[发明专利]一种轻小型长波红外激光产生装置

说明书

本发明一种轻小型长波红外激光产生装置，由一台泵浦激光器、一个集成了两个光参量振荡器的环形谐振腔以及一个长波红外光参量放大器组成。本发明采用一台输出波长为1.06μm的泵浦激光器，通过将两个不同的OPO集成在同一个环形谐振腔中，可同时输出所需的光参量种子光和高功率的泵浦光，再通过长波红外光参量放大器，即可实现高功率长波红外激光输出。该方案大大简化了长波红外激光器的光路结构，提高了系统的可靠性和紧凑性。本发明解决或一定程度上解决了传统的长波红外激光器输出功率低、系统复杂、结构庞大的问题。

技术领域

本发明涉及一种轻小型长波红外激光产生装置，属于光学领域。

背景技术

8～12μm的长波红外光谱是重要的大气窗口，涵盖了许多分子气体、有毒试剂、空气、水和土壤污染物、人类呼吸成分以及多种爆炸性试剂的吸收峰，这些特性使得8～12μm激光器在环境检测、激光红外定向干扰、差分吸收雷达、光学遥感、光谱分析以及光电对抗等领域有着重大的应用价值，已成为国内外广泛研究的热点。

在众多产生长波红外波段光源的技术方案中，采用近红外激光器为泵浦光源，通过光参量效应实现频率下转换是获得8～12μm长波红外激光的主要方案，其技术途径包括有差频(DF)、光参量产生(OPG)、光参量振荡(OPO)和光参量放大器(OPA)。相对于DF和OPG技术，OPO和OPA技术装置简单，能够获得高重复频率、高平均功率输出。近年来，随着红外非线性光学晶体特别是ZGP晶体生长技术的不断发展和完善，使研制高功率的长波红外激光成为了可能。如文献《长波红外固体激光器首次实现10W级平均功率输出》(中国激光,2015(2):333-333)。但是该方案采用了高功率的2μm激光器作为泵浦源，而2μm泵浦源本身研制成本高且体积较大，这必然增加了整个激光系统的体积、重量以及复杂度。在许多应用场合尤其是国防领域，通常对激光器的轻量化和紧凑性有着迫切的要求，亟需为相关的激光器产品“瘦身减重”。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种轻小型长波红外激光产生装置，解决了采用传统光参量下转换技术产生长波红外激光时输出功率(能量)低、系统复杂、不够紧凑的问题。

本发明的技术方案是：一种轻小型长波红外激光产生装置，包括主光路上依次排列的泵浦激光器、半波片、一号耦合系统、复合光参量振荡器、二号耦合系统、长波红外光参量放大器以及平面分光镜；所述的复合光参量振荡器包括耦合输入镜、一号光参量振荡晶体、一号平面镜、二号平面镜、二号光参量振荡晶体和耦合输出镜；

所述的泵浦激光器输出波长为1.06μm的线偏振激光，半波片将泵浦激光器中的一部分调整为与线偏振激光正交的偏振态，两种偏振的泵浦光经一号耦合系统缩束后通过耦合输入镜注入到复合光参量振荡器中，泵浦光中的一部分通过一号光参量振荡晶体在环形谐振腔内发生OPO过程，产生波长为λ1的中红外闲频光并由耦合输出镜输出，作为长波红外OPA所需的种子光；另一部分泵浦光通过二号光参量振荡晶体在环形谐振腔内发生OPO过程，产生波长为λ2的中红外闲频光并由耦合输出镜输出，作为长波红外OPA的泵浦光，所述λ1＞λ2；耦合输出镜输出的两束中红外激光分别作为种子光和泵浦光经二号耦合系统后注入长波红外光参量放大器，通过OPA过程，功率较低的中红外种子光被放大，同时产生长波红外闲频光输出，并被平面分光镜反射后获取，剩余的中红外种子光和泵浦光则被平面分光镜透射掉。

所述的泵浦激光器选用输出波长1.06μm的线偏振的脉冲固体激光器或光纤激光器或主振功率放大系统MOPA。

所述泵浦激光器的调Q方式包括电光调Q和声光调Q；泵浦方式为氙灯泵浦或激光二极管泵浦，或二者组合的泵浦方式；激光增益介质为Nd:YAG或Nd:YVO₄或Nd:YLF或掺镱光纤。

所述的半波片为1.06μm的λ/2波片，用于将线偏振的1.06μm泵浦光转换为具有两个正交偏振状态的部分偏振光，并且偏振正交的这两种成分之间的比例按需求连续可调。