全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器，旨在提供一種輸出功率大、可靠性高、易操作的光學(xué)參量放大器。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：在恒溫容器(7)底部兩端的一個(gè)直角處設(shè)有激光輸入窗口(5)，底部另一端直角處設(shè)有激光光學(xué)參量放大器輸出窗口(8)，寬帶3～12um半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)激光器1作為光學(xué)參量放大器OPA的種子源激光，波長2um的激光源作為泵浦激光源(4)，種子源激光和泵浦源激光經(jīng)激光輸入窗口注入到板條晶體(6)中，在所述板條晶體(6)內(nèi)往返多次進(jìn)行光學(xué)參量放大，在光學(xué)參量放大器輸出窗口獲得的全固態(tài)幾十余瓦、百瓦甚至千瓦級(jí)的中長波3～12um一體化激光。
【專利說明】
全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種非線性光學(xué)和量子光學(xué)領(lǐng)域中的光學(xué)參量放大器(0ΡΑ——Optical Parameter Amplifier)ο
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在非線性光學(xué)和量子光學(xué)領(lǐng)域中，光學(xué)參量放大系統(tǒng)的研究一直吸引著人們的關(guān)注。研究光學(xué)參量放大系統(tǒng)的量子特性和物理應(yīng)用是非線性光學(xué)和量子光學(xué)的重要內(nèi)容。激光器走向?qū)嶋H應(yīng)用的最大障礙就是效率低，尤其是3?5um和8?12um的中長波激光，其輸出激光功率極其有限。另外，3?5um和8?12um的波長范圍是大氣傳輸?shù)闹匾翱冢摬ㄩL范圍的激光在大氣中的傳輸損耗很小，同時(shí)該波長范圍也是中長波紅外焦平面探測(cè)器的波長響應(yīng)范圍。目前，利用全固態(tài)2um或Ium的激光源作為栗浦源，獲得的3?5um中波激光的最高輸出功率和8?12um長波激光的最高輸出功率分別為三十余瓦和十余瓦，要達(dá)到百瓦、千瓦輸出功率有相當(dāng)大的難度。當(dāng)前的半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)中長波3?12um激光器得到飛速發(fā)展，通過調(diào)節(jié)半導(dǎo)體量子阱層厚度可以很容易得到3?12um寬帶的激光器輸出，目前可以達(dá)到常溫應(yīng)用，其輸出激光的光學(xué)質(zhì)量也較高，但受激發(fā)射截面小、熱導(dǎo)率低，輸出功率較小，這限制了它的應(yīng)用，要達(dá)到幾十瓦、百瓦甚至千瓦級(jí)，目前狀態(tài)下還不可能，另一方面，單純靠光學(xué)參量振蕩(Optical Parameter Oscillator----ΟΡΟ)方式，由2um波長的激光栗浦ZnGeP2、CdSe或GaAs晶體，要么只能獲得3?5um中波激光輸出，要么只能獲得8um長波激光輸出，不能同時(shí)獲得3?12um中長波激光的一體化輸出，要同時(shí)獲得中長波3?5um和Sum的激光同時(shí)輸出，只能采用兩個(gè)激光0P0諧振腔，相當(dāng)于兩個(gè)0P0激光器，這樣帶來體積重量的龐大，且使用不方便，在長波范圍只能是輸出一個(gè)點(diǎn)波長即Sum的長波激光，不能得到5?7um和7?12um連續(xù)可調(diào)諧激光輸出，獲得中波3?5um以及長波8um激光效率也較低，9?12um的激光效率更低，尤其是要獲得高功率下同時(shí)又獲得高光學(xué)質(zhì)量、高效率中長波3?12um激光器，困難極大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種體積小、輸出功率大、效率高、可靠性高、易操作的全固態(tài)高功率3?12um中長波激光光學(xué)參量放大器。
[0004]本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達(dá)到，一種全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器，包括:設(shè)置在金屬恒溫容器7中的激光光學(xué)參量工作介質(zhì)ZnGeP2、CdSe或GaAs板條晶體6、寬帶3?12um半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)激光器種子源1、激光耦合器2、光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)3和波長2um的栗浦激光源4，其特征在于:在恒溫容器7底部兩端的兩個(gè)直角處分別設(shè)有能透過種子源激光和栗浦激光的激光輸入窗口 5，以及另一端直角處的激光光學(xué)參量放大器輸出窗口8，中長波放大激光通過激光親合輸出器9親合輸出，寬帶3?12um半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)激光器種子源I作為激光光學(xué)參量放大器OPA的種子源激光和波長2um的栗浦激光源4，通過激光耦合器2和光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)3，經(jīng)一端直角處的激光輸入窗口 5注入到ZnGeP2、CdSe或GaAs板條晶體6中，在所述板條晶體6內(nèi)往返多次進(jìn)行光學(xué)參量放大，在激光光學(xué)參量放大器輸出窗口 8獲得的全固態(tài)幾十余瓦、百瓦甚至千瓦級(jí)的中長波3?12um—體化激光，并通過準(zhǔn)直系統(tǒng)激光親合輸出器9親合輸出。
[0005]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0006]體積小。本發(fā)明將光學(xué)參量放大器OPA工作介質(zhì)ZnGeP2XdSe或GaAs板條晶體6處于一個(gè)金屬恒溫容器7內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。
[0007]輸出功率大、效率高。本發(fā)明采用高光學(xué)質(zhì)量的寬帶中長波3?12um半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)激光器作為寬帶種子源I和波長2um的栗浦激光源4，把兩者結(jié)合起來通過激光耦合器2和光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)3，經(jīng)輸入窗口 5注入到磷鍺鋅晶體ZnGeP2、砸化鎘CdSe或砷化鎵GaAs板條晶體6激光參量介質(zhì)中，其中，磷鍺鋅ZnGeP2晶體晶體透光范圍0.7-12.Ομπι，較大的非線性系數(shù)(d35 = 75pm/V)，高的損傷閾值能量密度1 J/cnT 2，較高的熱導(dǎo)率(0.18W/ (m.K)，能穩(wěn)定、可靠的在工程環(huán)境下長期穩(wěn)定運(yùn)行;砸化鎘CdSe半導(dǎo)體納米晶體吸收光譜寬泛，發(fā)射光譜窄而對(duì)稱，熒光強(qiáng)度高而穩(wěn)定。種子源激光和栗浦激光在該板條晶體6內(nèi)往返多次進(jìn)行光學(xué)參量放大，激光束在板條晶體內(nèi)全內(nèi)反射，效率高。利用晶體內(nèi)往返多次放大輸出的功率能夠很快突破百瓦級(jí)，甚至千瓦，從而可以在激光光學(xué)參量放大器輸出窗口，獲得全固態(tài)幾十余瓦、百瓦甚至千瓦級(jí)高功率高光學(xué)質(zhì)量的中長波3?12um—體化激光，一體化激光功率大、光斑小，解決了現(xiàn)有技術(shù)只能采用兩個(gè)激光OPO諧振腔體積龐大重量大的問題和單純靠光學(xué)參量振蕩-OPO方式，不能同時(shí)獲得3?12um中長波激光的一體化輸出的問題。
[0008]通過很方便的調(diào)諧中長波種子源激光6的波長范圍3?12um和光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)9耦合輸出，光束質(zhì)量好、使用方便，能適用于多種機(jī)載或車載激光、光電多波長一體化裝備。
【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0010]圖1是本發(fā)明的全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的光學(xué)參量放大器OPA放大部分截面示意圖。
[0012]圖中:I寬帶中長波3?12um半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)激光器種子源，2激光耦合器，3光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)，4栗浦激光源，5激光輸入窗口，6板條晶體，7恒溫容器，8激光光學(xué)參量放大輸出窗口，9激光親合輸出器，1散熱器、11散熱風(fēng)機(jī)，12熱電致冷器。
【具體實(shí)施方式】
[0013]參閱圖1。在以下描述的實(shí)施例中，全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器，包括:設(shè)置在金屬恒溫容器7中的激光光學(xué)參量工作介質(zhì)磷鍺鋅ZnGeP2晶體、砸化鎘CdSe半導(dǎo)體納米晶體或砷化鎵GaAs板條晶體6、寬帶3?12um半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)激光器種子源1、激光耦合器2、光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)3和波長2um的栗浦激光源4。在恒溫容器7底部兩端的兩個(gè)直角處分別設(shè)有能透過種子源激光和栗浦激光的激光輸入窗口5，以及另一端直角處輸出中長波放大激光的激光親合輸出器9和激光光學(xué)參量放大器輸出窗口 8，栗浦激光源4通過激光親合器2和第一光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)3，經(jīng)一端直角處的激光輸入窗口 5注入到工作介質(zhì)磷鍺鋅ZnGeP2Jg化鎘CdSe或砷化鎵GaAs板條晶體6中，寬帶中長波3?12um半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)激光器I作為光學(xué)參量放大器OPA的種子源激光和波長2um的栗浦激光源4，在所述板條晶體6內(nèi)往返多次進(jìn)行光學(xué)參量放大，板條晶體6的波長2um固體栗浦激光或光纖激光栗浦源4通過激光耦合器2與種子源激光I合束后經(jīng)光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)3和激光輸入窗口5，注入到板條晶體6內(nèi)，進(jìn)行多次往返OPA過程。需要根據(jù)種子源I的激光波長、激光耦合器2的參數(shù)、栗種子源激光I和浦激光4的入射角度參數(shù)、板條晶體6折射率、板條內(nèi)激光光程等參數(shù)，詳細(xì)設(shè)計(jì)板條晶體6的長寬高度尺寸，使得這種全固態(tài)中長波OPA激光能夠在板條晶體6內(nèi)實(shí)現(xiàn)多次高效率的往返放大的中長波激光輸出。
[0014]板條晶體的上下表面涂有保護(hù)層;側(cè)面鍍有增透膜，在其種子源激光和栗浦激光往返放大的ZnGeP2XdSe或GaAs板條晶體6兩個(gè)反射側(cè)面上分別鍍有寬帶2?12um的高損傷閾值激光全反膜層和厚2.5μπι的Si02層，以保證全內(nèi)反射，并在其種子源激光和栗浦激光注入的耦合面上鍍寬帶2?12um的激光增透膜，在中長波的光學(xué)參量放大器OPA激光輸出面上鍍3?12um的激光增透膜。種子源激光與栗浦源激光通過光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)3注入激光輸入窗口
5。激光輸入窗口 5是種子源激光與栗浦源激光注入的窗口。
[0015]在圖2中，光學(xué)參量放大器OPA關(guān)鍵元件光學(xué)參量放大器OPA工作介質(zhì)ZnGeP2、CdSe或GaAs板條晶體6處于一個(gè)金屬恒溫容器7內(nèi)。恒溫容器7由熱電致冷器12TEC(thermo-electric cooler)控制溫度，熱電致冷器12TEC緊貼于恒溫容器7上下兩端的矩形平面。在兩個(gè)熱電致冷器12TEC的外部矩形平面分別固定有緊貼的散熱器10，兩個(gè)散熱器10的外部分別設(shè)有進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱的散熱風(fēng)機(jī)11;在金屬恒溫容器7底部兩端的兩個(gè)直角處分別有能透過種子源激光和波長2um栗浦激光的激光輸入窗口 5，以及輸出中長波OPA放大激光的輸出窗口 8，恒溫容器7、熱電致冷器12TEC、散熱器10之間由In薄過度接觸并涂抹導(dǎo)熱脂，這樣使得接觸散熱良好，或者恒溫容器7、熱電致冷器12TEC、散熱器1之間均采用In焊接的方式固定連接，兩個(gè)散熱器10的外部分別有兩個(gè)散熱風(fēng)機(jī)11對(duì)散熱器進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器，包括:設(shè)置在金屬恒溫容器(7)中的激光光學(xué)參量工作介質(zhì)ZnGeP2XdSe或GaAs板條晶體(6)、寬帶3?12um半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)激光器種子源(1)、激光耦合器(2)、光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)(3)和波長2um的栗浦激光源(4)，其特征在于:在恒溫容器(7)底部兩端的兩個(gè)直角處分別設(shè)有能透過種子源激光和栗浦激光的激光輸入窗口(5)，和激光光學(xué)參量放大器輸出窗口(8)，中長波放大激光通過激光親合輸出器(9)輸出，寬帶3?12um半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)激光器(I)作為激光光學(xué)參量放大器OPA的種子源激光和波長2um的栗浦激光(4)，通過激光耦合器(2)和光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)(3)，經(jīng)一端直角處的激光輸入窗口(5)注入到ZnGeP2XdSe或GaAs板條晶體(6)中，在所述板條晶體(6)內(nèi)往返多次進(jìn)行光學(xué)參量放大，在激光光學(xué)參量放大器輸出窗口(8)獲得的全固態(tài)幾十余瓦、百瓦甚至千瓦級(jí)的中長波3?12um—體化激光，并通過準(zhǔn)直系統(tǒng)激光耦合輸出器(9)耦合輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器，其特征在于:板條晶體(6)兩個(gè)反射側(cè)面上分別鍍有寬帶2?12um的高損傷閾值激光全反膜層以及厚2.5μπι的Si02層，以保證全內(nèi)反射。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器，其特征在于:在種子源激光和栗浦激光注入的耦合面上鍍有寬帶2?12um的激光增透膜。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器，其特征在于:在中長波的光學(xué)參量放大器OPA激光輸出面上鍍3?12um的激光增透膜。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器，其特征在于:激光輸入窗口(5)是種子源激光與栗浦源激光注入的窗口。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器，其特征在于:恒溫容器(7)由熱電致冷器(12)TEC控制溫度，熱電致冷器(12)TEC緊貼于恒溫容器(7)上下兩端的矩形平面。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器，其特征在于:在兩個(gè)熱電致冷器(12)TEC的外部矩形平面分別固定有緊貼的散熱器(10)，兩個(gè)散熱器(10)的外部分別設(shè)有進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱的散熱風(fēng)機(jī)(11)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器，其特征在于:在金屬恒溫容器(7)底部兩端的兩個(gè)直角處分別有能透過種子源激光和波長2um栗浦激光的激光輸入窗口(5)，以及輸出中長波OPA放大激光的輸出窗口(8)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器，其特征在于:恒溫容器(7)、熱電致冷器(12)TEC、散熱器(10)之間由In薄過度接觸并涂抹導(dǎo)熱脂。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的全固態(tài)高功率中長波激光光學(xué)參量放大器，其特征在于:恒溫容器(7)、熱電致冷器(12)TEC、散熱器(10)之間均采用In焊接的方式固定連接，兩個(gè)散熱器(10)的外部分別有兩個(gè)散熱風(fēng)機(jī)(11)對(duì)散熱器進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱。
【文檔編號(hào)】G02F1/39GK105846304SQ201610259809
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月24日
【發(fā)明人】趙剛, 馬利國, 張婕, 王濱, 衣學(xué)斌, 李燕凌, 彭春
【申請(qǐng)人】西南技術(shù)物理研究所