一种基于磷酸氧钛钾晶体的900nm波段激光产生系统及方法

本发明属于激光，尤其涉及一种基于磷酸氧钛钾晶体的900nm波段激光产生系统及方法。

背景技术：

1、当前，900nm波段激光在光电制导、大气探测、深海通信等领域有着广泛而重要的应用，相较于1064nm波段，900nm波段在激光硅探测器上的光谱响应率更优，且位于原子、离子等的跃迁吸收线，且可用于可倍频产生蓝光激光，在相关领域有着重要应用。为此，我们迫切需要一种高转换效率、宽调谐范围、高的调谐分辨率的900nm波段的激光输出方案。

2、目前900nm波段的固体激光器主要有钛宝石激光器和nd3+掺杂固体激光器。钛宝石激光器能够实现可调谐输出。2017年，张连平[1]等采用532nm激光泵浦钛宝石晶体，实现了852-934nm波段可调谐激光输出。nd3+掺杂固体激光器也可以输出900nm波段激光。2020年，闫仁鹏等人利用激光二极管泵浦nd:gdtao4实现4f3/2到4i9/2和4f3/2到4i13/2的跃迁从而成功输出了928nm激光。

3、在900nm波段，较为常用的商用激光器为半导体激光器，其可实现高转换效率、低成本、小型化等优势。但相比固体激光器，其调谐范围较小、光束质量不高且难以输出大能量的脉冲激光。方案一钛宝石激光器调谐范围较宽，输出能量较大(平均输出功率2w以上)，但其光学系统较为复杂，难以实现小型化和轻量化，且调谐速度慢、维护复杂。方案二钕离子跃迁存在三能级跃迁(900nm)和四能级跃迁(1060nm)的竞争问题，输出1.06μm激光的效率更高。且波长无法实现调谐输出。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种基于磷酸氧钛钾晶体的900nm波段激光产生系统及方法。

2、本发明第一方面公开了一种基于磷酸氧钛钾晶体的900nm波段激光产生系统，所述系统包括：532nm激光器、基于ii类相位匹配磷酸氧钛钾晶体的光学参量振荡器ktp opo和透镜组；

3、532nm激光器输出的532nm激光泵浦ktp opo得到一组满足ii类相位匹配条件的信号光和闲频光，之后通过倾斜放置的透镜组实现透射信号光，并反射闲频光和532nm泵浦光；

4、通过旋转磷酸氧钛钾晶体实现在898nm-911nm波段内调谐输出。

5、可选地，ktp opo由腔镜m1，腔镜m2、一块磷酸氧钛钾晶体以及晶体调整镜架构成；

6、腔镜m1和腔镜m2透射532nm泵浦光和信号光，并反射闲频光，磷酸氧钛钾晶体放置于两个腔镜中心，并透射532nm泵浦光、信号光以及闲频光。

7、可选地，磷酸氧钛钾晶体的ii类相位匹配切割角为(67°至68.5°，0°)。

8、可选地，透镜组包括第一透镜和第二透镜；

9、第一透镜反射532nm泵浦光并透射信号光，第二透镜反射闲频光并透射信号光。

10、可选地，所述系统还包括光束调整组件，位于532nm激光器和ktp opo之间，用于压缩532nm激光束的半径。

11、可选地，532nm激光器包括yag激光器、倍频晶体以及分光镜；

12、yag激光器输出1.06μm脉冲激光，1.06μm脉冲激光通过倍频晶体后产生532nm激光，再经分光镜对1.06μm脉冲激光和532nm激光分束后，532nm激光分束泵浦ktp opo。

13、可选地，倍频晶体为lbo晶体、ktp晶体或者bbo晶体中的一种。

14、本发明第二方面公开了一种基于磷酸氧钛钾晶体的900nm波段激光产生方法，所述方法采用上述实施例中的任一项所述的一种基于磷酸氧钛钾晶体的900nm波段激光产生系统实现，所述方法包括：

15、532nm激光器输出的532nm激光泵浦ktp opo得到一组满足ii类相位匹配条件的信号光和闲频光；

16、通过倾斜放置的透镜组实现透射信号光，并反射闲频光和532nm泵浦光；

17、通过旋转磷酸氧钛钾晶体实现在898nm-911nm波段内调谐输出。

18、可选地，ktp opo由腔镜m1，腔镜m2、一块磷酸氧钛钾晶体以及晶体调整镜架构成；

19、腔镜m1和腔镜m2透射532nm泵浦光和信号光，并反射闲频光，磷酸氧钛钾晶体放置于两个腔镜中心，并透射532nm泵浦光、信号光以及闲频光。

20、可选地，磷酸氧钛钾晶体的ii类相位匹配切割角为(67°至68.5°，0°)。

21、综上，本发明提出的方案具备如下技术效果：光参量振荡技术(opticalparametric oscillator，简称opo)可将成熟的1064nm激光转换为紫外、可见光、近红外、中远红外波段激光，并具有全固态设计、小型化、高效率、高光束质量、宽可调谐输出波长等优点。光参量振荡技术将泵浦光进行频率下转换，得到一组频率不一的信号光和闲频光，通过对光参量振荡技术的研究发现，该技术要求泵浦波长小于信号光和闲频光，因此要得到900nm波段的激光，本申请考虑使用532nm作为泵浦光。ktiopo4(简称ktp)晶体是一种综合性能优良的非线性倍频晶体材料，具有大的透光波段(0.35-3.5μm)、高的激光损伤阈值(500mw/cm2)和大的非线性光学系数(deff＝7.34pm/v)。本申请提出利用532nm激光泵浦ktp晶体产生900nm波段激光，其调谐分辨率优于1nm。

技术特征：

1.一种基于磷酸氧钛钾晶体的900nm波段激光产生系统，其特征在于，所述系统包括：532nm激光器、基于ii类相位匹配磷酸氧钛钾晶体的光学参量振荡器ktp opo和透镜组；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，ktp opo由腔镜m1，腔镜m2、一块磷酸氧钛钾晶体以及晶体调整镜架构成；

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，磷酸氧钛钾晶体的ii类相位匹配切割角为(67°至68.5°，0°)。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，透镜组包括第一透镜和第二透镜；

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括光束调整组件，位于532nm激光器和ktp opo之间，用于压缩532nm激光束的半径。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，532nm激光器包括yag激光器、倍频晶体以及分光镜；

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，倍频晶体为lbo晶体、ktp晶体或者bbo晶体中的一种。

8.一种基于磷酸氧钛钾晶体的900nm波段激光产生方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-7中的任一项所述的一种基于磷酸氧钛钾晶体的900nm波段激光产生系统实现，所述方法包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，ktp opo由腔镜m1，腔镜m2、一块磷酸氧钛钾晶体以及晶体调整镜架构成；

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，磷酸氧钛钾晶体的ii类相位匹配切割角为(67°至68.5°，0°)。

技术总结本发明提出一种基于磷酸氧钛钾晶体的900nm波段激光产生系统及方法，本发明涉及激光技术领域，该系统包括532nm激光器、基于II类相位匹配磷酸氧钛钾晶体的光学参量振荡器KTP OPO和透镜组。532nm激光器输出的532nm激光泵浦KTP OPO得到一组满足II类相位匹配条件的信号光和闲频光，之后通过倾斜放置的透镜组实现透射信号光，并反射闲频光和532nm泵浦光。通过旋转磷酸氧钛钾晶体实现在898nm‑911nm波段内调谐输出。输出的激光具有全固化、小型化、宽调谐、高调谐分辨率、高光束质量等优势，简化了多波段激光器的结构，为实现该波段较宽范围内调谐提供了激光器的设计方案，在提高激光器效能与精确性上具有重要意义。技术研发人员：孔辉,王柯君,卞进田,叶庆,谢运涛,李晓霞,徐海萍,李欣受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20