[发明专利]一种基于热电制冷的温度调谐型Fe:ZnSe激光器

说明书

本发明公开了激光器领域的一种基于热电制冷的温度调谐型Fe:ZnSe激光器，包括Fe:ZnSe晶体、泵浦激光源、半导体热电制冷装置、激光谐振腔；所述泵浦激光源发射出泵浦光，并经过泵浦光整形耦合元件后入射至Fe:ZnSe晶体；所述Fe:ZnSe晶体设置于激光谐振腔内；所述Fe:ZnSe晶体固定在热沉上，热沉与半导体热电制冷装置连接；所述Fe:ZnSe晶体、热沉设置于真空腔内；通过半导体热电制冷器件大范围调控激光器中Fe:ZnSe晶体运转温度，从而实现对其不同光谱荧光寿命的有效调控，进而获得不同波长的可调谐中红外激光输出；半导体热电制冷器件温度响应时间快、结构简单紧凑、成本低，十分有利于发展不同应用需求的高性能可调谐中红外光源。

技术领域

本发明属于激光器技术领域，具体涉及Fe:ZnSe晶体激光器。

背景技术

3～5μm波段中红外辐射位于大气透过率高的传输窗口，理想的大气传输特性使得该波段激光器在大气环境监测、医疗(如生物组织烧蚀)、激光雷达、空间光通信等领域具有重要的应用价值。此外，在实际应用中，固定波长的激光器系统往往不能很好的满足人们的实际应用需求，如激光雷达和高精度光谱分析等，在要求光源稳定性佳、抗损伤能力强的同时，人们还要求能够实现光源的波长可调节性，从而使得测量和应用的范围更广泛，使用更为灵活。为此，如何获得稳定且质量优秀的可调谐中红外激光成为了人们研究和努力的方向。

目前获取可调谐中红外激光的方法主要有三种：使用激光谐振腔内机械可移动部件，如衍射光栅、棱镜、标准具或微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)等作为波长调谐单元的系统；使用腔内不可移动的光学器件进行调节的系统，包括使用磁光器件、声光器件、电光器件进行波长调谐；对于中红外波段的半导体激光器，经常采用改变注入电流的方式选择波长，进而实现不同波长的中红外激光输出。这三种主要的波长调谐方法中，通过机械调节光栅、棱镜等来调节波长的技术对机械冲击和震动的干扰抵抗非常差，会引起短期甚至长期的性能不稳定，从而影响激光器输出功率和带来能量损耗；而使用磁光器件、声光器件、电光器件等器件进行波长调谐的方法也不可避免的会带来一定的腔内损耗，进而影响激光器输出效率和功率。此外，常用的中红外半导体激光器通过电控制方式虽然能实现宽可调谐范围，但其输出功率较低，制约了其应用领域。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于热电制冷的温度调谐型Fe:ZnSe激光器，通过调节Fe:ZnSe晶体运转温度实现可调谐波长输出，无需引入额外的波长调谐器件，具有系统结构简单紧凑、可靠性高、成本低廉等特点，能够实现宽范围的中红外激光输出。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于热电制冷的温度调谐型Fe:ZnSe激光器，包括Fe:ZnSe晶体、泵浦激光源、半导体热电制冷装置、激光谐振腔；所述泵浦激光源发射出泵浦光，并经过泵浦光整形耦合元件后入射至Fe:ZnSe晶体；所述Fe:ZnSe晶体设置于激光谐振腔内；所述Fe:ZnSe晶体固定在热沉上，热沉与半导体热电制冷装置连接；所述Fe:ZnSe晶体、热沉设置于真空腔内。

优选的，所述Fe:ZnSe晶体的泵浦光射入方向上设有凹面输入镜；所述Fe:ZnSe晶体的泵浦光射出方向上设有输出耦合镜；所述凹面输入镜与输出耦合镜之间形成所述激光谐振腔。

优选的，所述的凹面输入镜镀有对泵浦光波段的高透膜，高透膜透过率＞95％，以及激光波段的宽带高反射膜，反射膜反射率99.8％，平面输出耦合镜镀有对激光波段的宽带部分反射膜，宽带部分反射膜反射率为90％，宽带部分反射膜透过率为10％。

优选的，还包括多个腔镜；各腔镜之间泵浦光振荡形成激光谐振腔。

优选的，所述真空腔设置于真空容器内；所述真空容器上设有两个供激光透过的密封窗口片，窗口片材料为氟化物晶体或倍半氧化物陶瓷；窗口片内外两侧镀有激光波段的防反射膜。

优选的，所述真空腔内真空度为0.1～100Pa。