[发明专利]一种基于铌酸镓镧晶体的中红外波段差频激光器

说明书

本发明公开了一种基于铌酸镓镧晶体的中红外波段差频激光器，包括：泵浦源、非线性光调节系统和铌酸镓镧晶体；泵浦源产生单一激光束；激光束部分经过非线性光调节系统产生倍频，获得近红外光参量振荡激光；近红外光参量振荡激光与激光束的剩余部分共线、且同步入射至铌酸镓镧晶体，并产生差频，获得3‑6μm的中红外波段差频激光。本发明以一台成熟的近红外激光器作为泵浦源，且可实现3‑6μm的可调谐激光光源，具有成本低、结构紧凑、适合批量化生产等优势。

技术领域

本发明涉及激光材料和激光技术技术领域，更具体的说是涉及一种基于铌酸镓镧晶体(La₃Ga_5.5Nb_0.5O₁₄，LGN)的中红外波段差频激光器。

背景技术

中红外激光波段的研究一直是激光领域的研究热点之一，其覆盖大气的窗口波段，受气体分子吸收和悬浮物散射的影响小，在通讯量、遥感、环保和军事上具有很高的应用价值；同时覆盖了众多分子基团的吸收光谱范围，例如CO、SO₂、NO₂、苯、H₂O以及CH₄等，是环保领域用于痕量气体监测和分子光谱应用必不可少的波段，在有害气体检测、环境保护、红外光谱等领域有重要需求。能产生中红外波段的激光器主要有倍频的CO₂气体激光器、化学氟化氘激光器、半导体量子级联激光器、二极管泵浦的固体激光器、固体激光器泵浦的光参量振荡器、光参量放大器、差频产生等非线性光学器件。利用两种波长的激光的差频过程获得中红外激光是一种重要的激光技术，但通常需要至少两个泵浦源，从而产生这两种波长，限制了高集成、高稳定性差频激光的获得和批量化。

近年来，铌酸镓镧非线性光学晶体得以报道，该类晶体具有激光损伤阈值高、可用成熟近红外激光泵浦等优势，是综合性能优秀的中红外非线性光学晶体，也为以一种产业化成熟的激光器作为泵浦源获得差频的可调谐中红外激光提供了可能性。

如何以一个成熟的泵浦源，结合铌酸镓镧非线性光学晶体，以获得宽波段可调谐的中红外差频激光，成为本领域亟需解决的技术问题。

其中：

差频产生(Different Frequency Generation,DFG)过程：是指将频率较高的泵浦光ω_p和频率较低的信号光ω_s入射到非线性晶体中，由于光与非线性晶体的二阶非线性效应，产生频率ω_i＝ω_p-ω_s的差频光。

铌酸镓镧晶体：分子式为La₃Ga_5.5Nb_0.5O₁₄，简称LGN，是单轴晶，属于三方晶系32点群，P321空间群，其晶胞常数为a＝0.8232nm，c＝0.5128nm。由于LGN具有较高的压电系数，其在压电性能方面的应用是为人们所熟知的，但是，LGN晶体材料无反演对称心，具有二阶非线性光学特性和适中的非线性光学系数(d₁₁＝2.9pm/V@0.659μm)，同时LGN晶体的透过范围宽(0.28-7.4μm)，有合适的双折射，高的抗光损伤阈值(1.41GW/cm²@1064nm)，化学稳定性好，不潮解。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于铌酸镓镧晶体的中红外波段差频激光器，以一台成熟的近红外激光器作为泵浦源，且可实现3-6μm的可调谐激光光源，具有成本低、结构紧凑、适合批量化生产等优势。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于铌酸镓镧晶体的中红外波段差频激光器，包括：泵浦源、非线性光调节系统和铌酸镓镧晶体；所述泵浦源产生单一激光束；所述激光束部分经过所述非线性光调节系统产生倍频，获得近红外光参量振荡激光；所述近红外光参量振荡激光与激光束的剩余部分共线、且同步入射至所述铌酸镓镧晶体，并产生差频，获得3-6μm的中红外波段差频激光。