[发明专利]基于多通道光学超晶格的多波长可调谐激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光和非线性光学频率变换技术领域，具体涉及一种基于多通道光学超晶格的多波长可调谐激光器。

背景技术

3～5μm波段激光是大气传播的一个窗口，对大雾、烟尘等具有较强的穿透力，在海平面上传输受到气体分子吸收和悬浮物散射小。而且研究表明，许多重要碳氢气体及其它有毒气体分子（如CH₄，C₂H₄，CO，NH₃，NO_x，SO_x等）在该波段存在强烈的基带吸收，其吸收强度比在近红外波段高2～3个数量级。此基带吸收可反应气体的本征谱学性质，具有指纹特征。并且许多雷达在该波段也具有很强的吸收特性，此波段在光电对抗等军事领域也具有重要应用。由于中红外激光在大气遥感探测、分子和固态光谱、临床诊断、光电对抗等具有非常重要的应用，近年来得到了广泛关注，其中双波长或多波长同时输出的可调谐中红外激光器成为研究热点。

中红外波段相干光源可以通过Ho³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Dy³⁺等稀土离子发射直接产生。但对于适合于上述激活离子的氧化物和氟化物玻璃或晶体基体，由于其声子能量较高，掺杂的稀土离子在中红外区域的能级结构复杂，无辐射跃迁几率较大，导致发光效率很低，而且通过激光工作物质直接产生的波段目前被限制在3μm以下。对1.5～5μm波段其它激光器，虽然中红外铅盐激光器和半导体量子级联激光器已经有产品，但是这些激光器的输出功率较低，调谐范围较窄，光束质量较差，有的还需在低温下工作，在远距离遥感探测和光电对抗等领域限制了其应用。从技术上来说，一种可行的解决办法是利用非线性晶体的光参量振荡（OPO），将技术上十分成熟的1μm波段固体激光转换成覆盖1.5～5μm波段光源，从而实现中红外固体相干辐射出。

目前，利用ZnGeP和AsGaS等非线性材料的光参量振荡是可以获得3-5μm固体中红外大功率激光。但是这些晶体生长困难，外国对我们实行禁运，目前国内还难以得到高质量的晶体，更重要的是由于2μm存在着很强的吸收，不能使用以下常用的近红外激光泵浦。光学超晶格材料（如周期极化铌酸锂（PPLN）、钽酸锂（PPLT）晶体）具有非线性系数大、调谐范围宽、波长调谐方式多样化和结构紧凑等优点，将其应用到中红外光参量振荡技术中，可实现宽调谐、窄线宽、高功率的中红外激光输出，是中红外大功率激光器件的最佳选择。1997年美国Aculight公司首次推出脉冲超晶格OPO产品，德国ELS公司于2004年报道了连续单频中红外OPO(2～5μm)(Spectro Star),在2.954μm最大功率3W。近期，英国Conversion公司推出了波长可调的中红外激光器SSOPO系列，波长覆盖1400-4150nm。国内对中红外OPO研究起步较晚，仅限于实验室水平，没有产品。中科院物理所于2004年用超晶格OPO在3.14μm输出466mW，浙江大学于2007年利用超晶格OPO实现了信号光和闲频光总输出4.8W，南京大学利用超晶格OPO实现了信号光和闲频光总输出超过4.2W,闲频光可调谐范围超过200nm。中国工程物理研究院于2008年利用超晶格OPO实现了11.2W的中红外输出。基于PPLT或PPLN的光参量振荡器大多都采用温度调谐的方式对其输出波长进行调节，对于一个固定的周期（通道），其温度调谐的范围有限。因此要获得更宽的调谐范围需要在一块晶体中极化形成不同的周期，通过调节不同的周期来扩大波长调谐的范围。然而，截至目前，尚未有超晶格晶体材料多通道同时OPO输出多波长中红外激光的报道。另外，在基于PPLT或PPLN晶体的OPO需采用偏振光进行泵浦，而当使用一些非偏振的光纤激光器或YAG等固体激光器时就会有一半的能量得不到利用，造成很大程度的浪费。

发明内容

本发明针对上述背景技术的不足，提供了一种充分利用泵浦光能量的基于多通道光学超晶格的多波长可调谐激光器。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：