[发明专利]一种基于Mamyshev振荡器差频的紧凑型可调谐红外激光器

说明书

一种基于Mamyshev振荡器差频的紧凑型可调谐红外激光器，包括：高功率Mamyshev振荡器和差频产生模块；高功率输出Mamyshev振荡器并设有两个输出端口，所述Mamyshev振荡器包括起振光模块、第一滤波分光模块和第二滤波分光模块；所述高功率输出Mamyshev振荡器的两路输出口；差频产生模块设有两路输入端口，分别为所述高功率输出Mamyshev振荡器的两路输出端口，通过第二合束器合为一束，第二合束器后依次紧接准直器、半波片、聚焦透镜、红外非线性晶体、聚焦透镜和滤波片，形成所述差频产生模块。发明提供的方法简单、可靠，是一种构建可调谐红外光源的理想方案。

技术领域：

本发明涉及振荡器差频红外激光系统，尤其是一种基于Mamyshev振荡器差频的紧凑型可调谐红外激光器，该装置能够实现高能量、大范围波长调谐红外激光输出。

背景技术：

近年来，灵敏、快速的多气体分析光谱系统得到快速发展，主要得益于其在医疗诊断、环境和物理科学、工业以及国土安全方面的大量应用。但是，由于缺少商用的红外脉冲激光源，尤其是对应于很多化学分子吸收峰的分子“指纹”光谱区域(6-20μm)的高峰值功率激光源，一定程度上制约了气体分析光谱系统的发展。目前，非线性光学频率变换技术仍然是获得高峰值功率中红外激光源的主流技术方案，包括光参量振荡器(OPOs)和差频产生(DFG)等。光参量振荡器作为一种宽调谐相干光源，克服了固体和气体激光器输出波长的局限性，可以在一个很宽的范围内实现调谐，是产生从紫外到远红外波段可调谐激光的重要技术手段之一。然而，光参量振荡器在应用上的缺点也很明显，比如谐振腔设计所带来的结构复杂性、相对有限的振荡光谱范围以及严苛的相位匹配条件。这导致光参量振荡器的使用和维护成本较高。相反，非线性光学差频产生由于不涉及复杂的谐振腔设计，是获取宽光谱范围、低成本、便携式的可调谐中红外激光源的最常用技术手段。

差频过程属于典型的非线性光学现象，可以描述为光在介质中引起的极化响应过程和介质的辐射过程，伴随着一个高频率光子的湮灭，同时产生两个低频率的光子。在实际应用中，高频的泵浦光ω_pump(ω_pump-ω_signal＝ω_idler)、低频的信号光ω_signal作为输入光，共同作用到非线性晶体上，产生新的更低频率的闲频光ω_idler，使其获得相应的增益，从而实现拓展光谱的目的。

CN110571635A公开了一种Mamyshev型超短脉冲激光振荡器及起振方法，其中，第一泵浦激光器和第二泵浦激光器通电后，第一回路的起振辅助电路产生初始超短脉冲，初始超短脉冲通过第一光纤分束器进入第二回路，脉冲在第二回路起振后，脉冲在第二回路运行，解决了Mamyshev振荡器无法自启动的问题，实现了Mamyshev振荡器的自启动。

对于基于差频产生方法的红外激光源，为了实现覆盖分子“指纹”区域的光谱范围，需要泵浦光和信号光的光子能量接近且具有足够的调谐能力。目前，提供泵浦光和信号光的常用技术方案是：单一波长高能量激光源作为泵浦光，超连续谱光源配合可调滤波器作为信号光。该技术方案在整体结构上仍然相对复杂，无法提供便携式的应用需求。

发明内容：

为解决以上的技术问题，本发明目的上，提出一种基于Mamyshev振荡器差频的紧凑型可调谐红外激光器。该光源能够实现波长可调谐红外激光输出，且结构简单，调谐方便，具有极高的性价比，必将助力多分子分析光谱系统的发展。

本发明的技术解决方案如下：一种基于Mamyshev振荡器差频的紧凑型可调谐红外激光器，包括：高功率Mamyshev振荡器和差频产生模块。高功率输出Mamyshev振荡器并设有两个输出端口，所述Mamyshev振荡器包括起振光模块、第一滤波分光模块和第二滤波分光模块；