[发明专利]基于宽禁带半导体碳化硅晶体的光参量振荡激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于宽禁带半导体碳化硅晶体（SiC）的光参量振荡激光器，属于激光技术领域，涉及非线性晶体器件。

背景技术

光参量振荡，是指一束频率为vP(泵频也称激励光)的强激光和一束频率为vS（信频）的弱激光同时射入非线性介质时，如信频光（也称振荡光）被放大,同时产生频率为vi的闲置频率光（闲频光，vi=vP-vS），即为所要获得的OPO激光，这种现象称为光参量放大。若将此非线性介质置于输入镜M1和输出镜M2组成的谐振腔中,M1对泵频光透射，M1、M2对信频光、闲频光或两者高反射,则在频率为vP的激光作用下,从M2镜将光参量振荡输出频率为vS和vi的激光；这就构成了光参量振荡器。

光参量振荡器（简称OPO）振荡过程是目前产生中远红外激光的重要技术，因其输出波长可在覆盖近红外到中远红外之内的几百纳米范围内连续调谐，已经在众多领域得到了广泛应用。因半导体具有透过范围大、透过波段宽等特点，是中红外OPO激光产生的常用非线性激光介质，包括磷锗锌、硫铟锂等系列窄禁带半导体成为目前研究的重点。然而OPO的过程是物质对高能量激光的高阶响应，窄禁带半导体容易其相对较低的热导率使其在高能量密度激光作用下容易损坏，限制了其高能量激光的获得。

SiC晶体是一类重要的宽禁带半导体，其热导率高达3W/cm K，SiC作为衬底材料是目前人们熟知的应用。但，SiC晶体材料无反演对称心，具有二阶非线性光学特性和大的非线性系数，同时SiC晶体材料的透过曲线截止边长达近6μm，是理想的中红外波段OPO非线性激光介质。但SiC晶体材料在OPO领域的应用一直未被重视，而基于宽禁带半导体SiC晶体的OPO激光器迄今为止也未有所报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于宽禁带半导体材料碳化硅（SiC）晶体的光参量振荡激光器，特别是基于SiC晶体的中红外激光器。

本发明的技术方案采用以下方式来实现。

基于宽禁带半导体材料碳化硅晶体的光参量振荡激光器，依次包括激励源（1）、输入镜（2）、半导体SiC晶体（3）和输出镜（4）；

所述半导体SiC晶体沿其光参量振荡的相位匹配方向切割，表面镀膜或不镀膜；所述表面镀膜是在SiC晶体通光面镀以对激励光、信频光和闲频光高透过的介质膜；

所述激励源（1）是全固态脉冲激光器；所述输入镜（2）两个通光面镀以对激励光高透过且对信频光和闲频光高反射的介质膜，输出镜（4）镀以对信频光高反射且对闲频光部分透过的介质膜。

所述半导体SiC晶体为单晶体，选自6H-SiC晶体或4H-SiC晶体。半导体SiC晶体的通光方向为光参量振荡的相位匹配方向。

根据本发明优选的，6H-SiC晶体的通光方向与光轴成47°-73°角。

根据本发明优选的，4H-SiC晶体的通光方向与光轴成38°-55°角。

所述半导体SiC晶体的通光方向长度为0.5mm-50mm。根据光参量振荡激光器的规格而定。优选的，所述半导体SiC晶体长度为10mm-40mm。

所述的输入镜（2）是平面镜或凹面镜，输出镜（4）平面镜或凹面镜。其中，凹面镜的曲率为20mm-1000mm，其凹面面对半导体SiC晶体。

所述的输出镜镀膜是在两个通光面都镀有所述的介质膜。

输入镜和输出镜之间的距离可按现有技术进行计算，使其有利于信频光振荡，该计算过程为本领域熟知理论。本发明优选，输入镜和输出镜之间距离为1-100mm之间。

根据本发明优选的，所述的激励源是产生波长为1.06μm的全固态脉冲激光器，进一步优选1.06μm调Q激光器或1.06μm锁模激光器

根据本发明优选的，所述光参量振荡激光器产生1.28μm-6μm的中红外激光输出。

术语解释：本发明中的“高反射”、“高透过”、“部分反射”具有本领域的公知含义。

上述“高反射”是指对特定波长或波段入射光的反射率大于99%。

上述“高透过”是指对特定波长或波段光的透过率大于80%。

上述“部分透过”指对特定波长或波段入射光的透过率在1%-80%。

本发明以宽禁带半导体碳化硅为非线性光学介质，形成有效的光参量振荡输出，入射和出射端面与所需的相位匹配方向垂直。本发明利用SiC晶体的OPO非线性光学效应产生1.28μm到6μm的闲频光，该OPO过程为本领域熟知过程。