紫外至长波红外六波段一体化全固态激光器

：本发明涉及一种从紫外至长波红外的六波段一体化全固态激光器，属于光学领域。

背景技术

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背景技术：

1、激光由于具备良好的方向性、单色性和相干性等特点，已广泛应用于光存储、光电子技术、光信息处理、医疗、通信、遥感、工业加工、光谱诊断、光电对抗等领域。由于各领域应用需求的差异，适用的激光波长也不尽相同，主要包括紫外光、可见光、近红外、短波红外、中波红外、长波红外等波段。在各类型激光器中，结构紧凑、环境适应性好的全固态激光器是发展的主流方向。

2、目前，全固态激光器的设计主要针对某一个或两三个特定波长，尚未见有覆盖从紫外至长波红外六个波段的一体化激光器技术报道。在某些对于激光波长需求较多的场景，往往只能通过将多台不同波长激光器集成组合的方式来满足应用需求。多台激光器组合的方式存在系统体积重量大、光束合成与发射系统复杂、结构稳定性差等问题。因此，本发明提供了一种从紫外至长波红外六波段一体化的全固态激光器技术方案，不仅可同时输出由紫外至长波红外六个波段的激光，而且可灵活调节各波段激光的功率比例。

技术实现思路

1、本发明的目的是满足对多个波长激光、紧凑轻量化、高稳定性等的需求，提供一种可覆盖从紫外至长波红外、可选择特定波段输出、可调节各波段输出功率比例的六波段一体化全固态激光器技术。

2、本发明所述的紫外至长波红外六波段一体化全固态激光器，泵浦光采用2.1μm脉冲激光，泵浦中波和长波红外磷锗锌(zngep2，zgp)光学参量振荡器(opo)实现2.8μm短波、3～5μm中波和8.2μm长波红外激光输出；以长波红外zgp opo剩余的2.1μm激光作为基频光，通过倍频方式获得1050nm近红外、525nm可见光和262nm紫外光，通过紧凑合束实现六波段激光同时输出。

3、本发明的技术解决方案如下：

4、一种紫外至长波红外六波段一体化全固态激光器，包括2.1μm半波片、2.1μm偏振片、2.1μm反射镜、第一2.1μm平凸透镜、第二2.1μm平凸透镜、第一45°中波红外反射镜、中波红外zgp晶体、45°中波红外输出镜、第二45°中波红外反射镜、第三45°中波红外反射镜、第一45°长波红外反射镜、长波红外zgp晶体、45°长波红外输出镜、第二45°长波红外反射镜、第三45°长波红外反射镜、长波红外平凸透镜、合束镜、45°分光镜、ktp晶体、第一45度近红外反射镜、近红外平凸透镜、第二45度近红外反射镜、lbo晶体、45°可见光反射镜、可见光平凸透镜、bbo晶体、中长波红外平凸透镜、45°六波段合束镜。

5、2.1μm半波片和2.1μm偏振片组成分光系统，将2.1μm泵浦光分成透射光束和反射光束，2.1μm透射光经第一2.1μm平凸透镜聚焦后注入由第一45°中波红外反射镜、中波红外zgp晶体、45°中波红外输出镜、第二45°中波红外反射镜和第三45°中波红外反射镜组成的中波红外zgp opo中，使2.1μm泵浦光经非线性频率转换输出3～5μm中波红外激光。2.1μm反射光经过2.1μm反射镜和第二2.1μm平凸透镜后注入由第一45°长波红外反射镜、长波红外zgp晶体、45°长波红外输出镜、第二45°长波红外反射镜和第三45°长波红外反射镜组成长波红外zgp opo，2.1μm泵浦光经非线性频率转换实现8.2μm长波红外和2.8μm短波红外激光输出。长波红外zgp opo输出的8.2μm长波红外和2.8μm短波红外激光以及剩余的2.1μm激光经过长波红外平凸透镜后入射至45°分光镜，其中8.2μm长波红外和2.8μm短波红外激光反射后在合束镜处与3～5μm中波红外激光合束。2.1μm激光经上述45°分光镜透射后传播至ktp晶体中，经过倍频实现1050nm近红外激光输出。1050nm近红外激光经过第一45度近红外反射镜、近红外平凸透镜、第二45度近红外反射镜后注入lbo晶体中，经过倍频实现525nm可见光激光输出。525nm可见光和剩余的1050nm近红外激光经45°可见光反射镜和可见光平凸透镜后注入bbo晶体，经过倍频实现262nm紫外光输出；在45°六波段合束镜处，与经中长波红外平凸透镜聚焦后的2.8μm短波、3～5μm中波、8.2μm长波红外激光合束，实现六波段激光同时输出。

6、与现有技术相比，本发明的优点：

7、1)提供了一种可同时输出紫外光、可见光、近红外、短波红外、中波红外和长波红外激光的六波段一体化全固态激光器的新方案。该方案可同时输出六个波段激光，而且能够根据应用需求，通过调节分配给中长波红外zgp opo的2.1μm泵浦光功率比例来改变最终输出的六波段激光功率占比。

8、2)长波红外zgp opo相较于中波红外zgp opo转换效率较低，因此长波红外zgpopo剩余的2.1μm激光功率更高，对其进行倍频可一方面实现非典型波长紫外、可见光、近红外激光输出，另一方面降低激光器热负载。

9、3)六波段激光通过45°六波段合束镜合束后由一个发射窗口输出，可为后续激光发射系统的设计提供便利。

10、4)中长波红外zgp opo采用四镜环形腔结构，保证了短波、中波和长波红外激光有较好的光束质量，近红外、可见光和紫外光采用结构简单的单通倍频方案，激光器整体结构稳定性好，且输出的六波段激光具备较高的亮度。

技术特征：

1.一种紫外至长波红外六波段一体化全固态激光器，其特征在于，包括2.1μm半波片(1-i)、2.1μm偏振片(2-i)、2.1μm反射镜(3-i)、2.1μm平凸透镜(1-ii)和(1-iii)、45°中波红外反射镜(2-ii)、中波红外zgp晶体(3-ii)、45°中波红外输出镜(4-ii)、45°中波红外反射镜(5-ii)、45°中波红外反射镜(6-ii)、45°长波红外反射镜(2-iii)、长波红外zgp晶体(3-iii)、45°长波红外输出镜(4-iii)、45°长波红外反射镜(5-iii)、45°长波红外反射镜(6-iii)、长波红外平凸透镜(1-iv)、合束镜(2-iv)、45°分光镜(1-v)、ktp晶体(2-v)、45度近红外反射镜(3-v)、近红外平凸透镜(1-vi)、45度近红外反射镜(2-vi)、lbo晶体(3-vi)、45°可见光反射镜(1-vii)、可见光平凸透镜(2-vii)、bbo晶体(3-vii)、中长波红外平凸透镜(1-viii)、45°六波段合束镜(2-viii)；

2.根据权利要求1所述的紫外至长波红外六波段一体化全固态激光器，其特征在于，所述的第一45°中波反射镜(2-ii)、第二45°中波反射镜(5-ii)和第三45°中波反射镜(6-ii)反射面镀有2.1μm高透和3～5μm高反膜，透射面镀有2.1μm高透膜；45°长波红外反射镜(2-iii)、(5-iii)和(6-iii)反射面镀有2.1μm高透和8.2μm高反膜，透射面镀有2.1μm高透膜，直径在10mm-15mm。

3.根据权利要求1所述的紫外至长波红外六波段一体化全固态激光器，其特征在于，所述中波红外zgp opo输出镜(4-ii)反射面镀有2.1μm高透和3～5μm中波红外激光透过率40％～50％膜层，透射面镀有2.1μm和3～5μm高透膜；长波红外zgp opo输出镜(4-iii)反射面有2.1μm、2.8μm高透和8.2μm长波红外激光透过率40％～50％膜层，透射面镀有2.1μm、2.8μm和8.2μm高透膜，直径在10mm-15mm。

4.根据权利要求1所述的紫外至长波红外六波段一体化全固态激光器，其特征在于，所述中波zgp晶体(3-ii)两面均镀有2.1μm高透膜和3～5μm高透膜，长波红外zgp晶体(3-iii)两面均镀有2.1μm、2.8μm和8.2μm高透膜，晶体长度在20mm-40mm。

5.根据权利要求1所述的紫外至长波红外六波段一体化全固态激光器，其特征在于，所述第一2.1μm平凸透镜(1-ii)和第二2.1μm平凸透镜(1-iii)两面均镀有2.1μm高透膜；长波红外平凸透镜(1-iv)两面均镀有2.1μm、2.8μm和8.2μm高透膜；近红外平凸透镜(1-vi)两面均镀有1050nm高透膜；可见光平凸透镜(2-vii)两面均镀有1050nm和525nm高透膜；中长波红外平凸透镜(1-viii)两面均镀有2.8μm、3～5μm和8.2μm高透膜，焦距在20mm-400mm，直径在1mm-50mm。

6.根据权利要求1所述的紫外至长波红外六波段一体化全固态激光器，其特征在于，所述45°分光镜(1-v)反射面镀有2.1μm高透膜和2.8μm、8.2μm高反膜，透射面镀有2.1μm高透膜，直径在10mm-15mm。

7.根据权利要求1所述的紫外至长波红外六波段一体化全固态激光器，其特征在于，所述合束镜(2-iv)反射面镀有3～5μm高透膜和2.8μm、8.2μm高反膜，透射面镀有3～5μm高透膜，直径在10mm-15mm。

8.根据权利要求1所述的紫外至长波红外六波段一体化全固态激光器，其特征在于，所述第一45度近红外反射镜(3-v)和第二45度近红外反射镜(2-vi)反射面镀有2.1μm高透膜和1050nm高反膜，透射面镀有2.1μm高透膜，直径在10mm-15mm。

9.根据权利要求1所述的紫外至长波红外六波段一体化全固态激光器，其特征在于，所述45°可见光反射镜(1-vii)反射面镀有1050nm和525nm高反膜，直径在10mm-15mm。

10.根据权利要求1所述的紫外至长波红外六波段一体化全固态激光器，其特征在于，所述45°六波段合束镜(2-viii)采用对于短波、中波和长波红外透过率较高的zns材质，透射面镀有2.8μm、3～5μm和8.2μm高透膜，反射面镀有262nm、525nm和1050nm高反膜，直径在15mm-20mm。

技术总结
本发明公开了一种可覆盖从紫外至长波红外六波段一体化全固态激光器技术，属于光学领域，包括2.1μm泵浦源模块、中波ZGP OPO模块、长波ZGP OPO模块、近红外倍频模块、可见光倍频模块和紫外光倍频模块。将2.1μm泵浦光分束后分别泵浦中波和长波ZGP OPO模块，获得3～5μm中波红外、2.8μm短波红外和8.2μm长波红外激光。将长波ZGP OPO剩余的2.1μm激光依次通过近红外、可见光和紫外光倍频模块，获得1050nm近红外、525nm可见光和262nm紫外激光。最后通过合束实现六波段激光同时输出。本发明有效解决了多台不同波长激光器集成组合带来的系统体积重量大、光束合成与发射系统复杂、结构稳定性差等问题，且能够根据应用需求，通过调节2.1μm泵浦光功率分配比例改变输出的六波段激光功率占比。

技术研发人员：钱传鹏,叶锡生,陈卫标,余婷,施翔春,刘晶
受保护的技术使用者：中国科学院上海光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13