專利名稱：全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器，屬于光電子、激 光和光學頻率變換應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于中紅外激光器件是新型光源與光學器件、現(xiàn)代光學系統(tǒng)和紅外物理 與技術(shù)等國際前沿的研究熱點，中紅外激光輻射在光學和光電子學研究領(lǐng)域 和交叉領(lǐng)域中有著廣泛需求，同時近中紅外激光在大氣遙感、地球資源探測、 污染控制和環(huán)境保護，特別是紅外激光在軍事制導、目標探測和反導對抗上 的應(yīng)用，使得高性能紅外非線性材料及器件受到越來越高的重視。正單軸晶
體ZnGeP2 (ZGP)晶體具有非線性系數(shù)大、吸收低、熱導率高等特點，是目 前實現(xiàn)高功率中、遠紅外可調(diào)諧激光輸出的最佳非線性材料之一。同時，近 年來，半導體技術(shù)的發(fā)展使半導體激光器工藝已經(jīng)成熟，走進了市場，因為 此類激光器具有豐富的抽運光資源，所以半導體激光器抽運Yb:激光晶體實 現(xiàn)的固體激光器，再抽運非線性晶體實現(xiàn)中紅外光參量激光器件，并得到了 廣泛的開發(fā)和應(yīng)用。目前有采用ZGP光參量效應(yīng)實現(xiàn)的中紅外激光器有光參 量振蕩器(ZGP-OPO)，有采用ZGP用于光學差頻(Difference Frequency Generation, DFG)實現(xiàn)遠紅外太赫茲(THz)激光輸出，而對于ZGP-DFG產(chǎn) 生的中紅外激光器輸出未見報道。目前國內(nèi)外文獻報道的中紅外激光產(chǎn)生的 方法為采用負單軸非線性晶體AGSe、 AGS光參量振蕩器(AGSe-OPO、 AGS-OPO)，由于不管是單諧振腔(SRO)、或雙諧振腔(DRO)都有兩個諧 振腔鏡，特別是DRO，對于作為信號光和閑頻光的中紅外激光輸出，就需要 解決諧振腔鏡的寬帶鍍膜問題，而寬帶鍍膜的介質(zhì)層往往只能滿足某中心波 長的高透射或高反射的能力，而對于保證連續(xù)可調(diào)諧輸出的中紅外波段輸出 的高轉(zhuǎn)換率，是相當困難的。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服了ZGP-OPO激光器件的單諧振(SR0)或雙諧 振(DR0)下的諧振腔腔鏡的寬帶鍍膜困難的缺陷，提供了一種全固態(tài)中紅外 光參量差頻激光器，本激光器利用可調(diào)諧半導體激光器作為信號光源，解決 了 ZGP-0P0輸出中紅外波長范圍依賴抽運源的波長帶來的中紅外激光輸出可 調(diào)諧性范圍的限制的缺陷。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取了如下技術(shù)方案。全固態(tài)中紅外光 參量差頻激光器，包括有全固態(tài)激光器ll、可調(diào)諧半導體激光器17、光束質(zhì) 量耦合系統(tǒng)13、非線性晶體組成的光參量放大系統(tǒng)14和由非線性晶體組成的 光參量差頻激光器系統(tǒng)16。其中由全固態(tài)激光器11輸出的抽運激光與由可 調(diào)諧半導體激光器17輸出的信號激光經(jīng)過耦合系統(tǒng)13后，在滿足相位匹配 條件下，共線入射到由非線性晶體組成的光參量放大器14，由光參量放大器 14輸出的信號光和閑頻光，在滿足相位匹配條件下，再經(jīng)過會聚透鏡15后， 入射到光參量差頻激光器16;
所述的組成光參量放大器14和組成光參量差頻激光器16的非線性晶體 均為ZnGeP2晶體。
所述的相位匹配條件為I類相位匹配條件或II類相位匹配條件。
所述的全固態(tài)激光器包括有半導體激光器1、隔離器3、準直透鏡4、濾 光片5、會聚透鏡6、輸入鏡7、激光晶體8和輸出鏡9;其中由半導體激 光器l輸出的抽運光，依次經(jīng)過隔離器3、準直透鏡4、濾光片5、會聚透鏡 6后，入射到由輸入鏡7和輸出鏡9組成的激光諧振腔，激光諧振腔中放置有 激光晶體8，激光晶體8位于激光諧振腔的束腰處。
當激光器輸出為連續(xù)光或脈沖光時，利用非線線晶體組成的DFG 16輸出 的可調(diào)諧的中紅外激光的過程，不需要寬帶鍍膜鏡片；同時由于寬帶的半導 體激光器17在一定的范圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)性，實現(xiàn)了中紅激光波段的連續(xù)可調(diào) 諧輸出。

圖1全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器原理圖的俯視圖
圖2全固態(tài)激光器原理圖的俯視圖
l.半導體激光器(LD)， 2.底板，3.隔離器，4.準直透鏡，5.濾光片， 6.會聚透鏡，7.輸入鏡(對LD抽運光為AR，對全固態(tài)激光器的激光輸出為 服)，8.激光晶體，9.輸出鏡，10.光路分布，ll.全固態(tài)激光器，12.第一波 片，13.光束質(zhì)量耦合系統(tǒng)，14.光參量放大系統(tǒng)，15.會聚系統(tǒng)，16.非線性 晶體-差頻激光器，17.可調(diào)諧半導體激光器，18.第二波片，19.光路。
具體實施方式

下面結(jié)合圖1 2對本實用新型作進一步說明
本實施例是一種正單軸非線性晶體ZnGeP2(ZGP)用于光學參量差頻(DFG) 過程，實現(xiàn)中紅外激光輸出的光參量差頻激光器。
本實施為全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器，工作在連續(xù)或脈沖激光輸出 狀態(tài)時的裝置為該激光器的俯視圖，參見圖1。全固態(tài)激光器11按照圖2的 方法，放置各個元器件。全固態(tài)激光器的光路分布10如圖2所示，由半導體 激光器1給出全固態(tài)激光器的輸入能量，傳輸光經(jīng)過隔離器3，準直透鏡4， 濾光片5,會聚透鏡6后，入射到由輸入鏡7和輸出鏡9組成的激光諧振腔， 腔中放置激光晶體8并位于激光諧振腔的束腰處，抽運光的光斑和激光諧振 腔的光斑模式在晶體中要求匹配，10是整個激光系統(tǒng)的光路。在全固態(tài)激光 器作為抽運源的基礎(chǔ)上，進一步實施全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器，如圖1 所示。按照圖2的光路19獲得的整個全固態(tài)中紅外激光光參量差頻激光器置 于水平底板2上。將全固態(tài)激光器ll輸出的抽運激光，與可調(diào)諧半導體激光 器17輸出的信號激光，分別經(jīng)過第一波片12，以及光輸耦合系統(tǒng)13，在滿 足規(guī)定的相位匹配條件下，在保證抽運光和信號光的偏振方向下，共線入射 由非線性晶體組成的光參量放大器14，由光參量放大器輸出的信號光和閑頻 光，在滿足所需要的相位匹配條件下，再經(jīng)過會聚透鏡15，以及第二波片18，入射由非線性晶體組成的光參量差頻激光器16，即完成了全固態(tài)中紅外光參
量差頻激光器，并實現(xiàn)了中紅外激光輸出。同時在改變可調(diào)諧半導體激光器
17的輸出波長時，結(jié)合前面的敘述，既可以實現(xiàn)全固態(tài)中紅外光參量差頻激 光器的連續(xù)可調(diào)諧中紅外波段激光輸出。
在I類相位匹配，II類相位匹配條件下，組成差頻激光器的非線性晶體 ZGP的特征對于入射的信號光和閑頻光的偏振方向是不一樣的。使激光器無論 工作在連續(xù)輸出狀態(tài)還是脈沖輸出狀態(tài)，只要在可調(diào)諧激光器17輸出的帶寬 內(nèi)，連續(xù)調(diào)諧輸出波長并作為ZGP-DFG的信號光光源，就可以實現(xiàn)所需要的 中紅外激光可調(diào)諧輸出。由于DFG沒有諧振腔鏡，所以解決了中紅外激光連 續(xù)輸出的寬帶鍍膜問題。
本實用新型全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器，能夠適用于I類、n類相位 匹配條件的完全相位匹配和準相位匹配，同時適用于正單軸晶體和負單軸晶 體組成的光參量差頻過程，具有普適性。
權(quán)利要求1、全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器，其特征在于包括有全固態(tài)激光器(11)、可調(diào)諧半導體激光器(17)、光束質(zhì)量耦合系統(tǒng)(13)、非線性晶體組成的光參量放大系統(tǒng)(14)和由非線性晶體組成的光參量差頻激光器系統(tǒng)(16)；其中由全固態(tài)激光器(11)輸出的抽運激光與由可調(diào)諧半導體激光器(17)輸出的信號激光經(jīng)過耦合系統(tǒng)(13)后，在滿足相位匹配條件下，共線入射到光參量放大器(14)，由光參量放大器(14)輸出的信號光和閑頻光，在滿足相位匹配條件下，再經(jīng)過會聚透鏡(15)后，入射到光參量差頻激光器(16)；所述的組成光參量差頻激光器(16)的非線性晶體為ZnGeP2晶體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器，其特征在于所 述的全固態(tài)激光器包括有半導體激光器(1)、隔離器(3)、準直透鏡(4)、 濾光片(5)、會聚透鏡(6)、輸入鏡(7)、激光晶體(8)和輸出鏡(9);其 中由半導體激光器(1)輸出的抽運光，依次經(jīng)過隔離器(3)、準直透鏡(4)、濾光片(5)、會聚透鏡(6)后，入射到由輸入鏡(7)和輸出鏡(9)組成的 激光諧振腔，激光諧振腔中放置有激光晶體(8)，激光晶體(8)位于激光諧 振腔的束腰處。
專利摘要本實用新型是一種全固態(tài)中紅外光參量差頻激光器，屬于光電子、激光和光學頻率變換應(yīng)用領(lǐng)域。包括全固態(tài)激光器、可調(diào)諧半導體激光器、光參量放大系統(tǒng)和光參量差頻激光器系統(tǒng)。由全固態(tài)激光器輸出的抽運光與由可調(diào)諧半導體激光器輸出的信號光在滿足相位匹配條件下共線入射到光參量放大器，由光參量放大器輸出的信號光和閑頻光在滿足相位匹配條件下，再經(jīng)過會聚透鏡后，入射到光參量差頻激光器。組成光參量差頻激光器的非線性晶體為ZnGeP₂晶體。非線性晶體組成的DFG輸出的可調(diào)諧的中紅外激光的輸出不需要寬帶鍍膜鏡片；由于寬帶的半導體激光器在一定的范圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)性，實現(xiàn)了中紅激光波段的連續(xù)可調(diào)諧激光輸出。
文檔編號H01S3/00GK201226412SQ20082008018
公開日2009年4月22日 申請日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者張新平, 光 李, 麗 王, 門艷彬 申請人:北京工業(yè)大學