全固態高功率中長波激光光學參量放大器的制造方法
【專利摘要】本發明提出的一種全固態高功率中長波激光光學參量放大器，旨在提供一種輸出功率大、可靠性高、易操作的光學參量放大器。本發明通過下述技術方案予以實現：在恒溫容器(7)底部兩端的一個直角處設有激光輸入窗口(5)，底部另一端直角處設有激光光學參量放大器輸出窗口(8)，寬帶3～12um半導體量子級聯激光器1作為光學參量放大器OPA的種子源激光，波長2um的激光源作為泵浦激光源(4)，種子源激光和泵浦源激光經激光輸入窗口注入到板條晶體(6)中，在所述板條晶體(6)內往返多次進行光學參量放大，在光學參量放大器輸出窗口獲得的全固態幾十余瓦、百瓦甚至千瓦級的中長波3～12um一體化激光。
【專利說明】
全固態高功率中長波激光光學參量放大器
技術領域
[0001]本發明涉及一種非線性光學和量子光學領域中的光學參量放大器(0ΡΑ——Optical Parameter Amplifier)ο
【背景技術】
[0002]近年來，在非線性光學和量子光學領域中，光學參量放大系統的研究一直吸引著人們的關注。研究光學參量放大系統的量子特性和物理應用是非線性光學和量子光學的重要內容。激光器走向實際應用的最大障礙就是效率低，尤其是3?5um和8?12um的中長波激光，其輸出激光功率極其有限。另外，3?5um和8?12um的波長范圍是大氣傳輸的重要窗口，該波長范圍的激光在大氣中的傳輸損耗很小，同時該波長范圍也是中長波紅外焦平面探測器的波長響應范圍。目前，利用全固態2um或Ium的激光源作為栗浦源，獲得的3?5um中波激光的最高輸出功率和8?12um長波激光的最高輸出功率分別為三十余瓦和十余瓦，要達到百瓦、千瓦輸出功率有相當大的難度。當前的半導體量子級聯中長波3?12um激光器得到飛速發展，通過調節半導體量子阱層厚度可以很容易得到3?12um寬帶的激光器輸出，目前可以達到常溫應用，其輸出激光的光學質量也較高，但受激發射截面小、熱導率低，輸出功率較小，這限制了它的應用，要達到幾十瓦、百瓦甚至千瓦級，目前狀態下還不可能，另一方面，單純靠光學參量振蕩(Optical Parameter Oscillator----ΟΡΟ)方式，由2um波長的激光栗浦ZnGeP2、CdSe或GaAs晶體，要么只能獲得3?5um中波激光輸出，要么只能獲得8um長波激光輸出，不能同時獲得3?12um中長波激光的一體化輸出，要同時獲得中長波3?5um和Sum的激光同時輸出，只能采用兩個激光0P0諧振腔，相當于兩個0P0激光器，這樣帶來體積重量的龐大，且使用不方便，在長波范圍只能是輸出一個點波長即Sum的長波激光，不能得到5?7um和7?12um連續可調諧激光輸出，獲得中波3?5um以及長波8um激光效率也較低，9?12um的激光效率更低，尤其是要獲得高功率下同時又獲得高光學質量、高效率中長波3?12um激光器，困難極大。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是針對上述現有技術存在的不足之處，提供一種體積小、輸出功率大、效率高、可靠性高、易操作的全固態高功率3?12um中長波激光光學參量放大器。
[0004]本發明的上述目的可以通過以下措施來達到，一種全固態高功率中長波激光光學參量放大器，包括:設置在金屬恒溫容器7中的激光光學參量工作介質ZnGeP2、CdSe或GaAs板條晶體6、寬帶3?12um半導體量子級聯激光器種子源1、激光耦合器2、光學準直系統3和波長2um的栗浦激光源4，其特征在于:在恒溫容器7底部兩端的兩個直角處分別設有能透過種子源激光和栗浦激光的激光輸入窗口 5，以及另一端直角處的激光光學參量放大器輸出窗口8，中長波放大激光通過激光親合輸出器9親合輸出，寬帶3?12um半導體量子級聯激光器種子源I作為激光光學參量放大器OPA的種子源激光和波長2um的栗浦激光源4，通過激光耦合器2和光學準直系統3，經一端直角處的激光輸入窗口 5注入到ZnGeP2、CdSe或GaAs板條晶體6中，在所述板條晶體6內往返多次進行光學參量放大，在激光光學參量放大器輸出窗口 8獲得的全固態幾十余瓦、百瓦甚至千瓦級的中長波3?12um—體化激光，并通過準直系統激光親合輸出器9親合輸出。
[0005]本發明相比于現有技術具有如下有益效果。
[0006]體積小。本發明將光學參量放大器OPA工作介質ZnGeP2XdSe或GaAs板條晶體6處于一個金屬恒溫容器7內，結構緊湊，體積小。
[0007]輸出功率大、效率高。本發明采用高光學質量的寬帶中長波3?12um半導體量子級聯激光器作為寬帶種子源I和波長2um的栗浦激光源4，把兩者結合起來通過激光耦合器2和光學準直系統3，經輸入窗口 5注入到磷鍺鋅晶體ZnGeP2、砸化鎘CdSe或砷化鎵GaAs板條晶體6激光參量介質中，其中，磷鍺鋅ZnGeP2晶體晶體透光范圍0.7-12.Ομπι，較大的非線性系數(d35 = 75pm/V)，高的損傷閾值能量密度1 J/cnT 2，較高的熱導率(0.18W/ (m.K)，能穩定、可靠的在工程環境下長期穩定運行;砸化鎘CdSe半導體納米晶體吸收光譜寬泛，發射光譜窄而對稱，熒光強度高而穩定。種子源激光和栗浦激光在該板條晶體6內往返多次進行光學參量放大，激光束在板條晶體內全內反射，效率高。利用晶體內往返多次放大輸出的功率能夠很快突破百瓦級，甚至千瓦，從而可以在激光光學參量放大器輸出窗口，獲得全固態幾十余瓦、百瓦甚至千瓦級高功率高光學質量的中長波3?12um—體化激光，一體化激光功率大、光斑小，解決了現有技術只能采用兩個激光OPO諧振腔體積龐大重量大的問題和單純靠光學參量振蕩-OPO方式，不能同時獲得3?12um中長波激光的一體化輸出的問題。
[0008]通過很方便的調諧中長波種子源激光6的波長范圍3?12um和光學準直系統9耦合輸出，光束質量好、使用方便，能適用于多種機載或車載激光、光電多波長一體化裝備。
【附圖說明】
[0009]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0010]圖1是本發明的全固態高功率中長波激光光學參量放大器光路結構示意圖。
[0011]圖2是本發明的光學參量放大器OPA放大部分截面示意圖。
[0012]圖中:I寬帶中長波3?12um半導體量子級聯激光器種子源，2激光耦合器，3光學準直系統，4栗浦激光源，5激光輸入窗口，6板條晶體，7恒溫容器，8激光光學參量放大輸出窗口，9激光親合輸出器，1散熱器、11散熱風機，12熱電致冷器。
【具體實施方式】
[0013]參閱圖1。在以下描述的實施例中，全固態高功率中長波激光光學參量放大器，包括:設置在金屬恒溫容器7中的激光光學參量工作介質磷鍺鋅ZnGeP2晶體、砸化鎘CdSe半導體納米晶體或砷化鎵GaAs板條晶體6、寬帶3?12um半導體量子級聯激光器種子源1、激光耦合器2、光學準直系統3和波長2um的栗浦激光源4。在恒溫容器7底部兩端的兩個直角處分別設有能透過種子源激光和栗浦激光的激光輸入窗口5，以及另一端直角處輸出中長波放大激光的激光親合輸出器9和激光光學參量放大器輸出窗口 8，栗浦激光源4通過激光親合器2和第一光學準直系統3，經一端直角處的激光輸入窗口 5注入到工作介質磷鍺鋅ZnGeP2Jg化鎘CdSe或砷化鎵GaAs板條晶體6中，寬帶中長波3?12um半導體量子級聯激光器I作為光學參量放大器OPA的種子源激光和波長2um的栗浦激光源4，在所述板條晶體6內往返多次進行光學參量放大，板條晶體6的波長2um固體栗浦激光或光纖激光栗浦源4通過激光耦合器2與種子源激光I合束后經光學準直系統3和激光輸入窗口5，注入到板條晶體6內，進行多次往返OPA過程。需要根據種子源I的激光波長、激光耦合器2的參數、栗種子源激光I和浦激光4的入射角度參數、板條晶體6折射率、板條內激光光程等參數，詳細設計板條晶體6的長寬高度尺寸，使得這種全固態中長波OPA激光能夠在板條晶體6內實現多次高效率的往返放大的中長波激光輸出。
[0014]板條晶體的上下表面涂有保護層;側面鍍有增透膜，在其種子源激光和栗浦激光往返放大的ZnGeP2XdSe或GaAs板條晶體6兩個反射側面上分別鍍有寬帶2?12um的高損傷閾值激光全反膜層和厚2.5μπι的Si02層，以保證全內反射，并在其種子源激光和栗浦激光注入的耦合面上鍍寬帶2?12um的激光增透膜，在中長波的光學參量放大器OPA激光輸出面上鍍3?12um的激光增透膜。種子源激光與栗浦源激光通過光學準直系統3注入激光輸入窗口
5。激光輸入窗口 5是種子源激光與栗浦源激光注入的窗口。
[0015]在圖2中，光學參量放大器OPA關鍵元件光學參量放大器OPA工作介質ZnGeP2、CdSe或GaAs板條晶體6處于一個金屬恒溫容器7內。恒溫容器7由熱電致冷器12TEC(thermo-electric cooler)控制溫度，熱電致冷器12TEC緊貼于恒溫容器7上下兩端的矩形平面。在兩個熱電致冷器12TEC的外部矩形平面分別固定有緊貼的散熱器10，兩個散熱器10的外部分別設有進行強迫風冷散熱的散熱風機11;在金屬恒溫容器7底部兩端的兩個直角處分別有能透過種子源激光和波長2um栗浦激光的激光輸入窗口 5，以及輸出中長波OPA放大激光的輸出窗口 8，恒溫容器7、熱電致冷器12TEC、散熱器10之間由In薄過度接觸并涂抹導熱脂，這樣使得接觸散熱良好，或者恒溫容器7、熱電致冷器12TEC、散熱器1之間均采用In焊接的方式固定連接，兩個散熱器10的外部分別有兩個散熱風機11對散熱器進行強迫風冷散熱。
【主權項】
1.一種全固態高功率中長波激光光學參量放大器，包括:設置在金屬恒溫容器(7)中的激光光學參量工作介質ZnGeP2XdSe或GaAs板條晶體(6)、寬帶3?12um半導體量子級聯激光器種子源(1)、激光耦合器(2)、光學準直系統(3)和波長2um的栗浦激光源(4)，其特征在于:在恒溫容器(7)底部兩端的兩個直角處分別設有能透過種子源激光和栗浦激光的激光輸入窗口(5)，和激光光學參量放大器輸出窗口(8)，中長波放大激光通過激光親合輸出器(9)輸出，寬帶3?12um半導體量子級聯激光器(I)作為激光光學參量放大器OPA的種子源激光和波長2um的栗浦激光(4)，通過激光耦合器(2)和光學準直系統(3)，經一端直角處的激光輸入窗口(5)注入到ZnGeP2XdSe或GaAs板條晶體(6)中，在所述板條晶體(6)內往返多次進行光學參量放大，在激光光學參量放大器輸出窗口(8)獲得的全固態幾十余瓦、百瓦甚至千瓦級的中長波3?12um—體化激光，并通過準直系統激光耦合輸出器(9)耦合輸出。2.根據權利要求1所述的全固態高功率中長波激光光學參量放大器，其特征在于:板條晶體(6)兩個反射側面上分別鍍有寬帶2?12um的高損傷閾值激光全反膜層以及厚2.5μπι的Si02層，以保證全內反射。3.根據權利要求1所述的全固態高功率中長波激光光學參量放大器，其特征在于:在種子源激光和栗浦激光注入的耦合面上鍍有寬帶2?12um的激光增透膜。4.根據權利要求1所述的全固態高功率中長波激光光學參量放大器，其特征在于:在中長波的光學參量放大器OPA激光輸出面上鍍3?12um的激光增透膜。5.根據權利要求1所述的全固態高功率中長波激光光學參量放大器，其特征在于:激光輸入窗口(5)是種子源激光與栗浦源激光注入的窗口。6.根據權利要求1所述的全固態高功率中長波激光光學參量放大器，其特征在于:恒溫容器(7)由熱電致冷器(12)TEC控制溫度，熱電致冷器(12)TEC緊貼于恒溫容器(7)上下兩端的矩形平面。7.根據權利要求6所述的全固態高功率中長波激光光學參量放大器，其特征在于:在兩個熱電致冷器(12)TEC的外部矩形平面分別固定有緊貼的散熱器(10)，兩個散熱器(10)的外部分別設有進行強迫風冷散熱的散熱風機(11)。8.根據權利要求1所述的全固態高功率中長波激光光學參量放大器，其特征在于:在金屬恒溫容器(7)底部兩端的兩個直角處分別有能透過種子源激光和波長2um栗浦激光的激光輸入窗口(5)，以及輸出中長波OPA放大激光的輸出窗口(8)。9.根據權利要求1所述的全固態高功率中長波激光光學參量放大器，其特征在于:恒溫容器(7)、熱電致冷器(12)TEC、散熱器(10)之間由In薄過度接觸并涂抹導熱脂。10.根據權利要求9所述的全固態高功率中長波激光光學參量放大器，其特征在于:恒溫容器(7)、熱電致冷器(12)TEC、散熱器(10)之間均采用In焊接的方式固定連接，兩個散熱器(10)的外部分別有兩個散熱風機(11)對散熱器進行強迫風冷散熱。
【文檔編號】G02F1/39GK105846304SQ201610259809
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月24日
【發明人】趙剛, 馬利國, 張婕, 王濱, 衣學斌, 李燕凌, 彭春
【申請人】西南技術物理研究所