[發明專利]基于寬禁帶半導體碳化硅晶體的光參量振蕩激光器

有效

• 申請號: 201310400907.2
• 申請日: 2013-09-05
• 公開（公告）號: CN103427329A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 于浩海;徐現剛;路大治;陳秀芳;胡小波;張懷金
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

技術領域

本發明涉及一種基于寬禁帶半導體碳化硅晶體（SiC）的光參量振蕩激光器，屬于激光技術領域，涉及非線性晶體器件。

背景技術

光參量振蕩，是指一束頻率為vP(泵頻也稱激勵光)的強激光和一束頻率為vS（信頻）的弱激光同時射入非線性介質時，如信頻光（也稱振蕩光）被放大,同時產生頻率為vi的閑置頻率光（閑頻光，vi=vP-vS），即為所要獲得的OPO激光，這種現象稱為光參量放大。若將此非線性介質置于輸入鏡M1和輸出鏡M2組成的諧振腔中,M1對泵頻光透射，M1、M2對信頻光、閑頻光或兩者高反射,則在頻率為vP的激光作用下,從M2鏡將光參量振蕩輸出頻率為vS和vi的激光；這就構成了光參量振蕩器。

光參量振蕩器（簡稱OPO）振蕩過程是目前產生中遠紅外激光的重要技術，因其輸出波長可在覆蓋近紅外到中遠紅外之內的幾百納米范圍內連續調諧，已經在眾多領域得到了廣泛應用。因半導體具有透過范圍大、透過波段寬等特點，是中紅外OPO激光產生的常用非線性激光介質，包括磷鍺鋅、硫銦鋰等系列窄禁帶半導體成為目前研究的重點。然而OPO的過程是物質對高能量激光的高階響應，窄禁帶半導體容易其相對較低的熱導率使其在高能量密度激光作用下容易損壞，限制了其高能量激光的獲得。

SiC晶體是一類重要的寬禁帶半導體，其熱導率高達3W/cm?K，SiC作為襯底材料是目前人們熟知的應用。但，SiC晶體材料無反演對稱心，具有二階非線性光學特性和大的非線性系數，同時SiC晶體材料的透過曲線截止邊長達近6μm，是理想的中紅外波段OPO非線性激光介質。但SiC晶體材料在OPO領域的應用一直未被重視，而基于寬禁帶半導體SiC晶體的OPO激光器迄今為止也未有所報道。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于寬禁帶半導體材料碳化硅（SiC）晶體的光參量振蕩激光器，特別是基于SiC晶體的中紅外激光器。

本發明的技術方案采用以下方式來實現。

基于寬禁帶半導體材料碳化硅晶體的光參量振蕩激光器，依次包括激勵源（1）、輸入鏡（2）、半導體SiC晶體（3）和輸出鏡（4）；

所述半導體SiC晶體沿其光參量振蕩的相位匹配方向切割，表面鍍膜或不鍍膜；所述表面鍍膜是在SiC晶體通光面鍍以對激勵光、信頻光和閑頻光高透過的介質膜；

所述激勵源（1）是全固態脈沖激光器；所述輸入鏡（2）兩個通光面鍍以對激勵光高透過且對信頻光和閑頻光高反射的介質膜，輸出鏡（4）鍍以對信頻光高反射且對閑頻光部分透過的介質膜。

所述半導體SiC晶體為單晶體，選自6H-SiC晶體或4H-SiC晶體。半導體SiC晶體的通光方向為光參量振蕩的相位匹配方向。

根據本發明優選的，6H-SiC晶體的通光方向與光軸成47°-73°角。

根據本發明優選的，4H-SiC晶體的通光方向與光軸成38°-55°角。

所述半導體SiC晶體的通光方向長度為0.5mm-50mm。根據光參量振蕩激光器的規格而定。優選的，所述半導體SiC晶體長度為10mm-40mm。

所述的輸入鏡（2）是平面鏡或凹面鏡，輸出鏡（4）平面鏡或凹面鏡。其中，凹面鏡的曲率為20mm-1000mm，其凹面面對半導體SiC晶體。

所述的輸出鏡鍍膜是在兩個通光面都鍍有所述的介質膜。

輸入鏡和輸出鏡之間的距離可按現有技術進行計算，使其有利于信頻光振蕩，該計算過程為本領域熟知理論。本發明優選，輸入鏡和輸出鏡之間距離為1-100mm之間。

根據本發明優選的，所述的激勵源是產生波長為1.06μm的全固態脈沖激光器，進一步優選1.06μm調Q激光器或1.06μm鎖模激光器

根據本發明優選的，所述光參量振蕩激光器產生1.28μm-6μm的中紅外激光輸出。

術語解釋：本發明中的“高反射”、“高透過”、“部分反射”具有本領域的公知含義。

上述“高反射”是指對特定波長或波段入射光的反射率大于99%。

上述“高透過”是指對特定波長或波段光的透過率大于80%。

上述“部分透過”指對特定波長或波段入射光的透過率在1%-80%。

本發明以寬禁帶半導體碳化硅為非線性光學介質，形成有效的光參量振蕩輸出，入射和出射端面與所需的相位匹配方向垂直。本發明利用SiC晶體的OPO非線性光學效應產生1.28μm到6μm的閑頻光，該OPO過程為本領域熟知過程。