[发明专利]一种大能量窄脉宽中红外激光器

说明书

本发明属于激光技术领域，公开了一种大能量窄脉宽中红外激光器，脉冲激光器的脉冲能量为600mJ、脉宽10ns的1.064μm脉冲激光经过高透射镜A反射，进入KTP‑OPO，路径为透过KTP晶体A，经过直角棱镜的两个直角面反射，透过KTP晶体B，经过高透射镜B反射出KTP‑OPO；1.064μm脉冲激光经过KTP‑OPO进行光学频率变换，产生250mJ、脉宽小于10ns的2.1μm激光，1.064μm脉冲激光到2.1μm激光的转换效率大于40％。本发明产生2.1μm激光只需要振荡器，系统结构简单，并且由于ZGP晶体放置于2.1μm谐振腔内部，当ZGP晶体开始出现损坏时，2.1μm激光由于腔损耗增大停止振荡，避免完全损毁ZGP晶体。

发明领域

本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种大能量窄脉宽中红外激光器。

背景发明

纳秒量级脉冲宽度，单脉冲能量大于100mJ，即峰值功率达到兆瓦级的3～5μm中红外激光器，在光谱学、远程探测、医学以及光电对抗等领域有广泛的应用。目前产生大能量窄脉宽中红外激光的方式为大能量窄脉宽2～2.1μm激光泵浦ZGP-OPO和ZGP-OPA。2014年MagnusW.Haakestad等人提出一种输出200mJ窄脉宽中红外激光的方案。由于大能量2.05μm不能通过激光振荡器直接获得，而是通过多级放大产生。如图1所示，500mJ的2.05μm激光需要振荡+多级放大获得，系统复杂。ZGP晶体放置于2.05μm激光振荡器外部，当ZGP晶体开始出现损伤时，2.05μm激光仍会持续作用在ZGP晶体上，造成晶体不可修复的损毁。

目前，产生窄脉宽大能量中红外激光的方式为：Ho掺杂晶体调Q脉冲激光振荡器进行多级放大，产生大能量窄脉宽2.1μm脉冲激光，腔外泵浦ZGP晶体，经过ZGP晶体及其谐振腔进行光参量振荡(ZGP-OPO)产生窄脉宽大能量中红外激光。但是，产生大能量窄脉宽2.1μm脉冲激光需要振荡级+多级放大，系统复杂。并且ZGP晶体出现损伤后，2.1μm激光仍会继续泵浦ZGP，造成ZGP晶体完全损毁。如图1所示为现有发明大能量窄脉宽中红外激光器原理图，2.1μm激光振荡器经过三级放大后，能量为250mJ，腔外泵浦ZGP-OPO产生大于100mJ中红外激光。产生的大于100mJ窄脉宽中红外激光需要大于250mJ的2～2.1μm泵浦源激光，而产生大于250mJ的2～2.1μm泵浦源需要激光振荡器+多级放大，系统复杂，成本高。

发明内容

本发明采用腔内ZGP-OPO，其中大能量2.1μm激光采用1.064μm激光泵浦KTP晶体获得，ZGP-OPO置于2.1μm激光谐振腔内。

本发明提供了一种大能量窄脉宽中红外激光器，包括：

600mJ、10ns、1.064μm脉冲激光器，为KTP-OPO的泵浦源；

1.064μm和3～5μm激光45°高反射并且2.1μm激光45°高透射镜A；

KTP晶体A，切割角度为θ＝51.4°，φ＝0°，为1.064μm激光转换成2.1μm激光的非线性晶体；

KTP晶体B，切割角度为θ＝51.4°，φ＝0°，作用同KTP晶体A，两块KTP晶体串联，KTP晶体A+KTP晶体B，比单块晶体具有更高的转换效率；

直角棱镜，两个直角面作为KTP-OPO的腔镜；

1.064μm和3～5μm激光45°高反射并且2.1μm激光45°高透射镜B；

ZGP晶体，切割角度θ＝54.5°，φ＝0°，为2.1μm激光转换成3～5μm激光的非线性晶体；

2.1μm激光45°高反射并且3～5μm激光45°部分输出镜；

2.1μm激光和3～5μm激光45°高反射镜；