[發明專利]一種基于Mamyshev振蕩器差頻的緊湊型可調諧紅外激光器

在審

• 申請號: 202010546163.5
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111711058A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 王楓秋;孟亞飛;黎遙;徐永兵;施毅;張榮
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;H01S3/102
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

一種基于Mamyshev振蕩器差頻的緊湊型可調諧紅外激光器，包括：高功率Mamyshev振蕩器和差頻產生模塊；高功率輸出Mamyshev振蕩器并設有兩個輸出端口，所述Mamyshev振蕩器包括起振光模塊、第一濾波分光模塊和第二濾波分光模塊；所述高功率輸出Mamyshev振蕩器的兩路輸出口；差頻產生模塊設有兩路輸入端口，分別為所述高功率輸出Mamyshev振蕩器的兩路輸出端口，通過第二合束器合為一束，第二合束器后依次緊接準直器、半波片、聚焦透鏡、紅外非線性晶體、聚焦透鏡和濾波片，形成所述差頻產生模塊。發明提供的方法簡單、可靠，是一種構建可調諧紅外光源的理想方案。

技術領域：

本發明涉及振蕩器差頻紅外激光系統，尤其是一種基于Mamyshev振蕩器差頻的緊湊型可調諧紅外激光器，該裝置能夠實現高能量、大范圍波長調諧紅外激光輸出。

背景技術：

近年來，靈敏、快速的多氣體分析光譜系統得到快速發展，主要得益于其在醫療診斷、環境和物理科學、工業以及國土安全方面的大量應用。但是，由于缺少商用的紅外脈沖激光源，尤其是對應于很多化學分子吸收峰的分子“指紋”光譜區域(6-20μm)的高峰值功率激光源，一定程度上制約了氣體分析光譜系統的發展。目前，非線性光學頻率變換技術仍然是獲得高峰值功率中紅外激光源的主流技術方案，包括光參量振蕩器(OPOs)和差頻產生(DFG)等。光參量振蕩器作為一種寬調諧相干光源，克服了固體和氣體激光器輸出波長的局限性，可以在一個很寬的范圍內實現調諧，是產生從紫外到遠紅外波段可調諧激光的重要技術手段之一。然而，光參量振蕩器在應用上的缺點也很明顯，比如諧振腔設計所帶來的結構復雜性、相對有限的振蕩光譜范圍以及嚴苛的相位匹配條件。這導致光參量振蕩器的使用和維護成本較高。相反，非線性光學差頻產生由于不涉及復雜的諧振腔設計，是獲取寬光譜范圍、低成本、便攜式的可調諧中紅外激光源的最常用技術手段。

差頻過程屬于典型的非線性光學現象，可以描述為光在介質中引起的極化響應過程和介質的輻射過程，伴隨著一個高頻率光子的湮滅，同時產生兩個低頻率的光子。在實際應用中，高頻的泵浦光ω_pump(ω_pump-ω_signal＝ω_idler)、低頻的信號光ω_signal作為輸入光，共同作用到非線性晶體上，產生新的更低頻率的閑頻光ω_idler，使其獲得相應的增益，從而實現拓展光譜的目的。

CN110571635A公開了一種Mamyshev型超短脈沖激光振蕩器及起振方法，其中，第一泵浦激光器和第二泵浦激光器通電后，第一回路的起振輔助電路產生初始超短脈沖，初始超短脈沖通過第一光纖分束器進入第二回路，脈沖在第二回路起振后，脈沖在第二回路運行，解決了Mamyshev振蕩器無法自啟動的問題，實現了Mamyshev振蕩器的自啟動。

對于基于差頻產生方法的紅外激光源，為了實現覆蓋分子“指紋”區域的光譜范圍，需要泵浦光和信號光的光子能量接近且具有足夠的調諧能力。目前，提供泵浦光和信號光的常用技術方案是：單一波長高能量激光源作為泵浦光，超連續譜光源配合可調濾波器作為信號光。該技術方案在整體結構上仍然相對復雜，無法提供便攜式的應用需求。

發明內容：

為解決以上的技術問題，本發明目的上，提出一種基于Mamyshev振蕩器差頻的緊湊型可調諧紅外激光器。該光源能夠實現波長可調諧紅外激光輸出，且結構簡單，調諧方便，具有極高的性價比，必將助力多分子分析光譜系統的發展。

本發明的技術解決方案如下：一種基于Mamyshev振蕩器差頻的緊湊型可調諧紅外激光器，包括：高功率Mamyshev振蕩器和差頻產生模塊。高功率輸出Mamyshev振蕩器并設有兩個輸出端口，所述Mamyshev振蕩器包括起振光模塊、第一濾波分光模塊和第二濾波分光模塊；