[发明专利]一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器

说明书

本公开公开了一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器，所述激光器包括水平光路上从左至右依次放置的813nm半导体泵浦源、传能光纤、变焦耦合镜组、第一45度分束镜、中红外参量光输出镜、中红外参量光全反镜、Nd:MgO:PPLN晶体、声光Q开关、第二45度分束镜、电光晶体和1093nm基频光全反镜，1084nm基频光全反镜放置于第二45度分束镜的反射光路上。本发明基于Nd:MgO:PPLN晶体具备出现双波长基频光现象的特点，利用电光晶体的电光效应与变焦耦合镜组两种器件的配合实现了单波长与双波长中红外激光的输出，利用声光晶体和电光晶体的特性实现中红外双波长的时域可编程调控输出。

技术领域

本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控激光器。

背景技术

3～5μm中红外波段激光覆盖了大气最为重要的透射窗口，这一波段作为激光技术研究的一个重要分支在光谱探测、环境监测、医疗诊断以及光电对抗等军民领域都有着巨大的应用前景。基于准相位匹配(QPM)技术，以周期极化型晶体作为变频介质的光学参量振荡器是获得中红外光谱区可调谐激光的主要技术手段。近年来，随着光学差频THz、差分吸收雷达不断发展，双波长中红外光参量振荡器逐渐发展起来，基于KTP晶体级联串接、以及多周期极化的APLN晶体等频率变换的光参量振荡器已成为获取双波长中红外激光最广为采用的技术手段，但由于这些晶体只具备单一变频功能，还需要通过稀土离子掺杂的增益晶体提供基频泵浦光。与之相比，将稀土离子掺入非线性变频介质形成具有自光参量振荡的多功能集成型晶体受到越来越广泛的关注，尤其以Nd离子结合氧化镁掺杂的Nd:MgO:PPLN晶体为代表，兼顾了晶体功能集成化的结构优势和准相位匹配变频优势，是未来中红外双波长激光器小型化发展非常重要的方向。

对于通过Nd:MgO:PPLN自光参量振荡输出中红外激光而言，基频光增益与中红外激光频率变换共用Nd:MgO:PPLN同一晶体，晶体产生的基频光直接在腔内形成对自身的泵浦，对于这种内腔式OPO泵浦构架，当增益晶体泵浦源高功率泵浦时，基频光光束质量和光参量振荡过程聚焦参数匹配度如何保障是获得高效率中红外激光关键所在。目前关于Nd:MgO:PPLN自光参量振荡的报道中，泵浦功率均较低，高泵浦功率下所面临的问题并未涉及，因此所采用的腔型结构对提高基频光光束质量和保障聚焦参数匹配并未有针对性设计，参见文献“L.Barraco et al.,Self-optical parametric oscillation in periodicallypoled neodymium-doped lithium niobate,Opt.Lett.2002,27,1540”，显然这种腔型结构无法保障高功率泵浦下自光参量振荡的高效率运转。而在与之运转体制类似的传统内腔中红外PPLN-OPO报道中，为应对高功率泵浦带来的严重热效应致使基频光光束质量恶化，通常采用低量子亏损直接泵浦，降低热效应影响，改善振荡基频光斑模式，同时在谐振腔内插入聚焦透镜，结合复合腔结构设计，既保障基频光聚焦光斑与束腰处参量光光斑满足匹配关系，又起到对较长基频光谐振腔的“镇定作用”，参见文献“Q.Sheng et al.,Continuous-wave mid-infrared intra-cavity single resonant PPLN-OPO under 880nm in-bandpumping,Opt.Express 2012,20,8041”。但需要指出的是，通常直接泵浦波长并不处于增益晶体吸收主峰，相对于完全泵浦功率，基频光转换效率偏低，另外对于腔内插入透镜控制光斑匹配的方法，除致使损耗增大、整机集成度降低外，由于PPLN-OPO中增益晶体与变频晶体是各自独立的，因此该方法也不适用Nd:MgO:PPLN这种单晶体自光参量振荡结构。

发明内容

本发明提供了一种基于Nd:MgO:PPLN晶体的中红外双波长时域可编程调控的技术，通过调节谐振腔中的器件和一块晶体可以实现单波长中红外激光的输出以及双波长中红外激光同时输出，突破了传统中红外光参量振荡器无法通过编程调控双波长时域的技术局限，也解决了目前中红外双波长激光器体积较大、结构复杂的问题。