[发明专利]一种利用激光差频技术产生波长不小于3.8微米的中波红外激光输出的系统

说明书

本发明公开一种利用激光差频技术产生波长不小于3.8微米的中波红外激光输出的系统，其利用一个波长介于1093‑1105nm的掺镱光纤激光器作为泵源，一个波长在1535‑1540nm的掺铒光纤激光器作为信号源，一个非线性激光晶体作为光频转换用器件，连续或脉冲工作的掺镱光纤激光器与相应的掺铒光纤激光器经光纤合束或空间合束后，由光学透镜聚焦到非线性激光晶体产生高效的波长不小于3.8微米中波红外激光输出。本发明具有差频激光输出波长不小于3.8微米、激光转换效率高、系统结构紧凑、性能可靠、环境稳定性好、适合高功率输出的特点，具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明涉及中波红外激光产生的技术领域，具体涉及一种利用激光差频技术产生波长不小于3.8微米的中波红外激光输出的系统。

背景技术

激光波长在3-5微米的光谱波段中因存在大量气体分子的本征吸收峰，因此具有吸收强度大、谱线窄的特点，非常适合于做微量或痕量气体成分的检测。另外，3-5微米波段的激光与红外制导导弹的窗口波段重合，可以用于带内干扰，因此是光电对抗的有效激光器。目前，产生中波红外的技术手段有很多种，可用的固体激光器件，包括量子级联的半导体激光器、基于参量转换技术的光参量振荡器或光参量放大器、以及直接采用激光增益介质产生激光振荡的固体激光器和光纤激光器。其中，量子级联的半导体激光器结构紧凑，但是不适合作为高峰值功率的激光输出。采用激光增益介质直接产生激光振荡的中波红外激光器，则由于量子效率的问题，工作效率较低，且一般要求低温工作，尤其不适合高功率激光研制。因此，为了获得高功率的中波红外激光输出，一般采用光参量转换技术。

光参量转换技术是一种较为成熟的光频转换技术，它通过三波混频或四波混频原理将较短波长的泵浦激光转换为较长波长的激光，光参量转换的技术方案包括自发参量下转换、参量放大(或激光差频)和参量振荡。自发参量下转换技术直接利用一束高峰值功率的泵浦激光入射到非线性激光晶体中产生的参量激光，结构简单，但是因为阈值很高，对泵浦激光的峰值功率要求很高，总的转换效率较低，同时获得的产量下转换激光输出谱段一般较大，很多时候不能满足应用需求；参量放大技术一般利用一束波长较短、强度较大的脉冲激光作为泵光，同时采用一束波长较长的激光作为信号光，两束光同时入射到激光非线性晶体中，产生差频，此时信号光将获得放大，同时产生另一个波长、光子能量等于泵光光子能量和信号光光子能量之差的闲散光。当所追求的激光输出波长与所用信号光波长相同时，一般称为参量放大；如果两者波长不同，则常称为激光差频技术。由于参量放大与激光差频技术二者输出激光都包含二个放大了的激光波段，二者在实际操作中，仅有细微的技术差别，主要体现在信号光波长。当目标激光是3.8微米的中波红外波段，如果采用信号光是在短波红外波段，则该类技术一般称为激光差频技术。

与自发参量下转换技术相比，激光差频技术具有阈值较低、转换效率较高的特点，是一种更为实用的光频转换技术。与光参量振荡技术相比，激光差频技术因为系统不涉及谐振腔，不存在谐振腔由于环境因素变化导致的腔失谐问题，所以整体上稳定性将会非常好。激光差频技术的特点是光频转换在泵光和信号光一次通过差频用非线性晶体时就完成了。为实现高效的激光光频转换效率，激光差频技术中单程的参量增益必须足够大，这往往需要泵光的峰值功率非常大，而极高的泵光峰值功率也常常导致差频用的激光非线性晶体损坏。为解决这一问题，一个有效的技术途径是提高信号光的功率水平，来相应地减少对泵光的功率要求，并以此获得基本相同的参量增益。显然，这一技术途径对于保证激光非线性晶体的安全可靠工作是非常有帮助的。