一种中红外序列脉冲激光器的制作方法

1.本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种中红外序列脉冲激光器。


背景技术：

2.中红外波段作为衰减最小的大气窗口，在成像、遥感、通信、医疗、光谱学等诸多领域都有着极其重要的应用价值及前景。
3.现有技术中，由西南技术物理研究所的谢宇宙等人在《激光技术》2014年5月第三期发表的“中红外ppmgln光参变振荡器技术研究”公开了一种基于掺氧化镁铌酸锂晶体的光参量振荡器产3.8um连续中红外激光的新技术，具体原理和结构如图1所示。其中，原理图中基频光的谐振腔为平平腔，光参量振荡器(opo)为直腔。
4.该光参量振荡器包括泵浦光的输入镜101、声光调q晶体102、nd:yag晶体103、旋光片104、nd:yag晶体105、声光调q晶体106、偏振片107、基频光的输出镜108、聚焦镜109和光参量振荡(opo)的输入镜110、mgo:ppln晶体111和opo的输出镜112。其中，泵浦光从侧面对nd:yag晶体103和105进行泵浦，在谐振腔101
→
102
→
103
→
104
→
105
→
106
→
107
→
108中形成线偏振的1064nm基频光激光振荡，并经过聚焦镜109入射到中红外模块，器件110
→
111
→
112构成的opo谐振腔在1064nm基频光的作用下进行光参量振荡，输出信号光和闲频光。其中信号光为近红外波段，闲频光为中红外波段。
5.上述现有技术存在以下不足：其一，输出激光为脉冲激光，脉冲激光的重频受声光调q晶体特性和泵浦能量的限制，多为几十khz量级。其二，输出脉冲激光的单脉冲能量随重频的增加而逐渐减小，这是由单脉冲激光自身特性决定的。其三，采用腔外光参量振荡的方式，泵浦能量功率密度较低，而非线性转换效率取决泵浦能量密度，因此无法获得较高的光光转换效率(文中提及的效率为11.14％)。
6.因此，需要一种新型的序列脉冲激光器是一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

7.鉴于此，本发明实施例提供了一种中红外序列脉冲激光器，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
8.本发明的技术方案如下：
9.所述激光器包括泵浦激光模块、激光调q模块和中红外激光模块；其中，所述泵浦激光模块用于产生激励所述中红外激光模块的连续泵浦光；所述激光调q模块用于对所述泵浦激光模块的腔内损耗调节以形成序列脉冲激光；所述中红外激光模块用于吸收所述序列脉冲激光并产生中红外激光。
10.在一些实施例中，所述泵浦激光模块包括沿光路依次布置的侧面泵浦激光、第一激光晶体、起偏器、半波片、输入镜和第一反射镜；其中，所述侧面泵浦激光用于输出激光以给所述第一激光晶体提供泵浦能量；所述第一激光晶体用于吸收所述侧面泵浦激光的能量并输出近红外激光；所述起偏器用于对腔内偏振特性进行控制，以保证输出激光为偏振激
光；所述半波片用于对偏振方向进行控制，以产生腔内最大损耗；所述输入镜用于作为所述泵浦激光模块的谐振腔的反射镜，以保证激光的增益效果；所述第一反射镜用于作为所述泵浦激光模块的谐振腔的输出镜，以保证激光的谐振增益。
11.在一些实施例中，所述第一激光晶体为掺钕为特定浓度的掺钕钇铝石榴石晶体；所述侧面泵浦激光用于输出808nm激光，所述掺钕钇铝石榴石晶体用于输出1064nm近红外激光。
12.在一些实施例中，所述激光调q模块包括信号发生器、调q驱动和调q晶体；所述信号发生器与所述调q驱动连接，所述调q驱动与所述调q晶体连接；其中，所述信号发生器用于产生序列脉冲信号；所述调q驱动用于将所述信号发生器产生的序列脉冲信号转换为高压电信号以实现对所述调q晶体的驱动及控制；所述调q晶体在光路中位于所述第一激光晶体和所述输入镜之间，所述调q晶体用于同时在腔内产生可控的特定损耗，以保证谐振腔的完全关断，从而使得所述泵浦激光模块产生序列脉冲激光。
13.在一些实施例中，所述中红外激光模块包括依次沿光路布置的第二反射镜、第二激光晶体、温控炉、所述泵浦激光模块的第一反射镜和输出镜，所述第二反射镜布置在所述半波片后面的光路中；其中，所述第二反射镜用于透射穿过所述半波片的基频激光，并反射所述中红外激光模块的中红外激光；所述第二激光晶体用于吸收作为泵浦光能量的所述序列脉冲激光，并通过光参量振荡的作用输出所述中红外激光；所述温控炉用于对所述第二激光晶体进行温度控制，以保证其输出波长的稳定性；所述第一反射镜也用于作为所述中红外激光的输入镜，对所述中红外激光进行反射，以保证所述中红外激光的增益效果；所述输出镜用于作为所述中红外激光的输出镜，对所述中红外激光进行特定透射，以保证所述中红外激光的谐振增益。
14.在一些实施例中，所述激光器的中红外激光模块布置于所述泵浦激光模块的腔内，以腔内泵浦的形式进行光参量振荡，获得中红外激光。
15.在一些实施例中，所述第二激光晶体为ppln晶体；所述泵浦激光模块经过所述激光调q模块作用后的输出激光为序列脉冲激光，以序列脉冲泵浦光对所述ppln晶体进行泵浦，所获得的中红外激光为序列脉冲激光。
16.在一些实施例中，所述输入镜为镀膜泵浦光和基频光高反的平面镜；所述调q晶体为电光调q晶体；所述侧面泵浦激光为808nm泵浦模块；所述起偏器为偏振选择器件；所述半波片为对基频光延迟1/2λ的平面镜；所述第二反射镜为镀膜基频光高透、信号光和闲频光45
°
高反的平面镜；所述ppln晶体为刻蚀有极化周期的ppln晶体；所述温控炉为对ppln晶体进行温度控制的器件；所述第一反射镜为基频光、信号光和闲频光高反的凹面镜；所述调q驱动为产生高压电的驱动器；所述信号发生器为产生序列脉冲信号的信号发生器；所述输出镜为镀膜信号光或闲频光特定透过率的凹面镜。
17.在一些实施例中，所述信号发生器也用于控制调节所述激光器输出的中红外序列脉冲激光的群脉冲、子脉冲的重频和时序。
18.在一些实施例中，所述激光器输出的中红外序列脉冲激光的波长为3.8um。
19.相比于常用的光参量振荡的方式，本发明中的激光器以序列脉冲激光作为泵浦源对中红外激光模块进行泵浦，获得的中红外脉冲激光具有单个脉冲串包含若干子脉冲的特点，其重复频率由脉冲串中子脉冲的时间间隔决定，因此可大大提升激光重频。
20.本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
21.本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
23.图1为现有技术中的一种光参量振荡器的结构原理示意图。
24.图2为本发明一实施例中的中红外序列脉冲激光器的结构示意图。
25.图3为本发明一实施例中的激光器的信号发生器产生序列脉冲波形图。
26.图4为本发明一实施例中的激光器的腔内损耗与泵浦时序分布图。
27.图5为本发明一实施例中的激光器的序列脉冲激光输出时序图。
28.附图标记：
29.1、输入镜；2、调q晶体；3、侧面泵浦激光；4、第一激光晶体；5、起偏器；6、半波片；7、第二反射镜；8、第二激光晶体；9、温控炉；10、第一反射镜；11、调q驱动；12、信号发生器；13、输出镜
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
31.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
32.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
33.在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。
34.在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
35.本发明提供了一种中红外序列脉冲激光器，以解决或缓解现有技术中的激光器激光重频低的问题。
36.在一些实施例中，该中红外序列脉冲激光器(以下可简称为激光器)包括泵浦激光模块、激光调q模块和中红外激光模块。其中，所述泵浦激光模块用于产生激励所述中红外
激光模块的连续泵浦光；所述激光调q模块用于对所述泵浦激光模块的腔内损耗调节以形成序列脉冲激光；所述中红外激光模块用于吸收所述序列脉冲激光并产生中红外激光，产生的中红外激光为序列脉冲激光。
37.在上述实施例中，相比于常用的光参量振荡的方式，本发明中的激光器以序列脉冲激光作为泵浦源对中红外激光模块进行泵浦，获得的中红外脉冲激光具有单个脉冲串包含若干子脉冲的特点，其重复频率由脉冲串中子脉冲的时间间隔决定，因此可提升激光重频达100khz以上。
38.如图2所示，在一些实施例中，所述泵浦激光模块包括沿光路依次布置的侧面泵浦激光3、第一激光晶体4、起偏器5、半波片6、输入镜1和第一反射镜10。
39.其中，所述侧面泵浦激光3用于输出激光以给所述第一激光晶体4提供泵浦能量；所述第一激光晶体4用于吸收所述侧面泵浦激光3的能量并输出近红外激光；所述起偏器5用于对腔内偏振特性进行控制，以保证输出激光为偏振激光；所述半波片6用于对偏振方向进行控制，以产生腔内最大损耗；所述输入镜1用于作为所述泵浦激光模块的谐振腔的反射镜，以保证激光的增益效果；所述第一反射镜10用于作为所述泵浦激光模块的谐振腔的输出镜，以保证激光的谐振增益。
40.在一些实施例中，所述第一激光晶体4为掺钕为特定浓度的掺钕钇铝石榴石晶体；其掺钕浓度可根据实际情况设定。所述侧面泵浦激光3用于输出808nm激光，所述掺钕钇铝石榴石晶体用于输出1064nm近红外激光。
41.在一些实施例中，第一激光晶体4也可以采用单端面泵浦或者双端面泵浦的激光晶体，则侧面泵浦激光3采用提供泵浦的能量的方向需要产生对应的变化。例如，第一激光晶体4为单端面泵浦的激光晶体时，采用半导体激光器或者其它泵浦源从单端面泵浦的第一激光晶体4为其提供泵浦的能量。这里，侧面泵浦激光3也可以为其它形式的泵浦源，如闪光灯、发光二极管等。
42.如图2所示，在一些实施例中，所述激光调q模块包括信号发生器12、调q驱动11和调q晶体2。所述信号发生器12与所述调q驱动11连接，所述调q驱动11与所述调q晶体2连接。
43.其中，所述信号发生器12用于产生序列脉冲信号；所述调q驱动11用于将所述信号发生器12产生的序列脉冲信号转换为高压电信号以实现对所述调q晶体2的驱动及控制；所述调q晶体2在光路中位于所述第一激光晶体4和所述输入镜1之间，所述调q晶体2用于同时在腔内产生可控的特定损耗，以保证谐振腔的完全关断，从而使得所述泵浦激光模块产生序列脉冲激光。
44.图3为本发明一实施例中的激光器的信号发生器12产生序列脉冲波形图。图4为本发明一实施例中的激光器的腔内损耗与泵浦时序分布图。图5为本发明一实施例中的激光器的序列脉冲激光输出时序图。在上述实施例中，所述信号发生器12也用于控制调节所述激光器输出的中红外序列脉冲激光的群脉冲、子脉冲的重频和时序。该激光器可通过信号发生器12对脉冲串中子脉冲时序、数量的调整，保证在不同重频下的子脉冲均具有较高能量。
45.如图2所示，在一些实施例中，所述中红外激光模块包括依次沿光路布置的第二反射镜7、第二激光晶体8、温控炉9、所述泵浦激光模块的第一反射镜10和输出镜13，所述第二反射镜7布置在所述半波片6后面的光路中。其中，所述第二反射镜7用于透射穿过所述半波
片6的基频激光，并反射所述中红外激光模块的中红外激光；所述第二激光晶体8用于吸收作为泵浦光能量的所述序列脉冲激光，并通过光参量振荡的作用输出所述中红外激光；所述温控炉9用于对所述第二激光晶体8进行温度控制，以保证其输出波长的稳定性；所述第一反射镜10也用于作为所述中红外激光的输入镜，对所述中红外激光进行反射，以保证所述中红外激光的增益效果；所述输出镜13用于作为所述中红外激光的输出镜，对所述中红外激光进行特定透射，以保证所述中红外激光的谐振增益。
46.在上述实施例中，所述激光器的中红外激光模块布置于所述泵浦激光模块的腔内，以腔内泵浦的形式进行光参量振荡，获得中红外激光。具体地，中红外激光模块位于半波片6和第一反射镜10之前的光路中。在此需要说明的是，第一反射镜10既属于泵浦激光模块的器件，以作为激光器谐振腔的输出镜使用；第一反射镜10又属于中红外激光模块的器件，以作为中红外激光的输入镜使用，以对中红外激光进行反射，保证中红外激光的增益效果。
47.在该实施例中，本发明的激光器采用腔内泵浦opo的方法，可提升泵浦光的功率密度，继而提高光光转换效率。
48.在一些实施例中，所述第二激光晶体8为ppln晶体；所述泵浦激光模块经过所述激光调q模块作用后的输出激光为序列脉冲激光，以序列脉冲泵浦光对所述ppln晶体进行泵浦，所获得的中红外激光为序列脉冲激光。
49.在一些实施例中，所述输入镜1为镀膜泵浦光和基频光高反的平面镜，例如镀膜1064nm和808nm高反；所述调q晶体2为电光调q晶体2，例如rtp(rbtiopo4)晶体，其两端面镀膜1064nm高透；所述侧面泵浦激光3为808nm泵浦模块；所述起偏器5为偏振选择器件；所示半波片6为对1064nm波长延迟1/2λ的平面镜；所示第二反射镜7为镀膜1064nm高透、1.4-1.6um&3.6-4.2um 45
°
高反的平面镜；所述第二激光晶体8为刻蚀有极化周期29um的掺杂0.5％mgo的ppln晶体；所述温控炉9为控温范围25-200℃、控温精度为1℃；所述第一反射镜10为1064nm、1.4-1.6&3.6-4.2um高反、曲率半径为500mm的凹面镜；所述调q驱动11为产生高压电的驱动器，所述信号发生器12为产生序列脉冲信号的信号发生器12；所述输出镜13为镀膜1.4-1.6um透过率10％、3.6-4.2um高透、曲率半径为500mm的凹面镜。
50.在一些实施例中，整个中红外序列脉冲激光器达到稳定状态后，波长3.8um的中红外序列脉冲激光进行输出。
51.本发明实施例的中红外序列脉冲激光器的工作原理为：泵浦光由侧面泵浦激光3发出，对第一激光晶体4进行泵浦，使得λ1谱线在第一激光晶体4中跃迁并在谐振腔(1
→4→
10)中形成激光振荡，并在起偏器5和半波片6的作用下形成偏振方向可调的连续激光。同时，信号发生器12产生序列脉冲信号，通过调q驱动11(电光驱动)转换为高压信号，并经过电光调q晶体2形成腔内特定损耗，最终将连续激光转换为序列脉冲激光。序列脉冲激光进入ppln晶体，并在第二反射镜7、第一反射镜10和输出镜13中形成光参量振荡，在温控炉9的温度匹配下，输出特定波长的中红外激光。
52.本发明产生的长中红外序列脉冲激光器由于具备高重频、高峰值功率且多波长时序输出的特点，可有效提升中红外激光器在以上领域的应用潜力和应用价值。
53.本发明中的长中红外序列脉冲激光器以序列脉冲激光对ppln晶体进行腔内泵浦，产生由多个子脉冲激光组成的高效率中红外序列脉冲激光，该序列脉冲可通过对子脉冲时
序、数量的调节，获得高重频、高能量输出的中红外序列脉冲激光，从而具有广阔的应用市场和前景。
54.本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
55.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。