[发明专利]一种中红外激光器

说明书

本发明涉及一种新型的产生3‑3.7微米波段激光的中红外激光器，包括抽运光源、耦合光学系统、激光谐振腔、抽运激光晶体和非线性光学晶体，抽运光源发射激光经耦合光学系统到达抽运激光晶体产生荧光，在由全反镜和输出腔镜组成的激光谐振腔内，形成2.4‑2.7微米波段的振荡激光，通过非线性光学晶体拉曼产生3‑3.7微米波段的激光，上述3‑3.7微米波段的激光在复合腔镜和输出腔镜组成的拉曼振荡腔内振荡加强，最终输出3‑3.7微米波段的激光。通过在腔内插入波长调谐元件(例如标准具、双折射滤光片、光栅等)实现3‑3.7微米波长范围内的可调谐激光，本发明具有结构简单紧凑、可在常温下使用且功率高的优点。

技术领域

本发明涉及光电领域，特别是涉及一种产生3-3.7微米波段激光的中红外激光器。

背景技术

3-3.7微米波段处于光谱中的中红外波段，该波段的激光在激光医疗、光谱学、气体环境监测等领域具有十分重要的应用。例如，许多气体的特征吸收峰位于3-3.7微米波段，该波段常被称为气体的“分子指纹区”，因此该波段激光可用于气体定性与定量的检测。一些常见的大气污染物，如CH₄、H₂CO、NO₂、N₂O的特征吸收峰分别都在3.3-3.7微米范围内。并且，除去以上大气中气体的特征吸收波段，该波段的其余激光处于大气窗口的高透过区，对大气的穿透性强，传输过程损耗小，在激光制导、遥感测控、光电对抗等军事领域有着重要的应用。

目前，国内外实现3-4微米波段激光的主要技术途径有以下几类:

(1)中红外光参量振荡激光器(OPO)：该类型激光器是现阶段产生中红外激光最常用的技术方案，已实现了2-5微米的可调谐激光输出，具有波长调谐范围大，激光输出功率高的优点。然而，这类激光器结构复杂、装调精度要求极高，对温度、振动等环境因素的要求也较为苛刻，因此很难在卫星、飞机这类航天器上应用。

(2)中红外晶体激光器：该类型激光器采用稀土与过渡族离子作为激活离子直接产生3微米以上的激光。由于存在强烈的多声子淬灭效应，通常要求激光晶体具有较低的声子能量，以避免过高的无辐射跃迁几率导致激光上能级寿命过低。因此，这类激光器通常采用声子能量较低的非氧化基质晶体(卤化物、硫化物、硒化物等)作为激光增益介质。为获得激光运转，还需要控制晶体处在远低于室温的环境温度下工作，这极大地增加了激光系统的复杂性与稳定性。

(3)中红外光纤激光器：该类型激光器采用氟化物与硫化物光纤作为激光增益介质实现中红外激光输出。由于光纤激光的增益介质长，调Q运转时激光脉冲宽度较宽，峰值功率低。并且，光纤非线性效应严重，输出激光的谱线往往较宽，较小的芯径尺寸使其在短脉冲高能量激光运转下容易烧毁。另外，硫化物与氟化物的机械性能差、光纤加工难，且当前中红外波段光栅稀缺，这些不利因素都一定程度上限制了中红外光纤激光器的发展。

(4)中红外带间级联激光器：这种技术可以实现3-3.8微米的激光输出，但其输出功率较低、激光线宽大，在许多应用上受到限制。以美国Thorlabs公司生产的法布里珀罗带间级联激光器为例，其最大输出功率为20-30毫瓦，线宽约为几十纳米。

(5)中红外异质结半导体激光器：这类激光器主要采用半导体作为激光介质，其输出光束质量差、制备工艺难度大，通常需要在极低的温度下运转。目前，该类型的激光器在室温下无法实现波长大于3微米的激光。

综上可知，目前现有技术中缺少一种结构简单，可在常温下使用，且输出功率较高的中红外激光器。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单，可在常温下使用，且输出功率较高的中红外激光器。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：