全固态中红外光参量振荡器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及中红外激光，特别是一种全固态中红外光参量振荡器，基于周期极化晶体、准相位匹配技术，利用内腔式OPO的方式，其中栗浦源采用被动调Q的1.6μπι脉冲激光，实现高功率中红外激光输出的全固态中红外光参量振荡器。
【背景技术】
[0002]由于3?5μπι波段内的中红外激光正好处于大气窗口，而且还处在一些有害、有毒气体以及水和二氧化碳等重要分子的吸收带上，中红外激光在激光雷达、遥感、环境监测、医疗以及红外对抗等方面有着重要应用价值和前景。
[0003]基于获得中红外波段3?5μπι激光，国内外相关机构开展了大量研究工作并取得了一定成绩。其中最热门的研究主要集中在中红外固体激光器、中红外半导体量子级联激光器和光学参量振荡器。从固体激光器中直接获得中红外激光输出，目前研究较多的是基于Er3+、Fe2+、H03+、Dy3+等不同激活离子的基质材料。例如采用高掺杂Er3+离子的Er = YAG激光晶体作为增益介质，利用980nm半导体激光器作为栗浦源，可以得到3μπι附件的中红外激光输出。另外还可以利用3μπι的Er: YAG激光器栗浦掺Fe2+的ZnSe，得到3.95?5.05μπι波段的中红外激光输出。但是通过固体激光器直接得到中红外激光输出的效率目前还是比较低的，而且可供选择的增益介质还非常有限。中红外半导体量子级联激光器有结构简单、体积小和可实现任意波长等优点，但是由于量子阱的制作工艺比较复杂，目前这方面的研究尚处于起步状态。另一方面，中红外半导体量子级联激光器对工作温度要求比较苛刻，虽然目前已获得室温下连续光输出，但若实现高功率中红外激光还是具有相当大的难度。
[0004]目前，通过参量转换的光学参量振荡器是实现高功率中红外激光输出的一个重要途径。由于近红外激光器技术发展的日益成熟，全固化小型化的近红外激光器已经商业化，并且大非线性系数、高损伤阈值和高稳定性的非线性光学材料的研制成功，极大地促进了OPO技术的发展。特别是准相位匹配技术出现以来，因准相位匹配技术可以充分利用非线性晶体的最大非线性系数、消除了空间走离效应和采用较长的非线性晶体，并且制作周期极化晶体的工艺也日益成熟，基于准相位匹配技术的光学参量振荡器已成为获得3?5μπι波段中红外激光的一个非常有效的技术路线。近十几年来，利用Iym附近的激光作为QPM-OPO栗浦源的研究在国内外进行了很多，并且也取得了非常好的成绩。但是受到Ιμπι栗浦光到中红外激光的量子转换效率的极大限制，依然无法超出Manley-Rowe关系的量子限制。近年来，随着2μπι激光器的发展以及2μπι激光材料的成熟，很多研究人员采取2μπι激光器作为栗浦源，以便能够超出利用Iym激光器作为栗浦源的量子转换效率的限制。但是目前利用2μπι激光器作为栗浦源的QPM-OPO的转换效率并没有得到很大提高，这主要是因为2μπι激光材料的荧光线宽都比较宽，为QPM-OPO提供一个理想的窄线宽的2μπι激光栗浦源比较困难。到目前为止，利用2μπι激光栗浦PPLN-OPO的转换效率最高才能达到30 %左右。另外，2μπι激光器基本上都采用790nm附近的激光二极管(以下简称为LD)作为栗浦源，因此OPO整个系统的量子效率受到极大的限制。最近一些研究人员又把目光转向Er掺杂光纤激光器和Er掺杂光纤激光器栗浦的Er: YAG激光器OPO的栗浦源，栗浦源不仅输出的1.6μπι激光处在人眼安全波段，而且相对于IMi栗浦源的量子转换效率得到提高以及比2μπι激光更容易实现窄线宽输出。比如
S.Desymoul ins等人报道了利用1.54μπι脉冲的Er ,Yb双掺的光纤激光器作为OPO的栗浦源，栗浦PPLN晶体得到了中红外激光的调谐输出。美国的Y.E.Young等人报道了采用1645nm的Er: YAG激光器作为PPLN晶体的栗浦源，在简并点处得到了 3290nm中红外激光的3.7W输出。以上两种实验中采用了同带栗浦技术也就是利用掺Er的光纤激光器作为Er:YAG激光器的栗浦源，但是采用1.6μπι激光作为QPM-OPO栗浦源的系统中并没有实现全固化，复杂的结构给整个系统增加了体积，而且整个系统中Er掺杂光纤激光器都要采用980nm附近的LD作为栗浦源，导致整个QPM-OPO系统的量子转换效率受到最初一级栗浦源的极大限制。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种全固态中红外光参量振荡器，该装置直接采用1.5μπιLD同带栗浦Er: YAG增益介质，通过Cr: ZnSe可饱和吸收体获得1.6μηι脉冲激光输出，用做QPM-OPO的栗浦源，使整个OPO系统的量子转换效率得到极大提高，而且基于QPM技术灵活多样的调谐方式，实现3?5μπι波段内参量光的可调谐输出。另外，采用内腔式OPO的方式，其中栗浦源为被动调Q的1.6μπι脉冲激光，这样可使整个系统结构更加简单紧凑，能够充分利用腔内1.6μπι激光高的功率密度，提高整个QPM-OPO系统的转换效率和输出功率，而且整个系统的工作波长都控制在人眼安全波段，可实现全固态的中红外光学参量振荡器的可调谐输出。
[0006]本发明的技术解决方案如下:
[0007]—种全固态中红外光参量振荡器，特点在于其构成包括尾纤输出的1.5μηι窄线宽激光二极管(以下简称为LD)，沿该激光二极管的激光输出方向依次是聚焦耦合系统、第一平面镜、Er: YAG激光晶体、饱和吸收体Cr: ZnSe、起偏器、石英片标准具、第二平面镜、MgO:PPLN非线性周期极化晶体和第三平面镜，所述的第一平面镜和第三平面镜分别为1.6μπι被动调Q激光器的前腔镜和后腔镜，腔内依次是Er: YAG激光晶体、饱和吸收体Cr: ZnSe、起偏器、石英片标准具、第二平面镜、MgO:PPLN非线性周期极化晶体，所述的起偏器以布儒斯特角放置，所述的第二平面镜45度放置，1.6μπι激光的偏振方向平行于所述的MgO: PPLN非线性周期极化晶体的ζ轴，在第二平面镜的反射光方向依次是氟化钙标准具和平凹腔镜，所述的第二平面镜、第三平面镜和平凹腔镜组成光参量振荡器的谐振腔，所述的1.5μπι窄线宽激光二极管作为栗浦源，经过聚焦耦合系统聚焦到Er: YAG激光晶体内部。
[0008]所述的MgO:PPLN非线性周期极化晶体置于可调温控炉中。
[0009]所述的带尾纤输出的1.5μπι窄线宽LD发出的光束经过聚焦耦合系统聚焦在Er= YAG激光晶体内部，并且聚焦光斑大小与由前腔镜和后腔镜组成的谐振腔决定的腔内基模光束在该激光晶体中的腰斑大小相匹配。腔内插入饱和吸收体Cr:ZnSe、起偏器和石英片标准具，可得到窄线宽线偏振的脉冲激光。
[0010]中红外光参量振荡器的谐振腔由第二平面镜、第三平面镜和平凹腔镜组成。MgO:PPLN非线性周期极化晶体放置在1.6μπι Er: YAG被动调Q激光器的谐振腔中，这样可以充分利用1.6μπι脉冲激光的脉冲能量，提高整个系统的转换效率。另外，光学参量振荡器腔内插入Imm的氟化钙平片(111)作为标准，可以对参量光的线宽进行调节。光学参量振荡器的谐振腔结构设计成L型，这样可以使1.6μπι脉冲激光器和光学参量振荡器的谐振腔都能够相对独立，减小在调节谐振腔的过程中它们之间的相互影响。
[0011]本发明具有以下