[發(fā)明專利]一種緊湊結(jié)構(gòu)皮秒脈沖寬調(diào)諧中紅外激光器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610211195.3
• 申請(qǐng)日: 2016-04-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105680309A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙剛;居盼盼;呂新杰;李世鳳;劉奕辰;李宇昕;莫其金;蔣旭東;祝世寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/108
• 分類號(hào): H01S3/108;H01S3/081
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及中紅外激光器，尤其是皮秒脈沖中紅外激光器，為一種波長(zhǎng)在1.4um— 4.3um范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)諧輸出的緊湊結(jié)構(gòu)皮秒脈沖激光器。

背景介紹

由于中紅外激光處于許多氣體的特征吸收峰，且在大氣中損耗較低等特性，在氣體 探測(cè)、光電對(duì)抗、光譜分析等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。皮秒、飛秒量級(jí)的超短脈沖激 光由于其脈沖非常短，激光峰值功率較高，在工業(yè)加工、醫(yī)療、光譜分析等領(lǐng)域應(yīng)用廣 泛。

中紅外激光從激光產(chǎn)生原理上可分為半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)激光器、化學(xué)激光器、氣體激 光器等直接產(chǎn)生和非線性頻率轉(zhuǎn)換間接產(chǎn)生。相比之下，利用光學(xué)參量振蕩(OPO)產(chǎn) 生中紅外激光具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出功率較高且輸出波長(zhǎng)可連續(xù)調(diào)諧等優(yōu)勢(shì)。高重復(fù)頻率 的超短脈沖激光在通信、顯微等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，中紅外波段的超短脈沖激光 還可應(yīng)用于中紅外材料的刻蝕與加工。傳統(tǒng)的產(chǎn)生高重頻超短脈沖大多采用鎖模激光 器，但是其輸出波長(zhǎng)范圍通常較窄且受限在特定波長(zhǎng)；因此提出皮秒脈沖寬調(diào)諧中紅外 激光器是業(yè)界的重要任務(wù)。

利用同步泵浦OPO產(chǎn)生可調(diào)諧超短脈沖激光，可以產(chǎn)生傳統(tǒng)鎖模激光器無(wú)法覆蓋的 激光波長(zhǎng)，同時(shí)具有較高的激光輸出功率與光束質(zhì)量。

基于同步泵浦OPO產(chǎn)生可調(diào)諧超短脈沖激光可以采用LN晶體、KTP晶體、PPLN晶 體等作為非線性轉(zhuǎn)換晶體，實(shí)現(xiàn)中紅外波段超短脈沖輸出。特別的基于PPLN晶體的同 步泵浦OPO受益于近年來(lái)準(zhǔn)位相匹配技術(shù)與躊工程技術(shù)的發(fā)展，可以在更寬泛的波長(zhǎng)范 圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的頻率轉(zhuǎn)換效率，從而成為產(chǎn)生皮秒脈沖中紅外可調(diào)諧激光器的主流方 式。

但目前利用PPLN晶體產(chǎn)生中紅外皮秒脈沖激光一般采用單個(gè)周期的極化晶體，其 可以覆蓋的波長(zhǎng)范圍有限。另外皮秒脈沖OPO同步泵浦技術(shù)，其光腔長(zhǎng)度一般要求為1-2 米，以實(shí)現(xiàn)有效增益，在使用上不方便。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的：為了提供更廣波長(zhǎng)調(diào)諧范圍的中紅外可調(diào)諧超短脈沖激光，本發(fā)明提 供一種皮秒脈沖連續(xù)寬調(diào)諧中紅外激光器，激光在1.4-4.3um之間可連續(xù)調(diào)諧輸出，并 且其空間體積更加緊湊便攜。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種緊湊結(jié)構(gòu)皮秒脈沖寬調(diào)諧中紅外激光器，其特征是 包括1064nm皮秒脈沖泵浦源、光隔離器、聚焦透鏡、多通道周期性極化晶體、晶體溫 控爐、步進(jìn)電機(jī)位移平臺(tái)、OPO諧振腔、一維平移臺(tái)；1064nm皮秒脈沖泵浦源通過(guò)光隔 離器后經(jīng)過(guò)聚焦透鏡，聚焦在周期性極化晶體上；周期性極化晶體放置在一個(gè)精度為 0.1℃的晶體溫控爐中；晶體溫控爐放置在一個(gè)步進(jìn)電機(jī)位移平臺(tái)上；步進(jìn)電機(jī)位移平 臺(tái)的調(diào)節(jié)方向垂直于光路、調(diào)節(jié)泵浦源進(jìn)入多通道周期性極化晶體的不同通道；從多通 道周期性極化晶體輸出的光進(jìn)入OPO諧振腔，OPO諧振腔諧振腔最后一個(gè)腔鏡放置在一 個(gè)沿光路方向調(diào)節(jié)的一維平移臺(tái)15上，最后一個(gè)腔鏡沿著光路方向移動(dòng)，用以改變諧 振腔的光程長(zhǎng)度與泵浦光的重復(fù)頻率相匹配。

所述周期性極化晶體采用MgO:PPLN晶體，所述晶體采用多通道設(shè)計(jì)，共有6-10個(gè) 通道。

所述周期性極化晶體為8個(gè)通道，周期性極化晶體八個(gè)通道的晶體周期分別為： 27.9um；28.29um；28.7um；29.16um；29.66um；30.19um；30.81um；31.52um； 通過(guò)步進(jìn)電機(jī)位移平臺(tái)的平移改變泵浦源作用在不同周期晶體的通道上，同時(shí)改變晶體 的工作溫度，實(shí)現(xiàn)激光波長(zhǎng)的連續(xù)寬調(diào)諧輸出。

1064nm皮秒脈沖泵浦源采用光纖1064nm皮秒脈沖激光器或全固態(tài)1064nm皮秒脈沖 激光器。

OPO諧振腔采用之字形光折疊腔設(shè)計(jì)，壓縮空間結(jié)構(gòu)，使得激光器結(jié)構(gòu)緊湊。OPO諧

振腔在1.4um-2.1um全波段鍍膜，使得OPO諧振腔在1.4um-2.1um均可形成振蕩輸

出，從而激光器在1.4-4.3um波長(zhǎng)范圍內(nèi)連續(xù)輸出激光。