[发明专利]端面泵浦中红外KTA参量振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及一种二极管端面泵浦的高效率高重复频率Nd:YVO₄激光器泵浦的中红外 KTA参量振荡器，属于参量振荡器技术领域。

技术背景

3～5μm是最理想的大气窗口，在环境监测、遥感、医疗诊断和治疗、激光光谱学研 究、材料处理、数据通信、光电测量、激光测距、激光雷达、红外对抗等方面具有广泛 的应用价值和前景。利用全固态激光器泵浦的光学参量振荡器将1～2μm的近红外激光 频率下转换到3～5μm的中红外激光是获得该波段全固态、可调谐、高功率、窄线宽激 光输出最有效，也是目前为止发展最成熟、应用最广的方法。

常用于3～5μm波段的非线性晶体如利用双折射实现相位匹配的晶体LiNbO₃(LN)、 KTP、KTA、ZnGeP₂(ZGP)、AgGaS₂(AGS)等，以及用于准相位匹配技术的周期极 化晶体PPLN等。LN一般只用于低重复频率的脉冲中红外激光源，KTP在3μm以上吸 收系数较大，ZGP、AGS等中红外晶体国内的生长技术尚不成熟，而周期极化晶体受限 于晶体的尺寸大小，一般用于中小峰值功率的中红外激光源中。在某些中红外激光的应 用场合如成像激光雷达等必须使用重复频率大于10kHz的高功率激光源，利用KTA参量 振荡器可以很好的满足这一需求。

国内也有对中红外KTA参量振荡器的研究报道，但只局限于几赫兹到几十赫兹的低 重复频率脉冲运转方式。对于重复频率数千赫兹以上的中红外KTA参量振荡器，国外利 用内腔参量振荡器(IOPO)方案，已经实现了超过4W的3.5μm激光输出，但是由于采 用的半导体侧面泵浦方式，从二极管输出的808nm激光到中红外激光的光-光转换效率不 足1％，而且重复频率只限制在10kHz；也有采用端面泵浦方式的IOPO，光-光转换效率 接近4％，但由于采用的是可饱和吸收体被动调Q，其重复频率随着泵浦功率变化而变化， 不适用于对重复频率有要求的使用场合。本发明技术方案所采用的利用二极管端面泵浦 声光Q开关主动调Q的激光器作为泵浦源的方案在中红外KTA参量振荡器的相关专利 和文献中未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种小型化端面泵浦低阈值高效 率高重复频率的全固态3.5μm中红外激光源，利用高效的端面泵浦Nd:YVO₄激光器泵浦 KTA内腔参量振荡器，阈值泵浦功率约为0.8W，中红外平均输出功率500mW，光-光转 换效率4.4％，单脉冲能量14.5μJ，脉冲峰值功率超过4kW，重复频率1～50kHz可调。

本发明通过下述技术方案加以实现：

一种端面泵浦中红外KTA参量振荡器，包括泵浦源，耦合透镜组，Nd:YVO₄激光器 和设置在Nd:YVO₄激光器内的内腔光学参量振荡器，其中，泵浦源采用输出波长为808nm 的半导体激光器1，其输出经过经耦合透镜组3后端面泵浦激光晶体Nd:YVO₄激光晶体 5；Nd:YVO₄激光器为产生线偏振1064nm激光的平凹腔结构，其腔镜为平凹镜4和输出 镜9，其内依次设置激光晶体Nd:YVO₄、声光Q开关6和内腔光学参量振荡器；平凹镜 4对808nm高透，1064nm高反；输出镜9为平平镜，作为Nd:YVO₄激光器腔镜的同时 也是内腔光学参量振荡器的输出镜，对1064nm、1.5～1.6μm高反，对3～5μm高透；Nd:YVO₄激光晶体5两端镀808nm和1064nm的增透膜；内腔光学参量振荡器的输入镜7对1064nm 高透，1.5～1.6μm高反，腔镜内设置非临界相位匹配切割(相位匹配角θ＝90°，) 的KTA晶体，两端镀对基频光1064nm、信号光1.5～1.6μm以及闲频光3.5μm增透的介 质膜。

作为优选实施方式，本发明的端面泵浦中红外KTA参量振荡器，泵浦源产生的光， 经纤芯直径为400μm，数值孔径为0.22的光纤2耦合输出；耦合透镜组3的倍率为1∶1； 平凹镜4的曲率半径300mm，两面对808nm高透，凹面对1064nm高反；输出镜9的基 底采用CaF₂材料；声光Q开关6，工作频率为27MHz，调制频率为1～50kHz；在输出镜 之后，还设置有1064nm和1.5～1.6μm高反，3～5μm高透的滤波镜10。