[發(fā)明專利]一種中紅外激光器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810361335.4
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108418090B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳慧彬
• 申請（專利權(quán)）人: 泉州師范學院
• 主分類號: H01S3/106
• 分類號: H01S3/106;H01S3/091;H01S3/081;H01S3/108;H01S3/16
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳雪瑩

本發(fā)明涉及一種新型的產(chǎn)生3?3.7微米波段激光的中紅外激光器，包括抽運光源、耦合光學系統(tǒng)、激光諧振腔、抽運激光晶體和非線性光學晶體，抽運光源發(fā)射激光經(jīng)耦合光學系統(tǒng)到達抽運激光晶體產(chǎn)生熒光，在由全反鏡和輸出腔鏡組成的激光諧振腔內(nèi)，形成2.4?2.7微米波段的振蕩激光，通過非線性光學晶體拉曼產(chǎn)生3?3.7微米波段的激光，上述3?3.7微米波段的激光在復合腔鏡和輸出腔鏡組成的拉曼振蕩腔內(nèi)振蕩加強，最終輸出3?3.7微米波段的激光。通過在腔內(nèi)插入波長調(diào)諧元件(例如標準具、雙折射濾光片、光柵等)實現(xiàn)3?3.7微米波長范圍內(nèi)的可調(diào)諧激光，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、可在常溫下使用且功率高的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電領(lǐng)域，特別是涉及一種產(chǎn)生3-3.7微米波段激光的中紅外激光器。

背景技術(shù)

3-3.7微米波段處于光譜中的中紅外波段，該波段的激光在激光醫(yī)療、光譜學、氣體環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有十分重要的應用。例如，許多氣體的特征吸收峰位于3-3.7微米波段，該波段常被稱為氣體的“分子指紋區(qū)”，因此該波段激光可用于氣體定性與定量的檢測。一些常見的大氣污染物，如CH₄、H₂CO、NO₂、N₂O的特征吸收峰分別都在3.3-3.7微米范圍內(nèi)。并且，除去以上大氣中氣體的特征吸收波段，該波段的其余激光處于大氣窗口的高透過區(qū)，對大氣的穿透性強，傳輸過程損耗小，在激光制導、遙感測控、光電對抗等軍事領(lǐng)域有著重要的應用。

目前，國內(nèi)外實現(xiàn)3-4微米波段激光的主要技術(shù)途徑有以下幾類:

(1)中紅外光參量振蕩激光器(OPO)：該類型激光器是現(xiàn)階段產(chǎn)生中紅外激光最常用的技術(shù)方案，已實現(xiàn)了2-5微米的可調(diào)諧激光輸出，具有波長調(diào)諧范圍大，激光輸出功率高的優(yōu)點。然而，這類激光器結(jié)構(gòu)復雜、裝調(diào)精度要求極高，對溫度、振動等環(huán)境因素的要求也較為苛刻，因此很難在衛(wèi)星、飛機這類航天器上應用。

(2)中紅外晶體激光器：該類型激光器采用稀土與過渡族離子作為激活離子直接產(chǎn)生3微米以上的激光。由于存在強烈的多聲子淬滅效應，通常要求激光晶體具有較低的聲子能量，以避免過高的無輻射躍遷幾率導致激光上能級壽命過低。因此，這類激光器通常采用聲子能量較低的非氧化基質(zhì)晶體(鹵化物、硫化物、硒化物等)作為激光增益介質(zhì)。為獲得激光運轉(zhuǎn)，還需要控制晶體處在遠低于室溫的環(huán)境溫度下工作，這極大地增加了激光系統(tǒng)的復雜性與穩(wěn)定性。

(3)中紅外光纖激光器：該類型激光器采用氟化物與硫化物光纖作為激光增益介質(zhì)實現(xiàn)中紅外激光輸出。由于光纖激光的增益介質(zhì)長，調(diào)Q運轉(zhuǎn)時激光脈沖寬度較寬，峰值功率低。并且，光纖非線性效應嚴重，輸出激光的譜線往往較寬，較小的芯徑尺寸使其在短脈沖高能量激光運轉(zhuǎn)下容易燒毀。另外，硫化物與氟化物的機械性能差、光纖加工難，且當前中紅外波段光柵稀缺，這些不利因素都一定程度上限制了中紅外光纖激光器的發(fā)展。

(4)中紅外帶間級聯(lián)激光器：這種技術(shù)可以實現(xiàn)3-3.8微米的激光輸出，但其輸出功率較低、激光線寬大，在許多應用上受到限制。以美國Thorlabs公司生產(chǎn)的法布里珀羅帶間級聯(lián)激光器為例，其最大輸出功率為20-30毫瓦，線寬約為幾十納米。

(5)中紅外異質(zhì)結(jié)半導體激光器：這類激光器主要采用半導體作為激光介質(zhì)，其輸出光束質(zhì)量差、制備工藝難度大，通常需要在極低的溫度下運轉(zhuǎn)。目前，該類型的激光器在室溫下無法實現(xiàn)波長大于3微米的激光。

綜上可知，目前現(xiàn)有技術(shù)中缺少一種結(jié)構(gòu)簡單，可在常溫下使用，且輸出功率較高的中紅外激光器。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，可在常溫下使用，且輸出功率較高的中紅外激光器。

為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：