[发明专利]腔内倍频中远红外激光器

说明书

在本公开中提供一种腔内倍频中远红外激光器，包括：光栅，其设置在激光器的一端，作为激光器的全反端；CO₂激光气体放电管，受激发射激光；激光耦合输出镜，由倍频晶体制成，设置于激光器的另一端；以及限模光阑，设置于所述光栅和激光耦合输出镜一起构成激光谐振腔内，用于优化基频光的横模分布，以缓解现有技术中激光器系统结构复杂，易造成光路失谐、光路偏差等导致的中红外激光输出能量/功率下降等技术问题。

技术领域

本公开涉及激光器领域，尤其涉及一种腔内倍频中远红外激光器。

背景技术

波长为3～5μm的中红外激光在大气中具有良好的传输特性，在激光遥感、环境监测和光电对抗等方面得到广泛应用。中红外激光有多种产生方式，总体上可以分为能级跃迁方式和非线性方式两种。其中非线性方式是采用基频激光源，通过非线性频率变换产生中红外激光，包括近红外光学参量振荡器(Optical Parametric Oscillator，OPO)和长波红外CO₂激光器倍频两种方式，以长波红外CO₂激光器为例，其包括闪耀光栅、CO₂激光气体放电管，长波CO₂激光耦合输出镜、限模光阑、聚焦透镜和非线性晶体。长波红外CO₂激光器输出波长为9.2μm～10.7μm的长波红外激光，分别通过限模光阑和聚焦透镜获取较好泵浦激光模式和足够泵浦功率密度，以此作为基频光源去泵浦非线性晶体，从而获得中波红外激光输出。而上述激光器系统结构复杂，易造成光路失谐，其中泵浦源长波红外CO₂激光器、限模光阑、聚焦透镜与非线性晶体处于分立状态，这对于光路准直提出了较高的要求，在实际应用中容易出现由于泵浦光源入射非线性晶体端面的光路偏差而导致的中红外激光输出能量/功率下降；泵浦源功率密度高，易造成非线性晶体损伤；目前CO₂激光器倍频的双折射晶体有硒镓银(AgGaSe2)、磷锗锌(ZnGeP2)和硒化镓(GaSe)等，但这些双折射晶体一方面由于生长制备等问题，很难实现大面积切割，另一方面由于匹配角度等问题，不适宜作为激光窗口使用，由于通常所采用的非线性晶体的端面尺寸有限和产生非线性效应的泵浦阈值较高，所以泵浦激光在入射非线性晶体前，通常要通过透镜对光斑尺寸进行聚焦。要想获得高能量/功率的激光输出，需要通过进一步提高泵浦激光能量/功率，这势必会导致超过晶体的损伤阈值；同时由于晶体并非处于激光放电管外，容易受灰尘污染，这就进一步加大了非线性晶体损伤的风险。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供一种腔内倍频中远红外激光器，以缓解现有技术中激光器系统结构复杂，易造成光路失谐、光路偏差等导致的中红外激光输出能量/功率下降等技术问题。

(二)技术方案

在本公开的实施例中，提供一种腔内倍频中远红外激光器，包括：

光栅，其设置在激光器的一端，作为激光器的全反端；

CO₂激光气体放电管，受激发射激光；

激光耦合输出镜，由倍频晶体制成，设置于激光器的另一端；以及

限模光阑，设置于所述光栅和激光耦合输出镜一起构成激光谐振腔内，用于优化基频光的横模分布。

在本公开的实施例中，所述倍频晶体的有效非线性光学系数大于90pm/V。

在本公开的实施例中，所述倍频晶体对基波的线性吸收系数≤0.01cm^-1。

在本公开的实施例中，所述倍频晶体对谐波的线性吸收系数≤0.02cm^-1。

在本公开的实施例中，所述倍频晶体对基波和谐波的激光体损伤阈值为50～110MW/cm²。