[发明专利]一种基于微片激光器和光纤放大器的可调谐中红外光源

说明书

技术领域

本发明涉及一种中红外光源，尤其是涉及一种基于微片激光器和光纤放大器的可调谐中红外光源。

背景技术

固体激光器，尤其是全固态激光器因具有结构紧凑、转换效率高、寿命长等优点而被广泛应用于军事、工业加工和科学研究等。通过近红外波段全固态激光器作为泵浦源，通过光参量振荡器是获得3～5μm中红激光光源最有效的手段之一。到目前为止，虽然中红外激光器取得了一定的发展，但是在中红外光源高重复频率、高峰值功率光源获得、泵浦源选取、中红外波段介质薄膜宽带设计、低吸收、高损耗控制等方面还有许多技术问题需要解决，尤其当通过光参量手段获得中红外激光光源时，泵浦源的体积、效率、稳定性、光束质量等还有许多问题亟待解决：1)泵浦源的全固化、小型化、轻量化；2)泵浦源功率水平和光束质量同时保证；3)泵浦源在高重复频率下脉宽较宽，峰值功率较低、单脉冲能量随重复频率变化较大；4)泵浦源体积大、结构复杂，制冷功耗大、需水冷等。([1]Y.Bonetti，andJ.Faist，Quantum cascade lasers entering the mid-infrared.Nature Photonics2009，3：32-34；[2]任国光，黄裕年，用激光红外干扰系统保护军用和民航机，激光与红外2006，36(1)：1-6)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可获得性能优良的中红外激光输出、可解决中红外激光器的高效散热问题、可降低整机体积、提高输出光的光束质量和转换效率的基于微片激光器和光纤放大器的可调谐中红外光源。

本发明设有种子光源、耦合系统、光纤放大器、光参量振荡器的输入镜、用于频率变换的非线性晶体和输出耦合镜；所述种子光源设有半导体激光器、准直光学系统、聚焦光学系统、激光介质和被动调Q晶体，所述耦合系统设于种子光源与光纤放大器之间，所述光纤放大器设有光纤和光纤耦合输出的半导体激光器泵浦源，所述半导体激光器、准直光学系统、聚焦光学系统、激光介质、被动调Q晶体和耦合系统按从左至右顺序依次摆放，所述半导体激光器、准直光学系统、聚焦光学系统、激光介质、被动调Q晶体和耦合系统的中心处于同一光轴上，所述半导体激光器、准直光学系统、聚焦光学系统、激光介质、被动调Q晶体和耦合系统之间的间距可调；所述光参量振荡器的输入镜、用于频率变换的非线性晶体和输出耦合镜按从左往右顺序依次摆放，所述光参量振荡器的输入镜、用于频率变换的非线性晶体和输出耦合镜的中心处于同一光轴上，所述光参量振荡器的输入镜、用于频率变换的非线性晶体和输出耦合镜之间的间距可调。

所述种子光源的波长可为1.0～1.1μm，所述种子光源的谐振腔由激光介质和被动调Q晶体构成，激光介质的左端面镀制808nm泵浦光增透膜和1000～1100nm范围内基频光的高反射膜，激光介质的右端面镀制基频光增透膜，同时也是该基频光的输出镜，被动调Q晶体的左端面镀基频光增透膜，被动调Q晶体的右端面镀基频光的部分反射膜；

所述光纤耦合输出的半导体激光器泵浦源可为一组通过半导体制冷器进行温度控制的波长在975nm附近的带光纤耦合输出的半导体激光器泵浦源，功能是为光纤放大器提供泵浦光，为了便于散热，将光纤放大器所需的总泵浦能量分配到波长在975nm附近的若干光纤耦合输出的半导体激光器中，所述光纤耦合输出的半导体激光器可设至少3个。

所述半导体激光器、准直光学系统、聚焦光学系统、激光介质、被动调Q晶体和耦合系统之间的间距可调的范围可为0.5～100mm。

所述耦合系统中可设有一个单向器，以保证光的单向传播，防止放大器的反射光回馈到种子光源中，引起系统的不稳定。

所述光纤耦合输出的半导体激光器泵浦源设在整个系统所安放的实验平台上，该平台为整个系统提供支撑作用，由于所述光纤耦合输出的半导体激光器泵浦源是一组通过半导体制冷器进行温度控制的波长在975nm附近的带光纤耦合输出的半导体激光器泵浦源，光纤具有一定的长度和弯曲能力，可以在与其他元件不重叠和交叉的情况下，在光纤放大器的左右两侧灵活安放，安放以结构紧凑、整齐排列为原则，相互位置关系和距离可不作限制。

所述光纤可为掺yb3+的双包层光纤或光子晶体光纤；从耦合系统出射的光的光轴和光纤的通光轴在同一条水平线上，光纤的通光轴与光参量振荡器的输入镜左端面的法线相互平行，耦合系统和光参量振荡器的输入镜与光纤之间存在空气间隙，间隙大小可以在0.5～100mm之间调节，所述光纤耦合输出的半导体激光器泵浦源分布在光纤的左右两侧，所述光纤耦合输出的半导体激光器泵浦源与光纤之间通过光纤熔接进行连接。