[發明專利]一種寬波段可調諧窄線寬單頻脈沖激光器

在審

• 申請號: 202110351530.0
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113131314A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 楊昌盛;徐善輝;古權;關先朝;趙齊來;馮洲明;楊中民
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00;H01S3/11;H01S3/10;H01S3/102
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 黎揚鵬

本發明公開了一種寬波段可調諧窄線寬單頻脈沖激光器，包括：第一可調諧單頻脈沖激光種子源，連接至波分復用器的第一輸入端；第二可調諧單頻脈沖激光種子源，連接至波分復用器的第二輸入端；波分復用器，用于將接收到的兩束單頻脈沖激光耦合輸入光纖準直透鏡的輸入光纖；光纖準直透鏡，將兩束激光聚焦后輸入差頻晶體中；差頻晶體，安裝在溫控爐上，通過調整溫控爐的溫度以及差頻晶體的入射角度，使兩束激光滿足實現差頻效應的條件，產生遠紅外單頻脈沖激光，并通過二色鏡輸出。本發明將兩束泵浦激光耦合入同一根光纖輸出，具有光斑小能量密度高、光束質量好的特點，結構簡單和抗環境干擾能力好，可廣泛應用于遠紅外激光器技術領域。

技術領域

本發明涉及遠紅外激光器技術領域，尤其涉及一種寬波段可調諧窄線寬單頻脈沖激光器。

背景技術

遠紅外激光光源在紅外制導、紅外預警、紅外對抗等軍事領域，以及環境監測、工業生產過程檢測、紅外激光診斷和紅外光譜學等民用領域有著重要的應用價值。此外，作為大氣窗口，遠紅外光源對大氣成分的研究也很有意義。單頻光纖激光器由于具有高信噪比、低噪聲、窄線寬、良好光束質量和全光纖化結構等優勢，在激光研究領域引起了廣泛的關注。但是目前，全光纖化單頻激光器的工作波長最長可達2.8μm，是通過基于摻鉺氟化物光纖的分布反饋式結構實現。空間結構單頻激光器的工作波長最長可達2.9μm，是基于摻鈥氟化物光纖和空間耦合方式實現。嚴格來說，基于稀土離子摻雜增益光纖實現單頻激光器的輸出波長局限于3μm。

要獲得遠紅外波段(3～15μm)激光輸出，目前最常見的方法是基于近紅外激光光源的非線性頻率轉換方式來實現激光頻率紅移，主要包括差頻效應、拉曼頻移等過程。其中拉曼頻移屬于三階非線性效應，其所需的激光閾值較高。在非對稱反演的非線性晶體材料中，只要滿足差頻的相位匹配，可以發生差頻效應，其中兩個泵浦光束會生成另一個光束，生成光束的頻率是泵浦光束頻率之差。一般差頻效應的激光閾值功率相比于拉曼效應的較低，生成的激光波長取決于兩束泵浦激光的波長，通過對兩束泵浦激光波長的選擇可以控制差頻激光波長。

在現有技術中，泵浦光和信號光采用波長分段組合方案，能夠實現差頻產生3～5μm中紅外激光輸出，但這種方案需要多個不同波長激光器作為泵浦源，裝置結構復雜，且未能實現中紅外單頻激光輸出。或者，利用外腔二極管激光器和鈦藍寶石激光器實現差頻產生5～12.5μm可調諧中紅外激光輸出；采用空間耦合兩束連續泵浦激光，由于泵浦光功率較低(僅380mW)，導致差頻產生激光功率較低(nW級別)，且未能實現遠紅外單頻激光輸出。或者，采用1064nm單頻脈沖泵浦源，通過光學參量振蕩實現3～4.5μm中紅外單頻激光輸出，但是該方案采用空間耦合方式，光斑尺寸較大(600μm)，裝置結構復雜，且未能實現遠紅外激光輸出。

發明內容

為至少一定程度上解決現有技術中存在的技術問題之一，本發明的目的在于提供一種寬波段可調諧窄線寬單頻脈沖激光器。

本發明所采用的技術方案是：

一種寬波段可調諧窄線寬單頻脈沖激光器，包括：

第一可調諧單頻脈沖激光種子源，作為泵浦源和信號源，通過第一光放大器放大后連接至波分復用器的第一輸入端；

第二可調諧單頻脈沖激光種子源，作為泵浦源和信號源，通過第二光放大器放大后連接至波分復用器的第二輸入端；

波分復用器，用于將接收到的兩束單頻脈沖激光耦合輸入光纖準直透鏡的輸入光纖；

光纖準直透鏡，將兩束激光聚焦后輸入差頻晶體中；

差頻晶體，安裝在溫控爐上，通過調整溫控爐的溫度以及差頻晶體的入射角度，使兩束激光滿足實現差頻效應的條件，產生遠紅外單頻脈沖激光，并通過二色鏡輸出。

進一步，所述第一可調諧單頻脈沖激光種子源為1.6μm可調諧單頻脈沖激光種子源，所述第二可調諧單頻脈沖激光種子源為1.9μm可調諧單頻脈沖激光種子源。