[發明專利]一種基于電光晶體實現中長波紅外快速切換輸出的雙波段激光器

有效

• 申請號: 202010054538.6
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111244743B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 姚寶權;密淑一;陳毅;劉高佑;李俊輝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/107
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

1.一種基于電光晶體實現中長波紅外快速切換輸出的雙波段激光器，其特征在于它包括一號平凸透鏡(1-1)、二號平凸透鏡(1-2)、三號平凸透鏡(1-3)、四號平凸透鏡(1-4)、電光晶體(2)、一號偏振片(3-1)、二號偏振片(3-2)、三號偏振片(3-3)、一號二分之一波片(4-1)、二號二分之一波片(4-2)、三號二分之一波片(4-3)、一號泵浦光全反鏡(5-1)、二號泵浦光全反鏡(5-2)、一號第一腔鏡(6-1)、二號第一腔鏡(6-2)、三號第一腔鏡(6-3)、一號ZnGeP₂晶體(7-1)、二號ZnGeP₂晶體(7-2)、三號ZnGeP₂晶體(7-3)、四號ZnGeP₂晶體(7-4)、五號ZnGeP₂晶體(7-5)、第一輸出鏡(8)、一號第一二色鏡(9-1)、二號第一二色鏡(9-2)、第一濾光鏡(10)、一號第二腔鏡(11-1)、二號第二腔鏡(11-2)、三號第二腔鏡(11-3)、第二輸出鏡(12)、全反鏡(13)、第二二色鏡(14)、第三二色鏡(15)、第二濾光鏡(16)、一號第三腔鏡(17-1)、二號第三腔鏡(17-2)、三號第三腔鏡(17-3)、第三輸出鏡(18)及第三濾光鏡(19)；

一號二分之一波片(4-1)和二號偏振片(3-2)構成一號功率分配系統；

三號二分之一波片(4-3)和三號偏振片(3-3)構成二號功率分配系統；

一號第一腔鏡(6-1)、一號ZnGeP₂晶體(7-1)、第一輸出鏡(8)、三號第一腔鏡(6-3)及二號第一腔鏡(6-2)構成第一環形腔；

一號第二腔鏡(11-1)、三號ZnGeP₂晶體(7-3)、三號第二腔鏡(11-3)、第二輸出鏡(12)及二號第二腔鏡(11-2)構成第二環形腔；

二號第三腔鏡(17-2)、第三輸出鏡(18)、三號第三腔鏡(17-3)、五號ZnGeP₂晶體(7-5)及一號第三腔鏡(17-1)構成第三環形腔；

一束偏振態為垂直偏振的2.1μm脈沖泵浦光入射至一號平凸透鏡(1-1)的凸面，經過一號平凸透鏡(1-1)入射到電光晶體(2)中；所述的電光晶體(2)上下兩側不施加電壓或施加半波電壓；

當所述的電光晶體(2)上下兩側不施加電壓時，經過電光晶體(2)后的泵浦光偏振方為垂直偏振，經一號偏振片(3-1)全部反射至二號平凸透鏡(1-2)的凸面，經二號平凸透鏡(1-2)進行光束變換，光束變換后的泵浦光經過一號二分之一波片(4-1)偏振方向分解為水平偏振分量的泵浦光和垂直偏振分量的泵浦光；

水平偏振分量的泵浦光透射過二號偏振片(3-2)及一號第一腔鏡(6-1)后，入射至一號ZnGeP₂晶體(7-1)中，部分泵浦光進行非線性轉換，得到峰值波長為3.8μm的信號光及峰值波長為4.3μm的閑頻光，穿過一號ZnGeP₂晶體(7-1)的剩余泵浦光經第一輸出鏡(8)和一號第一二色鏡(9-1)透射輸出，部分峰值波長為3.8μm的信號光和部分峰值波長為4.3μm的閑頻光經第一輸出鏡(8)透射輸出，剩余峰值波長為3.8μm的信號光和剩余峰值波長為4.3μm的閑頻光經第一環形腔振蕩一周后，最后經第一輸出鏡(8)透射輸出，同時新產生的部分峰值波長為3.8μm的信號光與部分峰值波長為4.3μm的閑頻光在第一環形腔內形成持續振蕩；

垂直偏振分量的泵浦光經二號偏振片(3-2)和一號泵浦光全反鏡(5-1)反射至二號二分之一波片(4-2)，透射過二號二分之一波片(4-2)的泵浦光偏振方向由垂直偏振變為水平偏振，最后經過二號第一二色鏡(9-2)透射至二號ZnGeP₂晶體(7-2)中；所述的二號二分之一波片(4-2)的光軸與垂直偏振分量的泵浦光偏振方向的夾角為45°；

從第一輸出鏡(8)輸出的信號光與閑頻光經一號第一二色鏡(9-1)及二號第一二色鏡(9-2)反射至二號ZnGeP₂晶體(7-2)中，入射至二號ZnGeP₂晶體(7-2)的部分泵浦光對信號光和閑頻光進行放大，剩余泵浦光經第一濾光鏡(10)反射輸出，放大后的信號光與放大后的閑頻光經第一濾光鏡(10)透射輸出，得到中波紅外3μm～5μm波段激光；

當所述的電光晶體(2)上下兩側施加半波電壓時，經過電光晶體(2)后的泵浦光偏振方由垂直偏振變為水平偏振，經一號偏振片(3-1)透射至三號二分之一波片(4-3)，經過三號二分之一波片(4-3)后的泵浦光偏振方向分解為水平偏振分量的泵浦光和垂直偏振分量的泵浦光；

垂直偏振分量的泵浦光經三號偏振片(3-3)反射至三號平凸透鏡(1-3)的凸面，經三號平凸透鏡(1-3)進行光束變換，光束變換后的泵浦光經一號第二腔鏡(11-1)透射至三號ZnGeP₂晶體(7-3)中，部分泵浦光進行非線性轉換，得到峰值波長為2.8μm的信號光及峰值波長為8.2μm的閑頻光，穿過三號ZnGeP₂晶體(7-3)的剩余泵浦光經三號第二腔鏡(11-3)和第二二色鏡(14)透射輸出，峰值波長為2.8μm的信號光經三號第二腔鏡(11-3)透射輸出，峰值波長為8.2μm的閑頻光經三號第二腔鏡(11-3)反射至第二輸出鏡(12)，部分峰值波長為8.2μm的閑頻光經第二輸出鏡(12)透射輸出，剩余峰值波長為8.2μm的閑頻光經第二環形腔振蕩一周后，最后經第二輸出鏡(12)透射輸出，同時新產生的部分峰值波長為8.2μm的閑頻光在第二環形腔內形成持續振蕩；

從第二輸出鏡(12)輸出的閑頻光經全反鏡(13)及第三二色鏡(15)反射至四號ZnGeP₂晶體(7-4)中，從三號第二腔鏡(11-3)輸出的信號光經第二二色鏡(14)反射至第三二色鏡(15)，經第三二色鏡(15)透射至四號ZnGeP₂晶體(7-4)中，入射至四號ZnGeP₂晶體(7-4)的部分信號光對閑頻光進行光學參量放大，同時產生峰值波長為4.2μm的信號光，剩余的信號光以及峰值波長為4.2μm的信號光經第二濾光鏡(16)透射輸出，放大后的閑頻光經第二濾光鏡(16)反射輸出，得到峰值波長為8.2μm的激光；

水平偏振分量的泵浦光經三號偏振片(3-3)透射至二號泵浦光全反鏡(5-2)，經二號泵浦光全反鏡(5-2)反射至四號平凸透鏡(1-4)的凸面，經四號平凸透鏡(1-4)進行光束變換，光束變換后的泵浦光入射至一號第三腔鏡(17-1)，經一號第三腔鏡(17-1)透射至五號ZnGeP₂晶體(7-5)，部分泵浦光進行非線性轉換，得到峰值波長為2.6μm的信號光及峰值波長為9.7μm的閑頻光，穿過五號ZnGeP₂晶體(7-5)的剩余泵浦光經三號第三腔鏡(17-3)透射輸出，峰值波長為9.7μm的閑頻光經三號第三腔鏡(17-3)透射輸出，部分峰值波長為2.6μm的信號光經三號第三腔鏡(17-3)反射至第三輸出鏡(18)透射輸出，剩余峰值波長為2.6μm的信號光經第三環形腔振蕩一周后，最后經第三輸出鏡(18)透射輸出，同時新產生的部分峰值波長為2.6μm的信號光在第三環形腔內形成持續振蕩；

從三號第三腔鏡(17-3)透射輸出的剩余泵浦光經第三濾光鏡(19)反射輸出；從三號第三腔鏡(17-3)透射輸出的閑頻光經第三濾光鏡(19)透射輸出，得到峰值波長為9.7μm的激光；

峰值波長為8.2μm的激光與峰值波長為9.7μm的激光構成長波紅外8μm～10μm波段激光。