[发明专利]中红外激光器

说明书

技术领域

本发明涉及中红外激光技术领域，具体设计了一种中红外激光器。

背景技术

80年代末，透明范围宽、损伤阈值高、有合适匹配角的双折射非线性晶体β相偏硼酸钡晶体(β-BaB₂O₄，以下简称为BBO)，磷酸钛氧钾(Potassium Titanyl Phosphate，以下简称为KTP)及稳定可靠的钇铝石榴石晶体(简称Nd:YAG)激光泵浦源的出现，使得从可见到近红外波段的光学参量振荡器(Optical Parametric Oscillator，以下简称OPO)技术发展较快，逐渐趋向于实用化。从90年代中期开始，非线性系数大、透明范围扩展到中红外至远红外的优质非线性晶体硫镓银(Silver Gallium Sulfide，以下简称AgGaS₂)和磷锗锌(Zinc germanium phosphide，以下简称ZnGeP₂)生长工艺的改进(减小晶体在泵浦波长的吸收，提高损伤阈值)，促进了中红外双折射相位匹配OPO的发展；以掺氧化镁周期极化铌酸锂晶体(MgO doped periodically poled lithium niobate，以下简称MgO:PPLN)为代表的准相位匹配OPO，在低峰值功率、高重复频率、连续波相干输出方面发展迅速。

在中红外激光方面，ZnGeP₂因其高的非线性系数、良好的机械性能和热导率，一直受到研究者的关注。但是由于ZnGeP₂晶体对波长小于2μm的激光有较强的吸收，导致在其作为非线性晶体OPO时只能采用波长大于2μm的激光器作为泵浦源。目前大家比较认可的是钬(Ho)离子，其发射波长为2～2.1μm。然而没有商用半导体激光器可以直接泵浦Ho离子，只能通过半导体激光器泵浦铥(Tm)离子，再由Tm敏化或通过能量转移的方式泵浦Ho离子，导致增加了整个系统的复杂性，同时降低了总的效率。另外ZnGeP₂ OPO只能通过双折射相位匹配方式实现，限制了晶体长度，最长不超过20mm，从而也限制了其发展。

MgO:PPLN因其周期极化结构能通过准相位匹配方式实现OPO，而被广泛应用在中红外激光技术方面。目前应用较多的是采用1μm激光器作为泵浦源，通过合理选用晶体的极化周期，实现准相位匹配OPO。虽然此种方式的OPO产生的空闲光波长在3μm附近，但其伴随产生的信号光波长却在1.5μm左右，这样信号光就不是最终想得到的中红外激光，从根本上限制了转换效率。目前从1μm激光转换为3μm的中红外激光的最高效率为17％。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种中红外激光器，该激光器是利用1.9μm Tm激光器直接泵浦MgO:PPLN的激光器，具有结构简单，效率高的特点，易于推广使用。

本发明的技术解决方案如下：

一种中红外激光器，包括半导体激光器，沿该半导体激光器的激光输出方向依次是光束整形及耦合系统、输入腔镜、激光晶体、声光调Q开关、输出腔镜、滤波片、隔离器、半波片、聚焦透镜、OPO入射腔镜、非线性晶体和OPO输出腔镜，其特征在于：

所述的激光晶体为Tm:YLF晶体，所述的输入腔镜为平面镜且两面镀有对790nm光高透，对1907nm光高反的介质膜，所述的输出腔镜为凹面镜，其凹面镀有对1907nm部分反射的介质膜，在所述的输入腔镜和所述的输出腔镜之间设有厚标准具和薄标准具，所述的光束整形及耦合系统将半导体激光器输出的激光光束聚焦在所述的Tm:YLF晶体内部，所述的非线性晶体是掺MgO的PPLN，该MgO的PPLN的中心位于所述的聚焦透镜的焦点上。

所述的Tm:YLF晶体中的Tm离子的掺杂浓度的原子数比为2～3.5％，其两端都镀有对1907nm的高透介质膜；所述的Tm:YLF晶体在工作时通过铜块传导冷却的方式控制温度为16℃，所述的声光Q开关两端面镀有对1907nm的高透介质膜，且在1907nm波长的衍射损耗为不低于55％。

所述的厚标准具为不镀膜且厚度为1mm的石英平片，所述的薄标准具为不镀膜且厚度为0.1mm的石英平片。所述的厚标准具(106)和薄标准具(107)具有旋转机构，通过旋转厚标准具和薄标准具在激光腔内的角度可以得到中心波长为1907.5nm，光谱宽度小于1nm的激光输出。

所述的隔离器对1907nm激光的隔离度不小于20dB，所述的滤波片对1907nm激光高透，对790nm激光高反。