基于偏振合束技术的高功率长波红外8μm～12μm的激光器的制造方法
【专利说明】基于偏振合束技术的高功率长波红外8 μηι?12 μηι的激光
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技术领域
[0001 ] 本发明涉及激光应用技术领域。
【背景技术】
[0002]长波红外8 μ m?12 μ m波段的激光是HgCdTe或GaAs/AlGaAs量子阱等红外焦平面探测器的波长响应范围，多数有毒碳氢化合物气体比如乙烷、丁烷、二氯苯等在8 μ m-12 μ m波段均具有较强的吸收谱线。因此，这些特性使得8 μ m?12 μ m激光器在环境检测、激光红外定向干扰、差分吸收雷达等领域扮演着重要的角色。
[0003]获得8 μπι?12 μπι激光输出最常用、最有效的手段是以光学参量振荡(OPO)或者光参量放大(OPA)的方法，但是其输出功率受限于晶体膜层损伤阈值的限制，单个谐振腔很难获得较高的输出功率。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有的以光学参量振荡(OPO)或者光参量放大(OPA)的方式获得的8 μ m?12 μ m激光的输出功率受限于晶体膜层损伤阈值的限制，使得单个谐振腔很难获得较高的输出功率，且单个光参量振荡器的转换效率较低的问题。提出了基于偏振合束技术的高功率长波红外8 μ m?12 μ m的激光器。
[0005]基于偏振合束技术的高功率长波红外8 μ m?12 μ m的激光器，它包括一号親合系统5-1、二号親合系统5-2、三号親合系统1、分光片2、一号反光镜3、1/2波片4、一号ZnGeP2光学参量振荡器5、二号ZnGeP2*学参量振荡器6、一号平面镜9_1、二号平面镜9_2、三号平面镜10-1、ZnGeP2光参量放大器7、一号反射镜14和偏振片15 ；
[0006]—束2.1 μ m脉冲激光垂直入射至三号耦合系统1，经三号耦合系统I进行光束变换后以45°入射角入射至分光片2，经分光片2分为两束光，两束光均为水平偏振2.1 μπι激光；
[0007]—束水平偏振2.1 μ m激光经分光片2反射后垂直入射至1/2波片4，经1/2波片4旋转为垂直偏振的偏振光，该垂直偏振的偏振光入射至一号親合系统5-1，经一号親合系统5-1进行光束变换后入射至一号ZnGeP2*学参量振荡器5，经一号ZnGeP 2光学参量振荡器5进行非线性转换后获得一号输出激光，该一号输出激光由一束8 μ m?12 μ m水平偏振长波红外激光、一束2.8 μπι的中红外激光和一束2.1 μπι激光构成，一号ZnGeP2*学参量振荡器5的一号输出激光以45°入射角入射至一号平面镜9-1，经一号平面镜9-1将所述的一束2.1 μπι激光反射出去，同时一号平面镜9-1对所述的一束8 μπι?12 μπι水平偏振长波红外激光和一束2.8 μπι的中红外激光透射后以45°入射角入射至三号平面镜10-1，经三号平面镜10-1将所述的一束2.8 μπι的中红外激光反射出去，同时三号平面镜10-1对所述的一束8 μ m?12 μ m水平偏振长波红外激光透射后获得透射的8 μ m?12 μ m水平偏振的长波红外激光以45°入射角入射至偏振片15 ；
[0008]另一束水平偏振2.1 ym激光经分光片2透射后偏振态保持不变，并以45°入射角入射至一号反光镜3，经一号反光镜3反射后垂直入射至二号親合系统5-2，经二号親合系统5-2进行光束变换后入射至二号ZnGeP2*学参量振荡器6，经二号ZnGeP 2光学参量振荡器6进行非线性转换后获得二号输出激光，该二号输出激光由一束8 μ m?12 μ m长波红外激光、一束2.8 μπι的中波红外激光和一束2.1 μπι激光构成；二号ZnGeP2*学参量振荡器6的二号输出激光以45°入射角入射至二号平面镜9-2，经二号平面镜9-2将所述的一束2.1 μ m激光反射出去，同时二号平面镜9-2对所述的一束8 μ m?12 μ m长波红外激光和一束2.8 μπι的中波红外激光透射后以45°入射角入射至ZnGeP2光参量放大器7，经ZnGeP2光参量放大器7放大后获得一束由8 μ m?12 μ m长波红外激光和4.3 μ m中波红外激光构成的合成光，该合成光以45°入射角入射至一号反射镜14，经一号反射镜14将4.3 μπι中波红外激光反射出去，所述的一束8 μπι?12 μπι长波红外激光经一号反射镜14反射后获得反射的8 μ m?12 μ m垂直偏振的长波红外激光，且该反射的8 μ m?12 μ m垂直偏振的长波红外激光以45°入射角入射至偏振片15 ;
[0009]经过偏振片15将透射的8 μ m?12 μ m水平偏振的长波红外激光和反射的8 μ m?12 μ m垂直偏振的长波红外激光合成一束激光并输出。
[0010]—号ZnGeP2*学参量振荡器5包括四号平面镜6_1、五号平面镜7_1、二号反射镜6-2、三号反射镜6-3和一号ZnGeP2晶体8-1 ；
[0011]经一号親合系统5-1进行光束变换后入射至一号ZnGeP2*学参量振荡器5的四号平面镜6-1，入射角度为45°，经四号平面镜6-1透射后入射至一号ZnGeP2晶体8_1，经一号ZnGeP2晶体8_1后以45°入射角入射至五号平面镜7_1，经五号平面镜7_1反射和透射；
[0012]经五号平面镜7-1反射后以45°入射角入射至三号反射镜6-3 ;经三号反射镜6-3反射后以45°入射角入射至二号反射镜6-2，经二号反射镜6-2反射后以45°入射角入射至四号平面镜6-1 ;
[0013]经五号平面镜7-1透射后以45°入射角入射至一号平面镜9-1。
[0014]二号ZnGeP2*学参量振荡器6包括六号平面镜6_4、七号平面镜7_2、四号反射镜6-5、五号反射镜6-6和二号ZnGeP2晶体8-2 ；
[0015]经二号親合系统5-2进行光束变换后入射至二号ZnGeP2*学参量振荡器6中的六号平面镜6-4，经六号平面镜6-4透射后入射至二号ZnGeP2晶体8_2 ;经二号ZnGeP2晶体8-2后以45°入射角入射至七号平面镜7-2，经七号平面镜7-2反射和透射；
[0016]经七号平面镜7-2反射后以45°入射角入射至五号反射镜6-6 ;经五号反射镜6-6反射后以45°入射角入射至四号反射镜6-5，经四号反射镜6-5反射后以45°入射角入射至六号平面镜6-4 ;
[0017]经七号平面镜7-2透射后以45°入射角入射至二号平面镜9-2。
[0018]ZnGeP2光参量放大器7包括八号平面镜10_1、九号平面镜10_2、六号反射镜11-1、七号反射镜11-2、透镜12和三号ZnGeP20aB^ 13 ；
[0019]经二号平面镜9-2将所述的一束2.1 μπι激光反射出去，同时二号平面镜9_2对所述的一束8 μπι?12 μπι长波红外激光和一束2.8 μπι的中波红外激光透射后以45°入射角入射至ZnGeP2光参量放大器7中的八号平面镜10_1，经八号平面镜10_1对所述的一束8 μπι?12 μπι长波红外激光进行反射，同时对所述的一束2.8 μπι的中波红外激光进行透射；
[0020]所述的一束8 μπι?12 μπι长波红外激光经八号平面镜10-1反射后的光以45°入射角入射至六号反射镜11-1，经六号反射镜11-1反射后以45°入射角入射至七号反射镜11-2，经七号反射镜11-2反射后以45°入射角入射至九号平面镜10-2，经九号平面镜10-2反射后垂直入射至透镜12 ;
[0021]所述的一束2.8 μπι的中波红外激光经八号平面镜10-1透射后的光垂直入射至九号平面镜10-2，经九号平面镜10-2透射后入射至透镜12 ;
[0022]经透镜12透射后的光入射至三号ZnGeP2晶体13，经三号ZnGeP 2晶体13进行非线性转换后入射至一号反射镜14。
[0023]—束2.1 μ m脉冲激光是采用1.9 μ m激光栗浦钬激光器中的单掺杂钬晶体获得的，1.9 μπι激光是通过半导体激光器栗浦的单掺杂铥固体激光器获得的。
[0024]单掺杂铥固体激光器的谐振腔为平凹腔结构，且利用体光栅做平面反射镜；钬激光器为双晶体双末端栗浦结构，即采用四个Tm:YLF固体激光器对两个HckYAG晶体进行双末端栗浦。
[0025]四号平面镜6-1镀2.1 μ m高透膜和8?12 μ m高反膜；二号反射镜6_2镀2.1 μ m高透膜和8?12 μ m高反膜；三号反射镜6-3镀2.1 μ m高透膜和8?12 μ m高反膜；五号平面镜7-1镀2.1 μ m高透膜和8?12 μ m的部分透射膜，五号平面镜7_1的透过率约为27%;一号ZnGeP2晶体8_1端面镀2.1 μ m的高透膜和8?12 μ m的高透膜，切割角度51.5°，采用第一类相位匹配方式。
[0026]六号平面镜6-4镀2.1 μ m高透膜和8?12 μ m高反膜；四号反射镜6_5镀2.1 μ m高透膜和8?12 μ m高反膜；五号反射镜6-6镀2.1 μ m高透膜和8?12 μ m高反膜；
[0027]七号平面镜7-2镀2.1 μπι高透膜和镀8?12 μπι的部分透射膜，透过率约为27%;
[0028]二号ZnGeP2晶体8_2端面镀2.1 μ m