[发明专利]一种基于体光栅构成半内腔式光学参量振荡器的2μm激光器

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其是涉及一种基于体光栅构成半内腔式光学参量振荡器的2μm激光器。

背景技术

2μm激光源在军事上有重要的应用价值，且它是泵浦磷锗锌光学参量振荡器（OPO，Optical Parametric Oscillator）产生中红外激光（3-5μm激光）的理想光源。进一步，在医疗、遥感和材料科学等领域，2μm激光源也都有巨大的潜力。因此，2μm激光源一直是国内外研究的热点。

目前，产生2μm激光的方法主要有三种：1）使用掺Tm或掺Ho的固体激光器产生2μm激光；2）使用掺Tm光纤激光器产生2μm激光；3）使用掺铷的1μm固体激光器，泵浦KTPOPO或PPLN OPO等，将1μm激光转换成2μm激光。对于前两种激光器直接产生2μm激光的技术尚未十分成熟，其设备昂贵，成本较高。而第三种利用1μm固体激光器泵浦OPO产生2μm激光的结构简单，技术成熟，成本较低廉，且能够产生较高的功率输出，因此其应用较为广泛。

光学参量振荡器（OPO）技术是一种能够产生宽带连续可调谐激光的技术，其利用非线性晶体的二阶非线性效应，在非线性晶体内传播的泵浦光与两个参量光发生三波耦合相互作用，从而实现光能量从高频泵浦光转换成两个低频参量光，其非常适合用于产生红外及中、远红外波段的激光。

利用光学参量振荡器产生2μm激光的激光器的结构可以采用外腔式或内腔式。外腔式结构是指光学参量振荡器设置在1μm激光器的外部，内腔式结构是指光学参量振荡器设置在1μm激光器的内部。相对于外腔式，基于内腔式光学参量振荡器的激光器能够充分利用1μm激光器谐振腔内的高功率密度；并且，1μm激光在谐振腔内来回振荡，多次通过光学参量振荡器内的非线性晶体，增加了非线性相互作用的有效长度，从而进一步提高光学参量振荡器从1μm到2μm的转换效率。因此，使用1μm激光器泵浦内腔式光学参量振荡器是目前产生2μm激光的最有效的方法。

另外，光束质量因子是激光光束质量的评估和控制理论基础。其定义为

M2=R×θR0×θ0]]>

其中：R为实际光束的束腰半径，R₀为基模高斯光束的束腰半径，θ为实际光束的远场发散角，θ₀为基模高斯光束的远场发散角。光束质量因子为1时，具有最好的光束质量。

请参阅图1，其是现有技术的一种基于内腔式光学参量振荡器的2μm激光器的结构示意图。该2μm激光器依序包括设置在同一光路上的第一平面镜1、声光Q开关2、激光晶体3、第二平面镜4、非线性晶体5和第三平面镜6。该激光晶体3具体为Nd:YALO激光棒。该激光晶体3产生的激光在第一平面镜1和第三平面镜6之间来回振荡，期间光束不断地被激光晶体3放大，从而产生1μm激光。1μm激光在透过非线性晶体5的期间，当1μm功率足够高的时候，由于非线性效应，有部分能量转换到2μm。2μm激光在第二平面镜4和第三平面镜6之间振荡，且在非线性晶体5中不断放大，2μm激光从第三平面镜6中透射输出。为了获得大功率的2μm激光，其采用了紧凑的设计，即第一平面镜1与第三平面镜6之间的距离为22.5cm。但是，该基于内腔式光学参量振荡器的2μm激光器产生的光束质量并不理想。请参阅图2，其是该基于内腔式光学参量振荡器的2μm激光器的光束质量测量图。由图可看出，其1μm的光束质量为16.15和20.02，2μm的光束质量为8.54和16.2，均与光束质量理想值1相差甚远。事实上，目前内腔式光学参量振荡器产生大功率2μm激光的光束质量与理想情况还有较大差距，仍未能完全满足目前应用的需要。