基于偏振合束技術(shù)的高功率長(zhǎng)波紅外8μm～12μm的激光器的制造方法
【專利說明】基于偏振合束技術(shù)的高功率長(zhǎng)波紅外8 μηι?12 μηι的激光
□ □
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]長(zhǎng)波紅外8 μ m?12 μ m波段的激光是HgCdTe或GaAs/AlGaAs量子阱等紅外焦平面探測(cè)器的波長(zhǎng)響應(yīng)范圍，多數(shù)有毒碳?xì)浠衔餁怏w比如乙烷、丁烷、二氯苯等在8 μ m-12 μ m波段均具有較強(qiáng)的吸收譜線。因此，這些特性使得8 μ m?12 μ m激光器在環(huán)境檢測(cè)、激光紅外定向干擾、差分吸收雷達(dá)等領(lǐng)域扮演著重要的角色。
[0003]獲得8 μπι?12 μπι激光輸出最常用、最有效的手段是以光學(xué)參量振蕩(OPO)或者光參量放大(OPA)的方法，但是其輸出功率受限于晶體膜層損傷閾值的限制，單個(gè)諧振腔很難獲得較高的輸出功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的以光學(xué)參量振蕩(OPO)或者光參量放大(OPA)的方式獲得的8 μ m?12 μ m激光的輸出功率受限于晶體膜層損傷閾值的限制，使得單個(gè)諧振腔很難獲得較高的輸出功率，且單個(gè)光參量振蕩器的轉(zhuǎn)換效率較低的問題。提出了基于偏振合束技術(shù)的高功率長(zhǎng)波紅外8 μ m?12 μ m的激光器。
[0005]基于偏振合束技術(shù)的高功率長(zhǎng)波紅外8 μ m?12 μ m的激光器，它包括一號(hào)親合系統(tǒng)5-1、二號(hào)親合系統(tǒng)5-2、三號(hào)親合系統(tǒng)1、分光片2、一號(hào)反光鏡3、1/2波片4、一號(hào)ZnGeP2光學(xué)參量振蕩器5、二號(hào)ZnGeP2*學(xué)參量振蕩器6、一號(hào)平面鏡9_1、二號(hào)平面鏡9_2、三號(hào)平面鏡10-1、ZnGeP2光參量放大器7、一號(hào)反射鏡14和偏振片15 ；
[0006]—束2.1 μ m脈沖激光垂直入射至三號(hào)耦合系統(tǒng)1，經(jīng)三號(hào)耦合系統(tǒng)I進(jìn)行光束變換后以45°入射角入射至分光片2，經(jīng)分光片2分為兩束光，兩束光均為水平偏振2.1 μπι激光；
[0007]—束水平偏振2.1 μ m激光經(jīng)分光片2反射后垂直入射至1/2波片4，經(jīng)1/2波片4旋轉(zhuǎn)為垂直偏振的偏振光，該垂直偏振的偏振光入射至一號(hào)親合系統(tǒng)5-1，經(jīng)一號(hào)親合系統(tǒng)5-1進(jìn)行光束變換后入射至一號(hào)ZnGeP2*學(xué)參量振蕩器5，經(jīng)一號(hào)ZnGeP 2光學(xué)參量振蕩器5進(jìn)行非線性轉(zhuǎn)換后獲得一號(hào)輸出激光，該一號(hào)輸出激光由一束8 μ m?12 μ m水平偏振長(zhǎng)波紅外激光、一束2.8 μπι的中紅外激光和一束2.1 μπι激光構(gòu)成，一號(hào)ZnGeP2*學(xué)參量振蕩器5的一號(hào)輸出激光以45°入射角入射至一號(hào)平面鏡9-1，經(jīng)一號(hào)平面鏡9-1將所述的一束2.1 μπι激光反射出去，同時(shí)一號(hào)平面鏡9-1對(duì)所述的一束8 μπι?12 μπι水平偏振長(zhǎng)波紅外激光和一束2.8 μπι的中紅外激光透射后以45°入射角入射至三號(hào)平面鏡10-1，經(jīng)三號(hào)平面鏡10-1將所述的一束2.8 μπι的中紅外激光反射出去，同時(shí)三號(hào)平面鏡10-1對(duì)所述的一束8 μ m?12 μ m水平偏振長(zhǎng)波紅外激光透射后獲得透射的8 μ m?12 μ m水平偏振的長(zhǎng)波紅外激光以45°入射角入射至偏振片15 ；
[0008]另一束水平偏振2.1 ym激光經(jīng)分光片2透射后偏振態(tài)保持不變，并以45°入射角入射至一號(hào)反光鏡3，經(jīng)一號(hào)反光鏡3反射后垂直入射至二號(hào)親合系統(tǒng)5-2，經(jīng)二號(hào)親合系統(tǒng)5-2進(jìn)行光束變換后入射至二號(hào)ZnGeP2*學(xué)參量振蕩器6，經(jīng)二號(hào)ZnGeP 2光學(xué)參量振蕩器6進(jìn)行非線性轉(zhuǎn)換后獲得二號(hào)輸出激光，該二號(hào)輸出激光由一束8 μ m?12 μ m長(zhǎng)波紅外激光、一束2.8 μπι的中波紅外激光和一束2.1 μπι激光構(gòu)成；二號(hào)ZnGeP2*學(xué)參量振蕩器6的二號(hào)輸出激光以45°入射角入射至二號(hào)平面鏡9-2，經(jīng)二號(hào)平面鏡9-2將所述的一束2.1 μ m激光反射出去，同時(shí)二號(hào)平面鏡9-2對(duì)所述的一束8 μ m?12 μ m長(zhǎng)波紅外激光和一束2.8 μπι的中波紅外激光透射后以45°入射角入射至ZnGeP2光參量放大器7，經(jīng)ZnGeP2光參量放大器7放大后獲得一束由8 μ m?12 μ m長(zhǎng)波紅外激光和4.3 μ m中波紅外激光構(gòu)成的合成光，該合成光以45°入射角入射至一號(hào)反射鏡14，經(jīng)一號(hào)反射鏡14將4.3 μπι中波紅外激光反射出去，所述的一束8 μπι?12 μπι長(zhǎng)波紅外激光經(jīng)一號(hào)反射鏡14反射后獲得反射的8 μ m?12 μ m垂直偏振的長(zhǎng)波紅外激光，且該反射的8 μ m?12 μ m垂直偏振的長(zhǎng)波紅外激光以45°入射角入射至偏振片15 ;
[0009]經(jīng)過偏振片15將透射的8 μ m?12 μ m水平偏振的長(zhǎng)波紅外激光和反射的8 μ m?12 μ m垂直偏振的長(zhǎng)波紅外激光合成一束激光并輸出。
[0010]—號(hào)ZnGeP2*學(xué)參量振蕩器5包括四號(hào)平面鏡6_1、五號(hào)平面鏡7_1、二號(hào)反射鏡6-2、三號(hào)反射鏡6-3和一號(hào)ZnGeP2晶體8-1 ；
[0011]經(jīng)一號(hào)親合系統(tǒng)5-1進(jìn)行光束變換后入射至一號(hào)ZnGeP2*學(xué)參量振蕩器5的四號(hào)平面鏡6-1，入射角度為45°，經(jīng)四號(hào)平面鏡6-1透射后入射至一號(hào)ZnGeP2晶體8_1，經(jīng)一號(hào)ZnGeP2晶體8_1后以45°入射角入射至五號(hào)平面鏡7_1，經(jīng)五號(hào)平面鏡7_1反射和透射；
[0012]經(jīng)五號(hào)平面鏡7-1反射后以45°入射角入射至三號(hào)反射鏡6-3 ;經(jīng)三號(hào)反射鏡6-3反射后以45°入射角入射至二號(hào)反射鏡6-2，經(jīng)二號(hào)反射鏡6-2反射后以45°入射角入射至四號(hào)平面鏡6-1 ;
[0013]經(jīng)五號(hào)平面鏡7-1透射后以45°入射角入射至一號(hào)平面鏡9-1。
[0014]二號(hào)ZnGeP2*學(xué)參量振蕩器6包括六號(hào)平面鏡6_4、七號(hào)平面鏡7_2、四號(hào)反射鏡6-5、五號(hào)反射鏡6-6和二號(hào)ZnGeP2晶體8-2 ；
[0015]經(jīng)二號(hào)親合系統(tǒng)5-2進(jìn)行光束變換后入射至二號(hào)ZnGeP2*學(xué)參量振蕩器6中的六號(hào)平面鏡6-4，經(jīng)六號(hào)平面鏡6-4透射后入射至二號(hào)ZnGeP2晶體8_2 ;經(jīng)二號(hào)ZnGeP2晶體8-2后以45°入射角入射至七號(hào)平面鏡7-2，經(jīng)七號(hào)平面鏡7-2反射和透射；
[0016]經(jīng)七號(hào)平面鏡7-2反射后以45°入射角入射至五號(hào)反射鏡6-6 ;經(jīng)五號(hào)反射鏡6-6反射后以45°入射角入射至四號(hào)反射鏡6-5，經(jīng)四號(hào)反射鏡6-5反射后以45°入射角入射至六號(hào)平面鏡6-4 ;
[0017]經(jīng)七號(hào)平面鏡7-2透射后以45°入射角入射至二號(hào)平面鏡9-2。
[0018]ZnGeP2光參量放大器7包括八號(hào)平面鏡10_1、九號(hào)平面鏡10_2、六號(hào)反射鏡11-1、七號(hào)反射鏡11-2、透鏡12和三號(hào)ZnGeP20aB^ 13 ；
[0019]經(jīng)二號(hào)平面鏡9-2將所述的一束2.1 μπι激光反射出去，同時(shí)二號(hào)平面鏡9_2對(duì)所述的一束8 μπι?12 μπι長(zhǎng)波紅外激光和一束2.8 μπι的中波紅外激光透射后以45°入射角入射至ZnGeP2光參量放大器7中的八號(hào)平面鏡10_1，經(jīng)八號(hào)平面鏡10_1對(duì)所述的一束8 μπι?12 μπι長(zhǎng)波紅外激光進(jìn)行反射，同時(shí)對(duì)所述的一束2.8 μπι的中波紅外激光進(jìn)行透射；
[0020]所述的一束8 μπι?12 μπι長(zhǎng)波紅外激光經(jīng)八號(hào)平面鏡10-1反射后的光以45°入射角入射至六號(hào)反射鏡11-1，經(jīng)六號(hào)反射鏡11-1反射后以45°入射角入射至七號(hào)反射鏡11-2，經(jīng)七號(hào)反射鏡11-2反射后以45°入射角入射至九號(hào)平面鏡10-2，經(jīng)九號(hào)平面鏡10-2反射后垂直入射至透鏡12 ;
[0021]所述的一束2.8 μπι的中波紅外激光經(jīng)八號(hào)平面鏡10-1透射后的光垂直入射至九號(hào)平面鏡10-2，經(jīng)九號(hào)平面鏡10-2透射后入射至透鏡12 ;
[0022]經(jīng)透鏡12透射后的光入射至三號(hào)ZnGeP2晶體13，經(jīng)三號(hào)ZnGeP 2晶體13進(jìn)行非線性轉(zhuǎn)換后入射至一號(hào)反射鏡14。
[0023]—束2.1 μ m脈沖激光是采用1.9 μ m激光栗浦鈥激光器中的單摻雜鈥晶體獲得的，1.9 μπι激光是通過半導(dǎo)體激光器栗浦的單摻雜銩固體激光器獲得的。
[0024]單摻雜銩固體激光器的諧振腔為平凹腔結(jié)構(gòu)，且利用體光柵做平面反射鏡；鈥激光器為雙晶體雙末端栗浦結(jié)構(gòu)，即采用四個(gè)Tm:YLF固體激光器對(duì)兩個(gè)HckYAG晶體進(jìn)行雙末端栗浦。
[0025]四號(hào)平面鏡6-1鍍2.1 μ m高透膜和8?12 μ m高反膜；二號(hào)反射鏡6_2鍍2.1 μ m高透膜和8?12 μ m高反膜；三號(hào)反射鏡6-3鍍2.1 μ m高透膜和8?12 μ m高反膜；五號(hào)平面鏡7-1鍍2.1 μ m高透膜和8?12 μ m的部分透射膜，五號(hào)平面鏡7_1的透過率約為27%;一號(hào)ZnGeP2晶體8_1端面鍍2.1 μ m的高透膜和8?12 μ m的高透膜，切割角度51.5°，采用第一類相位匹配方式。
[0026]六號(hào)平面鏡6-4鍍2.1 μ m高透膜和8?12 μ m高反膜；四號(hào)反射鏡6_5鍍2.1 μ m高透膜和8?12 μ m高反膜；五號(hào)反射鏡6-6鍍2.1 μ m高透膜和8?12 μ m高反膜；
[0027]七號(hào)平面鏡7-2鍍2.1 μπι高透膜和鍍8?12 μπι的部分透射膜，透過率約為27%;
[0028]二號(hào)ZnGeP2晶體8_2端面鍍2.1 μ m