鏡(2-1II)均是采用一面鍍有2μπι高透膜，另一面鍍有2 μ m高透且3-5 μ m高反膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種3-5μ m波段中紅外固體激光器，其特征在于，所述OPO輸出鏡(4)是采用其中一面同時(shí)鍍2 μ m高透膜和鍍3-5 μ m的部分透射膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種3-5μ m波段中紅外固體激光器，其特征在于，所述鏡片(5 )采用二色片，且該二色片的一面同時(shí)鍍2 μ m高反膜和3-5 μ m高透膜。
全文摘要
一種3-5μm波段中紅外固體激光器，屬于光學(xué)領(lǐng)域，為了解決現(xiàn)有中紅外固體激光器輸出功率低、亮度差的問(wèn)題。本發(fā)明它包括一號(hào)平凸透鏡、二號(hào)平凸透鏡、三號(hào)平凸透鏡、四號(hào)平凸透鏡、一號(hào)輸入鏡、一號(hào)平面鏡、二號(hào)輸入鏡、OPO輸出鏡、鏡片、一號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體和二號(hào)光學(xué)參量振蕩晶體；所述一號(hào)平凸透鏡和二號(hào)平凸透鏡構(gòu)成一號(hào)耦合系統(tǒng)；所述三號(hào)平凸透鏡和四號(hào)平凸透鏡構(gòu)成二號(hào)耦合系統(tǒng)；所述一號(hào)輸入鏡、一號(hào)平面鏡、二號(hào)輸入鏡和OPO輸出鏡構(gòu)成光學(xué)參量振蕩諧振腔；泵浦激光發(fā)射激光分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)耦合系統(tǒng)進(jìn)入到光學(xué)參量振蕩諧振腔，經(jīng)兩個(gè)光學(xué)參量振蕩晶體用于轉(zhuǎn)換激光的波長(zhǎng)，用于產(chǎn)生3-5μm波段中紅外固體激光。
文檔編號(hào)H01S3/16GK103236633SQ20131014649
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者姚寶權(quán), 段小明, 鞠有倫, 賀萬(wàn)駿, 申英杰, 王月珠 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)