本发明专利技术涉及激光器技术领域，公开了一种波长转换方法，所述方法使用一定波长的激光泵浦砷酸钛氧钾KTA晶体得到波长大于3.7μm的激光，其中，KTA晶体采用XZ折射率主轴平面内处于KTA晶体的相位匹配曲线的边缘位置的相位匹配角。本发明专利技术还提供了利用该方法实现的光参量振荡器和光参量放大器。本发明专利技术利用1.064μm左右的激光直接泵浦KTA晶体得到大于3.7μm波长的激光，由于没有经过中间波长激光的光参量转换，所以实现过程简单。KTA晶体相比其它晶体(如ZGP、PPLN)有更高的损伤阈值，因此更利于高能量密度输出。而且，由于KTA晶体生产工艺相对成熟，价格也较其它晶体(如ZGP、PPLN等)更低廉，所以降低了实现成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光器
，具体涉及一种波长转换方法、光参量振荡器和光参量放大器。
技术介绍
波长大于3. 7μπι(微米)的激光在光电对抗、气体探测等领域有重要的应用，目前应用广泛的红外探测器对这一波段有比较敏感的作用。实现这一波长激光的方法有很多， 其中光参量变换方法由于实现结构简单、体积小以及波长可调谐的特性，成为目前实现波长大于3. 7 μ m的激光的有效手段。所谓光参量变换的方法是利用晶体二阶非线性光学变换将注入泵浦激光的波长转换成波长更长的激光。当激光通过双折射晶体时，按照偏振状态分成寻常光(ο光)和非寻常光(e光)。当注入晶体的激光满足内相位匹配条件的时候，可以发生光参量变换过程。光参量变换过程中，一个泵浦光子湮灭产生一个信号光子和一个闲频光子，三个波长的激光满足相位匹配条件2πη^ 2πτι, 2πτιη Yr^r^ = 0aS Λ aZ其中λρ λ2、λ3分别是信号光、闲频光和泵浦光的波长，ηι、η2、η3分别是偏振状态的信号光、闲频光和泵浦光在晶体中的折射率。三个波长满足1 1 1 ^-— “― = 0aS Λ aZ光参量变换过程中，信号光和闲频光统称为参量光，对于这两个参量光，如果把其中之一称作信号光，另一个称为闲频光。如果只有泵浦光注入非线性晶体内，从晶体中输出了信号光和闲频光，则这个装置可以称为光参量生成器(OPG)。如果较强的泵浦光和较弱的参量光注入非线性晶体中，从晶体中输出了较强的参量光，这是一个光参量放大的过程，这个装置可以称为光参量放大器(OPA)。如果在非线性晶体两端加入谐振腔，将泵浦光注入谐振腔和晶体内，当至少一种参量光在谐振腔内振荡时，这叫做光参量振荡器(0Ρ0)。根据谐振腔的类型，OPO可以分为单谐振OPO (只有信号光振荡)和双谐振OPO (信号光和闲频光同时振荡)；如果泵浦光被谐振腔镜反射，从而两次通过非线性晶体，可以称为双程泵浦0Ρ0。常用非线性频率变换产生大于3. 7 μ m波长激光的方法是利用2 μ m波长的激光器通过光参量过程得到，常用的晶体是&^冲2(26 486必2等晶体。对于脉冲宽度为IOns 的脉冲，这两种晶体的损伤阈值分别为2J/cm2和lj/cm2，实际应用中由于镀膜工艺的限制， 损伤阈值会更低，因而不利于大功率密度和大能量密度运转。并且2 μ m波长的激光需要通过多级光参量过程产生或者通过Tm、Ho等离子掺杂的激光晶体产生，这两种方法在实际应用中都会增加系统的复杂性。目前用ZGP晶体，IOns脉冲宽度的激光可以得到约30mJ、 波长大于3.7μπι的激光。产生这个波段的激光，也可以用LiNbO3(LN)和周期性极化的 LiNbO3(PPLN)晶体，但是由于制作工艺水平的限制，LN晶体的在实际使用中的损伤阈值在0. 5J/cm2左右(脉冲宽度10ns)，PPLN晶体的损伤阈值则更低。目前大口径的PPLN晶体生长技术还不成熟，这类晶体也不利于输出大能量密度和大功率密度的激光，利用这类晶体理论上可以产生30mJ左右波长大于3. 7 μ m的激光(脉冲宽度IOns)。利用沿X_cut的砷酸钛氧钾(KTiOAsO4,简称为KTA)晶体通过1.5 μ m波长的激光泵浦也可以产生这个波段的激光(参见专利技术US6834063)，但是1. 5 μ m波长的激光首先要经过1. 064 μ m左右的激光泵浦X-cut的KTA晶体得到，增加了系统的复杂性。由于大能量波长大于3. 7 μ m的激光在遥感气体探测和中红外波长军事对抗等领域有重要的应用潜力，利用简单便携的结构实现更大能量的输出有实际应用价值。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术所要解决的技术问题是如何设计一种实现过程简单，成本低的波长转换方法，以及由该方法实现的光参量振荡器和光参量放大器。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种波长转换方法，所述方法使用一定波长的激光泵浦KTA晶体得到波长大于3. 7 μ m的激光，其中，KTA晶体采用TL折射率主轴平面内处于KTA晶体的相位匹配曲线的边缘位置的相位匹配角。优选地，所述一定波长为1047nm 1064nm的波长。优选地，所述一定波长为1. 064 μ m的波长。优选地，所述KTA晶体采用YL折射率主轴平面内41. 2°的相位匹配角。优选地，所述波长大于3. 7 μ m的激光为波长大于3. 7 μ m的红外波段的激光。优选地，所述波长大于3. 7μπι的激光为3.7 3. 8 μ m波段、中心波长为波长 3. 75 μ m的红外波段的激光。优选地，所述KTA晶体为单块的形式、多块串联的形式，或者多块走离补偿的形式。优选地，所述一定波长的激光为泵浦光，产生所述泵浦光的激光晶体为Nd3+和掺杂的晶体，被掺杂的基体晶体是YAG、YVO4和YLF中的一种。本专利技术还提供了一种光参量振荡器(包括外腔OPO和内腔外腔0P0)，其利用所述的方法实现，包括KTA晶体和谐振腔镜。本专利技术还提供了一种光参量放大器，其利用所述的方法实现，包括KTA晶体。(三)有益效果本专利技术利用1. 064 μ m左右的激光直接泵浦KTA晶体得到大于3. 7 μ m波长的激光，由于没有中间波长的光参量过程，所以实现过程简单。KTA晶体相比其它晶体(如ZGP、 PPLN)有更高的损伤阈值，因此更利于高能量密度输出。而且，由于KTA晶体生产工艺相对成熟，价格也较其它晶体(如ZGP、PPLN等)更低廉，所以降低了实现成本。附图说明图1为本专利技术获得的闲频光的光谱图；图2为本专利技术实施例1的外腔式OPO系统结构图3为本专利技术实施例2的OPA系统结构图；图4为本专利技术实施例3的内腔式OPO系统结构图。具体实施例方式下面对于本专利技术所提出的一种波长转换方法、光参量振荡器和光参量放大器，结合附图和实施例详细说明。本专利技术实施例基于1.064μπι左右波长激光(为泵浦光)泵浦砷酸钛氧钾 (KTiOAsO4，简称KTA)晶体，泵浦光在KTA晶体中发生光参量变换过程，生成波长大于 3.7μπι的红外波段的激光。该KTA晶体为)(Ζ折射率主轴平面内41. 2°相位匹配的KTA晶体。本专利技术的实验中，利用1. 064 μ m波长的激光泵浦KTA晶体得到了 3. 7 3. 8 μ m波段、 中心波长3. 75 μ m的激光，能量约60 70mJ，脉冲宽度约7ns，光斑直径为9mm。本专利技术中，相位匹配发生的位置处在KTA晶体的相位匹配曲线的边缘，由于折射率测量的不精确性和实际相位匹配过程的微小变动，目前对这个位置的相位匹配过程有很多预测，预测模型基本相同，预测结果却有不小差异。印度Burdwan University大学的Das等人最近对3. 7 μ m以下波长的相位匹配过程进行了研究，同时也列举了不同的预测结果，对于3. 7 μ m 4. 0 μ m波段却没能给出实验结果。本专利技术则在实验上得到了波长大于3. 7μπι的激光，填补了 KTA晶体输出大能量中红外波长激光的部分空白。这里利用 1.064 μ m波长的激光泵浦41. 2° )(Z折射率主轴平面(即)(Z平面)内相位匹配的KTA晶体得到波长3. 75 μ m的激光，不是简单地对KTA晶体匹配角度的改变，而是对1. 064 μ m波长泵浦的K本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：巩马理，柳强，刘建辉，闫平，黄磊，张海涛，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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