專利名稱：一種實現(xiàn)波長大于3.7微米的激光的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種實現(xiàn)波長大于3. 7微米的激光的方法
及裝置。
背景技術(shù)：
中紅外波長(3 5微米)的激光在物質(zhì)探測、光電對抗等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。大能量、窄脈寬、高峰值功率的中紅外激光可以使工作在這一波段的光 電探測器飽和或損傷，作為光電對抗武器，在軍事對抗中有重要的應(yīng)用價值。目前產(chǎn)生中紅外波長的激光有很多方法，其中光參變換方法不但結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小，而且能夠承載大能量、窄脈寬、高峰值功率運轉(zhuǎn)，還能得到較好的激光質(zhì)量。3. 7 4. 0微米是中紅外探測器的敏感波長，對于這個波長的激光，一般使用ZGP(ZnGeP2)晶體、KTA (KTiOAsO4)晶體等非線性晶體的光參變換方法產(chǎn)生。使用光參量振蕩方法產(chǎn)生中紅外激光的時候，一個短波長的激光在非線性晶體中傳播，短波長的激光強度減弱，產(chǎn)生兩個長波長的激光。根據(jù)相位匹配類型的不同，這兩個長波長激光的波長和偏振狀態(tài)可以相同也可以不同。這個短波長的激光叫做泵浦光，產(chǎn)生的兩個長波長的激光叫做參量光。兩個參量光中，如果波長較小的一個被叫做信號光，那么另一個叫做閑頻光。用光參量振蕩方法產(chǎn)生中紅外激光的一種裝置是光參量振蕩器，這種裝置是將非線性晶體放在一個激光諧振腔中，使參量光在諧振腔中諧振，泵浦光單程或者雙程通過非線性晶體，參量光與泵浦光在非線性晶體中發(fā)生光參量過程，生成參量光。在非線性晶體中，一定中心波長的參量光對應(yīng)晶體的某一相位匹配條件(例如匹配角度、匹配溫度或周期性極化晶體中的極化周期長度等)。但有時候由于諧振條件和晶體性質(zhì)的限制，無論如何晶體的相位匹配條件，輸出波長的光譜都不能滿足要求。由光參量方法產(chǎn)生中紅外激光時，如果泵浦光波長固定，唯一的信號光波長將對應(yīng)唯一的閑頻光波長。利用光參量振蕩器產(chǎn)生中紅外激光的時候，如果信號光在諧振腔內(nèi)振蕩，信號光將從噪聲中逐漸建立并被放大，其光譜是滿足諧振條件的所有可能的光譜。當信號光在非線性晶體中增益較強的時候，一般滿足振蕩條件的光譜比較寬，這時候輸出的信號光和閑頻光光譜也比較寬。如果參量光光譜過寬，超過寬度的光譜消耗的泵浦光的能量，目標光譜不能獲得最高的轉(zhuǎn)換效率。假設(shè)輸出激光有一目標光譜，如果光參量振蕩器無論如何調(diào)節(jié)晶體的匹配條件都不能滿足目標光譜，為了使輸出激光滿足這一目標光譜，使泵浦光向目標光譜的轉(zhuǎn)換效率盡可能高，一般通過諧振腔鏡的鍍膜技術(shù)，在諧振腔鏡上對目標光譜鍍特殊要求的帶寬和膜系結(jié)構(gòu)，從而直接對目標光譜進行選模。但是，在中紅外光參量振蕩器中，諧振腔鏡對中紅外波長激光的鍍膜技術(shù)比較難，鍍膜質(zhì)量不高。
發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提供一種實現(xiàn)波長大于3. 7微米的激光的方法及裝置，以克服光參量振蕩器中紅外激光的光譜分布不能滿足要求，并且不能通過對諧振腔鏡鍍中紅外波段的反射膜或者調(diào)節(jié)晶體的相位匹配條件來達到目的的問題。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種實現(xiàn)波長大于3. 7微米的激光的方法，所述方法采用光參量振蕩器，通過對所述光參量振蕩器的諧振腔進行鍍膜選擇信號光的光譜，由I. 064微米的泵浦光得到中心波長大于3. 7微米的閑頻光。優(yōu)選地，所述諧振腔的輸入鏡的鍍膜曲線中I. 49微米為所述鍍膜曲線的峰值位置；所述輸入鏡的鍍膜對于波長小于I. 49微米的激光的反射率高于99%，對于波長大于I. 49微米的激光的透射率高于99%。 優(yōu)選地，所述諧振腔的輸入鏡的鍍膜對于波長大于I. 49微米小于I. 55微米的激光的透射率高于99%。優(yōu)選地，所述諧振腔的的輸出鏡針對波長I. 5微米的激光鍍寬帶部分反射膜，針對波長3 5微米的激光鍍寬帶高透模，針對波長1064納米的激光鍍寬帶高反膜。優(yōu)選地，所述光參量振蕩器采用KTA晶體作為非線性晶體。本發(fā)明還提供一種實現(xiàn)波長大于3. 7微米的激光的裝置，所述裝置采用一個包括諧振腔的光參量振蕩器；所述光參量振蕩器以I. 064微米激光為泵浦光；所述諧振腔的輸入鏡上設(shè)置有用于選擇信號光的鍍膜。優(yōu)選地，所述諧振腔的輸入鏡的鍍膜曲線中I. 49微米為所述鍍膜曲線的峰值位置；所述輸入鏡的鍍膜對于波長小于I. 49微米的激光的反射率高于99%，對于波長大于I. 49微米的激光的透射率高于99%。優(yōu)選地，所述諧振腔的輸入鏡的鍍膜對于波長大于I. 49微米小于I. 55微米的激光的透射率高于99%。優(yōu)選地，所述諧振腔的的輸出鏡針對波長I. 5微米的激光鍍寬帶部分反射膜，針對波長3 5微米的激光鍍寬帶高透模，針對波長1064納米的激光鍍寬帶高反膜。優(yōu)選地，所述光參量振蕩器采用KTA晶體作為非線性晶體。(三)有益效果本發(fā)明的實現(xiàn)波長大于3. 7微米的激光的方法及裝置，通過對諧振腔的輸入鏡鍍膜選擇光參量振蕩器中信號光的光譜，從而間接選擇閑頻光的光譜，使閑頻光的中心波長大于3. 7微米，達到目標光譜成分，提高了泵浦光向目標光譜的轉(zhuǎn)換效率，克服了光參量振蕩器中紅外激光的光譜分布不能滿足要求，并且不能通過對諧振腔鏡鍍中紅外波段的反射膜或者調(diào)節(jié)晶體的相位匹配條件來達到目的的問題。
圖I是本發(fā)明實施例所述實現(xiàn)波長大于3. 7微米的激光的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為KTA晶體相位匹配曲線示意圖；圖3為本發(fā)明實施例所述輸入鏡與傳統(tǒng)輸入鏡的反射率曲線對比示意圖；圖4是本發(fā)明實施例所述光參量振蕩器與傳統(tǒng)光參量振蕩器輸出閑頻光的光譜對比示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。由光參量方法產(chǎn)生中紅外激光時，如果泵浦光波長固定，唯一的信號光波長將對應(yīng)唯一的閑頻光波長。因此可以通過控制信號光的波長調(diào)節(jié)閑頻光的波長，本發(fā)明實施例所述實現(xiàn)波長大于3. 7微米的激光的方法正是基于這一原理。本實施例中，所述方法采用一個以KTA晶體作為非線性晶體的光參量振蕩器，通過對所述光參量振蕩器的諧振腔進行鍍膜選擇信號光的光譜，得到中心波長大于3. 7微米的閑頻光。具體地，所述諧振腔的輸入鏡的鍍膜曲線中I. 49微米為所述鍍膜曲線的峰值位置；所述輸入鏡的鍍膜對于波長小于I. 49微米的激光的反射率高于99%，對于波長大于I. 49微米小于I. 55微米的激光的透射率高于99%。所述諧振腔的的輸出鏡針對波長I. 5微米的激光鍍寬帶部分反射膜，針對波長3 5微米的激光鍍寬帶高透膜(一般對波長3 5微米范圍內(nèi)的激光透過率大于99% )，針對波長1064納米的激光鍍寬帶高反膜(一般對波長0. 9 I. 2微米范圍內(nèi)的激光反射率大于99% )。圖I是本發(fā)明實施例所述實現(xiàn)波長大于3. 7微米的激光的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，所述裝置采用一個以KTA晶體2作為非線性晶體的光參量振蕩器，相位匹配角度選擇在XZ折射率主軸平面內(nèi)41. 2°左右，所述光參量振蕩器的諧振腔采用平平諧振腔。所述諧振腔的兩端分別設(shè)置有輸入鏡I和輸出鏡3，所述KTA晶體2設(shè)置在所述諧振腔內(nèi)部。所述諧振腔對3. 7微米波長的激光的透射率超過99%，泵浦光的波長為1064納米，信號光波長選擇在1478納米，匹配角度在41. 0°附近，對應(yīng)輸出中紅外波長在3. 7微米。在所述諧振腔的輸入鏡I或者輸出鏡3上針對中紅外波長的激光鍍反射膜比較困難，非常容易造成膜層損傷。為了避免針對中紅外激光鍍反射膜，所述諧振腔選擇信號光單諧振的形式工作。所述諧振腔的輸出鏡3針對波長I. 5微米的激光鍍寬帶部分反射膜，針對波長3 5微米的激光鍍寬帶高透模(一般對波長3 5微米范圍內(nèi)的激光透過率大于99% ),針對1064納米的激光鍍寬帶高反膜(一般對波長0. 9 I. 2微米范圍內(nèi)的激光反射率大于99% )。所述諧振腔輸入鏡I針對波長1064納米的激光鍍透射率大于99%的寬帶膜，針對波長3 5微米的激光不做處理。圖2為KTA晶體相位匹配曲線示意圖，如圖2所示，41. 2°相位匹配角度處在所述KTA晶體2的相位匹配曲線的邊緣，滿足相位匹配條件的光譜很寬。在現(xiàn)有鍍膜技術(shù)的限制下，對于未應(yīng)用本發(fā)明方法的傳統(tǒng)技術(shù)，諧振腔的輸入鏡一般針對波長I. 5微米的激光鍍反射率高于99%的寬帶膜，這時候高反射率波長范圍大約是I. 4 I. 6微米，輸出的信號光和閑頻光均具有較寬的光譜。由于KTA晶體對大于3. 7微米波長的激光有比較強烈的吸收，且波長越長吸收越嚴重，所以長波長的信號光在所述KTA晶體2中得到的增益更多，輸出信號光的光譜曲線中波長大于1478納米的成分更多，閑頻光的光譜中波長小于3. 7微米的成分很多而大于3. 7微米的成分很少，并且無論如何調(diào)節(jié)所述KTA晶體2的相位匹配條件都不能使波長大于3. 7微米的成分明顯增多。為使輸出閑頻光光譜中心波長大于3. 7微米的，必須增加3. 7微米以上的光譜成分，削弱3. 7微米以下的光譜成分，使泵浦光盡量向目標波長成分轉(zhuǎn)換。因此，本發(fā)明所述裝置的關(guān)鍵是，對所述諧振腔的輸入鏡I的信號光的反射膜做細致要求要求所述諧振腔的輸入鏡I的鍍膜曲線中I. 49微米為所述鍍膜曲線的反射率峰值位置，所述輸入鏡I的鍍膜對于波長小于I. 49微米的激光的反射率高于99%，對于波長大于I. 49微米的激光的透射率高于99%。優(yōu)選地，輸入鏡I的鍍膜對于波長大于I. 49微米小于I. 55微米的激光的透射率高于99%。圖3為本發(fā)明實施例所述輸入鏡與傳統(tǒng)輸入鏡的反射率曲線對比示意圖。如圖3所示，圖中實線所示曲線表示本發(fā)明的對信號光光譜進行選擇的輸入鏡的反射率曲線，圖中虛線所示曲線表示傳統(tǒng)的不對信號光光譜進行選擇的輸入鏡的反射率曲線。實踐表明本發(fā)明實施例所述輸入鏡的鍍膜要求是可以實現(xiàn)。圖4是本發(fā)明實施例所述光參量振蕩器與傳統(tǒng)光參量振蕩器輸出閑頻光的光譜對比示意圖。如圖4所示，圖中實線所示曲線表示本發(fā)明的對信號光光譜選擇后的閑頻光光譜曲線，圖中虛線所述曲線表示對信號光光譜選擇前的閑頻光光譜曲線，可以看到，本發(fā)明實施例所述光參量振蕩器的輸出信號光波長大于1488納米的成分明顯減少，輸出閑頻光波長小于3. 7微米的成分明顯減少，而大于3. 7微米的成分占明顯優(yōu)勢，在泵浦光狀態(tài)不變的條件下，提高了泵浦光向波長大于3. 7微米的中
紅外激光的轉(zhuǎn)換效率，得到了中心波長大于3. 7微米的激光。本發(fā)明實施例所述實現(xiàn)波長大于3. 7微米的激光的方法及裝置，通過對諧振腔的輸入鏡鍍膜選擇光參量振蕩器中信號光的光譜，從而間接選擇閑頻光的光譜，使閑頻光的中心波長大于3. 7微米，達到目標光譜成分，提高了泵浦光向目標光譜的轉(zhuǎn)換效率。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)波長大于3. 7微米的激光的方法，其特征在于，所述方法采用KTA晶體的光參量振蕩器，通過對所述光參量振蕩器的諧振腔進行鍍膜選擇信號光的光譜，由I. 064微米的泵浦光得到中心波長大于3. 7微米的閑頻光。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述諧振腔的輸入鏡的鍍膜曲線中I.49微米為所述鍍膜曲線的峰值位置；所述輸入鏡的鍍膜對于波長小于I. 49微米的激光的反射率高于99%，對于波長大于I. 49微米的激光的透射率高于99%。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述諧振腔的輸入鏡的鍍膜對于波長大于I. 49微米小于I. 55微米的激光的透射率高于99%。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述諧振腔的的輸出鏡針對波長I.5微米的激光鍍寬帶部分反射膜，針對波長3 5微米的激光鍍寬帶高透膜，針對波長1064納米的激光鍍寬帶高反膜。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述光參量振蕩器采用KTA晶體作為非線性晶體。
6.一種實現(xiàn)波長大于3. 7微米的激光的裝置，其特征在于，所述裝置采用一個包括諧振腔的光參量振蕩器；所述光參量振蕩器以I. 064微米激光為泵浦光；所述諧振腔的輸入鏡上設(shè)置有用于選擇信號光的鍍膜。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述諧振腔的輸入鏡的鍍膜曲線中I.49微米為所述鍍膜曲線的峰值位置；所述輸入鏡的鍍膜對于波長小于I. 49微米的激光的反射率高于99%，對于波長大于I. 49微米的激光的透射率高于99%。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述諧振腔的輸入鏡的鍍膜對于波長大于I. 49微米小于I. 55微米的激光的透射率高于99%。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述諧振腔的的輸出鏡針對波長I.5微米的激光鍍寬帶部分反射膜，針對波長3 5微米的激光鍍寬帶高透膜，針對波長1064納米的激光鍍寬帶高反膜。
10.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述光參量振蕩器采用KTA晶體作為非線性晶體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)波長大于3.7微米的激光的方法及裝置，涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域。所述方法采用光參量振蕩器，通過對所述光參量振蕩器的諧振腔進行鍍膜選擇信號光的光譜，得到中心波長大于3.7微米的閑頻光。所述裝置采用一個包括諧振腔的光參量振蕩器；所述諧振腔的輸入鏡上設(shè)置有用于選擇信號光的鍍膜。所述方法及裝置，通過對諧振腔的輸入鏡鍍膜選擇光參量振蕩器中信號光的光譜，從而間接選擇閑頻光的光譜，使閑頻光的中心波長大于3.7微米，提高了泵浦光向目標光譜的轉(zhuǎn)換效率，克服了不能通過對諧振腔鏡鍍中紅外波段的反射膜或者調(diào)節(jié)晶體的相位匹配條件來使光參量振蕩器中紅外激光的光譜分布滿足要求的問題。
文檔編號H01S3/08GK102709805SQ201210147750
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者劉建輝, 劉景峰, 劉歡, 鞏馬理, 張海濤, 柳強, 閆平, 黃磊 申請人:北京奇峰藍達光學科技發(fā)展有限公司, 清華大學