铌酸镓镧晶体作为中红外波段的非线性光学器件的应用.pdf

本发明涉及一种铌酸镓镧晶体作为中红外波段的非线性光学器件的应用。所用的非线性光学晶体为铌酸镓镧晶体，且晶体沿相位匹配方向切割，利用铌酸镓镧晶体二阶非线性效应改变至少一束入射光的频率，产生至少一束另一特定频率的激光，通过非线性光学频率转换实现1.6-7.04μm中红外波段激光输出。本发明还提供基于铌酸镓镧晶体的中红外波段的非线性光学器件，包括光参量放大器、光参量振荡器以及差频激光器；铌酸镓镧晶体具有较宽的透过波段、可实现近红外波段的激励、合适的双折射、较高的二阶非线性光学系数、高抗光损伤阈值等优点，使得本发明的器件可实现高能量、高效率中红外波段激光输出且具有输出范围连续可调的优势。

权利要求书
1.  一种铌酸镓镧晶体作为中红外波段非线性光学器件的应用，所述非线性光学器件中所用的非线性光学晶体为铌酸镓镧晶体，分子式为La3Ga5.5Nb0.5O14，且晶体沿相位匹配方向切割、通光面抛光并镀膜或不镀膜，利用铌酸镓镧晶体二阶非线性效应改变至少一束入射光的频率，产生至少一束另一特定频率的激光，通过非线性光学频率转换实现1.6-7.04μm中红外波段激光输出。

2.  如权利要求1所述的铌酸镓镧晶体作为中红外波段非线性光学器件的应用，其中所述铌酸镓镧晶体在0.3-7.04μm范围内保持透过。

3.  如权利要求1所述的铌酸镓镧晶体作为中红外波段非线性光学器件的应用，其中所述铌酸镓镧晶体实现非线性光学频率转换的方式为一类相位匹配或二类相位匹配。

4.  如权利要求1所述的铌酸镓镧晶体作为中红外波段非线性光学器件的应用，其中所述非线性光学频率转换包括光参量放大、光参量振荡或差频等非线性光学过程。

5.  如权利要求1所述的铌酸镓镧晶体作为中红外波段非线性光学器件的应用，包括以下方式之一：
方式一，铌酸镓镧晶体作为光参量放大器件应用，所述铌酸镓镧晶体的切割角度51.06-68.3°，晶体通光方向长度为25-200mm，表面抛光，镀膜或不镀膜，若镀膜，则镀对激励光、信号光及出射光高透的介质膜，有第一激励源的激励光及第二激励源的信号光入射到铌酸镓镧晶体上，经过铌酸镓镧晶体光参量放大后，出射2.2-6.84μm中红外激光；
方式二，铌酸镓镧晶体作为光参量振荡器件应用，铌酸镓镧晶体的切割角度为51.06-68.3°，晶体通光方向长度为25-200mm，表面抛光，镀膜或不镀膜，若镀膜，则镀对激励光、信号光及出射光高透的介质膜，所述产生激励光的激励源为1.064μm调Q激光器或锁模激光器；出射2.2-6.84μm的中红外激光；
方式三，铌酸镓镧晶体作为差频器件应用，所述铌酸镓镧晶体切割角度为52.98-67.82°，晶体通光方向长度为25-200mm，表面抛光，镀膜或不镀膜，若镀膜，则镀对激励光、信号光及出射光高透的介质膜，激励源为0.8μm连续激光器、调Q激光器或锁模激光器，出射1.6-7.04μm的中红外激光。

6.  一种铌酸镓镧晶体中红外波段非线性光学器件，所用铌酸镓镧晶体按照相位匹配方向切割而成，包括光参量放大激光器件、光参量振荡激光器件或差频激光器件。

7.  如权利要求6所述的铌酸镓镧晶体中红外波段非线性光学器件，其特征在于，选自下列之一：
A.一种铌酸镓镧晶体光参量放大激光器件，所述铌酸镓镧晶体按照相位匹配方向切割，切割角度51.06-68.3°，铌酸镓镧晶体通光方向长度为25-200mm，表面抛光，镀膜或不镀膜，若镀膜，则镀对激励光、信号光及出射光高透的介质膜；
该铌酸镓镧晶体光参量放大激光器件所用的第一激励源为1.064μm调Q激光器或锁模激光器，第二激励源为信号光激光器，波长范围为1.26-2μm；所述激励光及信号光入射到铌酸 镓镧晶体上，经过所述铌酸镓镧晶体光参量放大激光器件放大后，产生2.2-6.84μm的中红外激光输出；
B.一种铌酸镓镧晶体光参量振荡激光器件，所述铌酸镓镧晶体的切割角度为51.06-68.3°，晶体通光方向长度为25-200mm，表面抛光，镀膜或不镀膜，若镀膜，则镀对激励光、信号光及出射光高透的介质膜；
该铌酸镓镧晶体光参量振荡激光器件所用的激励源是1.064μm调Q激光器或1.064μm锁模激光器；该光参量振荡激光器产生2.2-6.84μm的中红外激光输出；
C.一种铌酸镓镧晶体差频激光器件，所述铌酸镓镧晶体切割角度为52.98-67.82°，晶体通光方向长度为25-200mm，表面抛光，镀膜或不镀膜，若镀膜，则镀对激励光、信号光及出射光高透的介质膜；
该铌酸镓镧晶体差频激光器件所用激励源为0.8μm连续激光器、调Q激光器或锁模激光器；该差频激光器产生1.6-7.04μm的中红外激光输出。

8.  一种光参量放大器，包括权利要求6所述的A.铌酸镓镧晶体光参量放大激光器件；其中所述铌酸镓镧晶体通光面光学抛光，并镀有对第一激励源激励光1.064μm、第二激励源信号光1.52μm以及出射光3.55μm高透的介质膜；所述铌酸镓镧晶体切割角为53.02°，晶体长度为72mm；
该光参量放大器件包括沿光路设置的的第一激励源、第二激励源信号光激光器、分光镜、所述的铌酸镓镧晶体光参量放大激光器件、滤光片；
经过所述的铌酸镓镧晶体光参量放大激光器件进行光参量放大后，通过滤光片滤过激励光得到3.55μm中红外激光输出。

9.  一种光参量振荡器，包括权利要求6所述的B铌酸镓镧晶体光参量振荡激光器件；其中所述铌酸镓镧晶体通光面光学抛光，镀有对激励源1.064μm激光、信号光1.28-1.38μm以及闲频光4.64-5.86μm高透的介质膜；铌酸镓镧晶体切割角为58.72°；出射中红外激光范围为4.64-5.86μm，铌酸镓镧晶体通光长度为78mm；
该光参量振荡器包括有激励源，发射一束波长为1.064μm激光束，依次通过光隔离器、半波片、再经过两个红外反射镜及透镜聚焦到激光腔中，产生中红外激光输出；其中激光腔由输入镜及输出镜组成，所述输入镜为平面镜，两个通光面镀以对1.064μm激光高透过，对1.28-1.38μm及4.64-5.86μm高反射的介质膜，输出镜为平面镜，镀以对1.064μm及1.28-1.38μm高反射，对4.64-5.86μm部分透过，透过率为15％的介质膜；所述铌酸镓镧晶体光参量振荡激光器件置于输入镜及输出镜之间；通过改变铌酸镓镧晶体的角度从56.56至62.1°，可以实现4.64-5.86μm的中红外激光输出。

10.  一种差频激光器，包括权利要求6所述的C铌酸镓镧晶体差频激光器件；
所述铌酸镓镧晶体通光面光学抛光，镀以对1.4μm及1.87μm高透过的介质膜；该铌酸镓镧晶体的切割角为56.38°，铌酸镓镧晶体通光方向长度为75mm；
该差频激光器包括第一激励源、光隔离器，半波片，红外反射镜，透镜，铌酸镓镧晶体差频激光器件，第二激励源、光隔离器，半波片，红外反射镜；所述第一激励源为飞秒钛宝石激光器，产生波长为800nm的脉冲激光，依次经过光隔离器，半波片，红外反射镜，透镜，铌酸镓镧晶体器件；第二激励源的激励光波长为1.4μm；该第二激励源的激励光依次经过光隔离器，半波片，红外反射镜，透镜，铌酸镓镧晶体器件，与第一激励源的激光差频产生中红外激光输出，激光输出波长为1.87μm。

说明书铌酸镓镧晶体作为中红外波段的非线性光学器件的应用
技术领域
本发明涉及一种铌酸镓镧晶体作为中红外波段非线性光学器件的应用和基于铌酸镓镧晶体的中红外波段非线性光学器件，属于非线性晶体材料和激光技术领域。
背景技术
中红外激光波段的研究一直是激光领域的研究热点之一，由于3～5μm中红外激光是大气的窗口波段，受气体分子吸收和悬浮物散射的影响小，因此在光谱测量、遥感、环保和军事上具有很高的应用价值，而5～8μm是环保领域用于痕量气体监测和分子光谱应用、通讯领域用于信号发射与接收必不可少的波段，在现代通讯、环境保护、国家安全等领域有重要需求。能产生中红外波段的激光器主要有倍频的CO2气体激光器、化学氟化氘激光器、半导体量子级联激光器、二极管激励的固体激光器、固体激光器激励的光参量振荡器、光参量放大器、差频器件等。其中中红外光参量振荡器、光参量放大器、差频器件可实现宽调谐、大功率、窄线宽输出及全固化、小型化，具有很重要的应用价值。随着透过范围宽、吸收系数小、损伤阈值高、非线性系数适中、物化性能好的中红外非线性晶体的出现，将中红外波段的非线性光学器件进一步推向了实用化。现有的中红外非线性晶体主要有ZnGeP2(ZGP)，可以实现3-5μm的高功率中红外输出，但是ZGP不能使用成熟的近红外泵浦，且ZGP晶体价格昂贵，增加了器件的成本；另一主要的中红外非线性晶体还有LiNbO3(LN)，其透光谱区为0.33-5.5μm，但是由于LN损伤阈值较低，受泵浦功率水平的限制，不易实现较高能量的输出。鉴于此，亟需一种新型的中红外非线性晶体，既具有广的透过光谱区，合适的抗光损伤阈值，同时具备易生长大尺寸、高光学质量单晶、物理化学性能稳定等优势，可应用3～8μm宽范围的高功率中红外激光输出。
光参量放大(OpticalParametricAmplification,OPA)过程，是指一束频率为ωp(也称激励光)的强激光和一束频率为ωs(信号)的弱激光同时射入非线性介质时，如信号光(也称振荡光)被放大,同时产生频率为vi的闲置频率光(闲频光，ωi＝ωp-ωs)，即为所要获得的OPA激光，这种现象称为光参量放大。若将此非线性介质置于输入镜M1和输出镜M2组成的谐振腔中,M1对泵频光透射，M1、M2对信号光、闲频光或两者高反射,则在频率为ωp的激光作用下,从M2镜将光参量振荡输出频率为ωs和ωi的激光；这就构成了光参量振荡器(OpticalParametricOscillator,OPO)。
光参量振荡器(简称OPO)是目前产生中远红外激光的重要技术，它利用了非线性晶体的混频特性，同时可实现波长可调谐。具有调谐范围宽、效率高、结构简单及工作可靠等特点，可获得宽带宽、可调谐、高相干的辐射光源。随着新型优质非线性光学晶体的发明及应用，OPO已发展成为可调谐激光的主流应用，展现出越来越重要的前景。
差频(DifferentFrequencyGeneration,DFG)过程是指将频率较高的激励光ωp和频率较 低的信号光ωs入射到非线性晶体中，由于光与非线性晶体的二阶非线性效应，产生频率ωi＝ωp-ωs的差频光。通常也被称为频率下转换。
铌酸镓镧晶体(La3Ga5.5Nb0.5O14，LGN)是单轴晶，属于三方晶系32点群，P321空间群，其晶胞常数为a＝0.8232nm，c＝0.5128nm。由于LGN具有较高的压电系数，其在压电性能方面的应用是为人们所熟知的，但是，LGN晶体材料无反演对称心，具有二阶非线性光学特性和适中的非线性光学系数(d11＝1.8pm/V)，同时LGN晶体的透过范围宽(0.3-7.04μm)，有较大的双折射，较高的抗光损伤阈值(＞1GW/cm2)，化学稳定性好，不潮解，因此其在如光参量放大、光参量振荡、差频产生等二阶非线性光学应用中有着重要的前景。虽然LGN有以上诸多优点，其在二阶非线性光学中的应用一直未受重视，基于该非线性晶体材料的非线性光学器件也未有所报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供铌酸镓镧晶体作为中红外波段非线性光学器件的应用。本发明还提供一种基于铌酸镓镧晶体的中红外波段非线性光学器件。
本发明使用铌酸镓镧晶体(LGN)作为非线性光学晶体，得到中红外波段非线性光学器件。
本发明还提供使用铌酸镓镧晶体(LGN)作为非线性光学晶体制作的光参量放大激光器、光参量振荡激光器或差频激光器。
术语解释：本发明中的“高反射”、“高透过”、“部分反射”具有本领域的公知含义。
“高反射”是指对特定波长或波段入射光的反射率大于99％。
“高透过”是指对特定波长或波段光的透过率大于80％。
“部分透过”指对特定波长或波段入射光的透过率在1％-80％。
本发明的技术方案如下：
一种铌酸镓镧晶体作为中红外波段非线性光学器件的应用，所述非线性光学器件中所用的非线性光学晶体为铌酸镓镧晶体，分子式为La3Ga5.5Nb0.5O14，且晶体沿相位匹配方向切割、通光面抛光并镀膜或不镀膜，利用铌酸镓镧晶体二阶非线性效应改变至少一束入射光的频率，产生至少一束另一特定频率的激光，通过非线性光学频率转换实现1.6-7.04μm中红外波段激光输出。
根据本发明铌酸镓镧晶体作为中红外波段非线性光学器件的应用，所述铌酸镓镧晶体在0.3-7.04μm范围内保持透过。
根据本发明铌酸镓镧晶体作为中红外波段非线性光学器件的应用，所述铌酸镓镧晶体实现非线性光学频率转换的方式为一类相位匹配或二类相位匹配。
根据本发明铌酸镓镧晶体作为中红外波段非线性光学器件的应用，所述非线性光学频率转换包括光参量放大、光参量振荡或差频等非线性光学过程。
根据本发明铌酸镓镧晶体作为中红外波段非线性光学器件的应用，包括以下方式之一：
方式一，铌酸镓镧晶体作为光参量放大器件，所述铌酸镓镧晶体的切割角度51.06-68.3°，晶体通光方向长度为25-200mm，表面抛光，镀膜或不镀膜，所述镀膜是对激励光、信号光及出射光高透的介质膜。有第一激励源的激励光及第二激励源的信号光入射到铌酸镓镧晶体上，经过铌酸镓镧晶体光参量放大后，出射一2.2-6.84μm的中红外激光。优选的，产生3.55μm的中红外激光输出。
另一优选方案为，当第一激励源为1.064μm调Q激光器或锁模激光器，第二激励源为1.28-1.38μm的可调谐信号光激光器，在调节信号光波长的同时通过改变晶体切割角度从56.56至62.1°，可实现4.64-5.86μm的可调谐中红外激光输出。
方式二，铌酸镓镧晶体作为光参量振荡器件，铌酸镓镧晶体的切割角度为51.06-68.3°，晶体通光方向长度为25-200mm，表面抛光，镀膜或不镀膜，若镀膜，则镀对激励光、信号光及出射光高透的介质膜，该激光器件激励源为1.064μm调Q激光器或锁模激光器，产生2.2-6.84μm的中红外激光输出。
方式三，铌酸镓镧晶体作为差频器件，所述铌酸镓镧晶体切割角度为52.98-67.82°，晶体通光方向长度为25-200mm，表面抛光，镀膜或不镀膜，若镀膜，则镀对激励光、信号光及出射光高透的介质膜，激励源为0.8μm连续激光器、调Q激光器或锁模激光器，产生1.6-7.04μm的中红外激光输出。
以上所述铌酸镓镧晶体切割形状为长方体或者圆柱体。晶体通光方向为长度方向。
根据本发明，铌酸镓镧晶体中红外波段非线性光学器件，包括用铌酸镓镧晶体按照相位匹配方向切割而成。优选的，所述铌酸镓镧晶体中红外波段非线性光学器件是：光参量放大激光器件、光参量振荡激光器件或差频激光器件。优选方案如下：
A.一种铌酸镓镧晶体光参量放大激光器件，所述铌酸镓镧晶体按照相位匹配方向切割，切割角度51.06-68.3°，晶体通光方向长度为25-200mm，通光面抛光并镀对激励光、信号光、出射光高透的介质膜。
该铌酸镓镧晶体光参量放大激光器件所用的第一激励源为1.064μm调Q激光器或锁模激光器，第二激励源为信号光激光器，波长范围为1.26-2μm。所述激励光及信号光入射到铌酸镓镧晶体上，经过所述铌酸镓镧晶体光参量放大激光器件放大后，产生2.2-6.84μm的中红外激光输出。
优选的，所述铌酸镓镧晶体切割角为53.02°；晶体通光方向长度为50-100mm，最优选长度为72mm。优选出射中红外激光为3.55μm。
B.一种铌酸镓镧晶体光参量振荡激光器件，所述铌酸镓镧晶体的切割角度为51.06-68.3°，晶体通光方向长度为25-200mm，通光面抛光并镀以对激励光、闲频光及信号光高透的介质膜。
该铌酸镓镧晶体光参量振荡激光器件所用的激励源是1.064μm调Q激光器或1.064μm锁模激光器。所述信号光和闲频光是由激励光在晶体中产生的二阶非线性效应所产生。该光参 量振荡激光器产生2.2-6.84μm的中红外激光输出。
C.一种铌酸镓镧晶体差频激光器件时，所述铌酸镓镧晶体切割角度为52.98-67.82°，晶体通光方向长度为25-200mm，通光面抛光并镀以对激励光、信号光及差频输出光高透的介质膜。
该铌酸镓镧晶体差频激光器件所用激励源为0.8μm连续激光器、调Q激光器或锁模激光器。该差频激光器产生1.6-7.04μm的中红外激光输出。
根据本发明优选的，以上所述铌酸镓镧晶体的通光方向长度为50-100mm；更优选长度为70-80mm。
下面是本发明的应用中，利用铌酸镓镧晶体作为中红外波段非线性光学器件的光参量放大器、光参量振荡器、差频激光器的优选方案：
a、一种光参量放大器，包括前述A.铌酸镓镧晶体光参量放大激光器件；其中所述铌酸镓镧晶体通光面光学抛光，并镀有对第一激励源激励光1.064μm、第二激励源信号光1.52μm以及出射光3.55μm高透的介质膜；所述铌酸镓镧晶体切割角为53.02°，晶体长度为72mm；该光参量放大器件包括沿光路设置的的第一激励源激励光激光器、第二激励源信号光激光器、分光镜、所述的铌酸镓镧晶体光参量放大激光器件、滤光片；经过所述的铌酸镓镧晶体光参量放大激光器件进行光参量放大后，通过滤光片滤过激励光得到3.55μm中红外激光输出。
b、一种光参量振荡器，包括前述B.铌酸镓镧晶体光参量振荡激光器件；其中所述铌酸镓镧晶体通光面光学抛光，镀有对激励源1.064μm激光、信号光1.28-1.38μm以及闲频光4.64-5.86μm高透的介质膜；铌酸镓镧晶体切割角为58.72°；出射中红外激光范围为4.64-5.86μm，铌酸镓镧晶体通光长度为78mm；该光参量振荡器包括有激励源，发射一束波长为1.064μm激光束，依次通过光隔离器、半波片，再经过两个红外反射镜及透镜聚焦到激光腔中，产生中红外激光输出；其中激光腔由输入镜及输出镜组成，所述输入镜为平面镜，两个通光面镀以对1.064μm激光高透过，对1.28-1.38μm及4.64-5.86μm高反射的介质膜，输出镜为平面镜，镀以对1.064μm及1.28-1.38μm高反射，对4.64-5.86μm部分透过，透过率为15％的介质膜；所述铌酸镓镧晶体光参量振荡激光器件置于输入镜及输出镜之间；通过改变铌酸镓镧晶体的角度从56.56至62.1°，可以实现4.64-5.86μm的中红外激光输出。
c、一种差频激光器，包括前述C.铌酸镓镧晶体差频激光器件；所述铌酸镓镧晶体通光面光学抛光，镀以对1.4μm及1.87μm高透过的介质膜；该铌酸镓镧晶体的切割角为56.38°，铌酸镓镧晶体通光方向长度为75mm；该差频激光器包括第一激励源、光隔离器、半波片、红外反射镜、透镜、铌酸镓镧晶体差频激光器件，第二激励源、光隔离器，半波片、红外反射镜；所述第一激励源为飞秒钛宝石激光器，产生波长为800nm的脉冲激光，依次经过光隔离器、半波片、红外反射镜、透镜、铌酸镓镧晶体器件；第二激励源的激励光波长为1.4μm；该第二激励源的激励光依次经过光隔离器、半波片、红外反射镜、透镜、铌酸镓镧晶体器件，与第一激励源的激光差频产生中红外激光输出，激光输出波长为1.87μm。
本发明所述铌酸镓镧晶体在入射光的激励下产生非线性响应，通过相位匹配实现中红外波段非线性光的有效产生。铌酸镓镧晶体易生长成大尺寸、高光学质量晶体，且易抛光，物理、化学性能稳定，且具有较宽的透过波段(0.3-7.04μm)、可实现近红外波段的激励、合适的双折射、较高的二阶非线性光学系数(1.8pm/V)、高抗光损伤阈值等优点，使得铌酸镓镧晶体器件可实现高能量、高效率中红外波段激光输出且具有输出范围连续可调的优势，具有重要的实用价值。
本发明使用铌酸镓镧晶体制作的非线性光学器件可实现中红外光学频率转化，与现有非线性光学器件相比，铌酸镓镧晶体具有较高的抗光损伤阈值(＞1GW/cm2)，较宽的透光范围(0.3-7.04μm)，较大的双折射，高化学稳定性等优势，可以更好的满足实际应用需求。
附图说明
图1为本发明的光参量放大器结构及光路示意图。其中，1是第一激励源激励光激光器；2是第二激励源信号光激光器；3是分光镜；4是铌酸镓镧晶体器件，沿晶体相位匹配方向切割，镀有对第一激励源激励光、第二激励源信号光以及出射光高透的介质膜；5是滤光片，图中箭头方向表示光的方向。
图2为本发明的光参量振荡激光器结构及光路示意图。其中，6为第一激励源；7为光隔离器；8为半波片；9，10为红外反射镜；11为透镜；12为入射镜，两个通光面镀以对激励光高透过且对信号光和闲频光高反射的介质膜；13为铌酸镓镧晶体器件，沿相位匹配方向切割，镀以对第一激励源激励光、以及所产生的闲频光及信号光高透过的介质膜；14为输出镜，镀以对信号光高反射且对闲频光部分透过的介质膜。图中箭头方向表示光的方向。
图3为本发明的差频激光器结构及光路示意图。其中，15为第一激励源；16，23为光隔离器；17，22为半波片；18，21为红外反射镜；19为透镜，20为铌酸镓镧晶体器件，沿晶体相位匹配方向切割，镀以对两个入射光及出射光高透的介质膜；24为第二激励源。图中箭头方向表示光的方向。
图4为本发明所用的铌酸镓镧晶体的透过率图谱。横坐标是波长(μm)，纵坐标是透过(％)。
图5是本发明铌酸镓镧晶体器件光参量放大及光参量振荡的第一类相位匹配调谐曲线。横坐标是θ(°)，纵坐标是波长(μm)。
图6是本发明铌酸镓镧晶体器件差频产生的第一类相位匹配调谐曲线。横坐标是θ(°)，纵坐标是波长(μm)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
本发明提供的非线性光学晶体为铌酸镓镧晶体，其化学式为La3Ga5.5Nb0.5O14。其点群为32，存在一类(入射的两束光偏振方式一致，均为e光)及二类相位匹配(入射的两束光偏振方向不一致，一束为o光，一束为e光)，相对应的有效二阶非线性系数为deff＝d11cos2θ(一 类位相匹配)及deff＝d11cosθ(二类位相匹配)，θ为相位匹配角度。
本发明通过如下所示的Sellmier方程计算铌酸镓镧晶体的相位匹配角度：
no2(λ)=3.6842+0.0466λ2-0.0297-0.0096λ2,]]>
ne2(λ)=3.7947+0.0508λ2-0.0325-0.0104λ2.]]>
参考文献为Electro-optic,PiezoelectricandDielectricPropertiesofLangasite,LanganiteandLangetaite,J.Stade,L.Bohaty,M.Hengst,R.B.Heimann,Crysta.Res.Technol.,vol.37,10,1113-1120,2002.
以下介绍用铌酸镓镧晶体制造的可调谐中红外激光器的具体实施方式。
实施例1：
一种铌酸镓镧晶体光参量放大激光器件，所述铌酸镓镧晶体通光面光学抛光，镀膜或不镀膜，若镀膜，则镀对激励光、信号光及出射光高透的介质膜；所述铌酸镓镧晶体切割角，即晶体通光方向与光轴的夹角为51.06-68.3°，优选的，晶体切割角为53.02°；中红外激光范围为2.2-6.84μm，优选的，出射中红外激光为3.55μm。晶体长度可以为25-200mm，优选的，晶体长度为72mm。
所述铌酸镓镧晶体光参量放大激光器件，工作原理如图1所示。光路中包括有第一激励源1(激励光)、第二激励源2(信号光)、分光镜3、铌酸镓镧晶体4，滤光片5。其中，第一激励源1发射一束激光束(激励光)，波长为1.064μm，依次通过分光镜3，铌酸镓镧晶体器件4，滤光片5；第二激励源2发射一束激光束(信号光)，依次通过分光镜3，铌酸镓镧晶体4。第一激励源激光器1是锁模脉冲激光器或调Q脉冲激光器，调Q可以是主动声光调Q、主动电光调Q及被动调Q。该激光器的激励方式可以是氙灯激励、半导体激光激励或固态激光激励。第二激励源2为信号光激光器，其波长范围为1.26-2μm。优选的，信号光波长可以为1.52μm。第一激励源产生的1.064μm激励光与第二激励源产生的1.52μm信号光入射到铌酸镓镧晶体4上，经过光参量放大后，产生中红外激光，其波长范围为2.2-6.84μm，优选的，出射中红外激光波长为3.55μm，之后经过滤光片5过滤掉激励光，得到3.55μm中红外激光输出。
在本实施例中，激励光波长为1.064μm时，经铌酸镓镧晶体光参量放大激光器件进行光参量放大所产生的中红外激光的波长及信号光波长与相位匹配角θ的关系如图5所示。
实施例2：
如实施例1所述，所不同的是第二激励源2为1.28-1.38μm的可调谐信号光激光器，在调节信号光波长的同时通过改变晶体切割角度从56.56-62.1°，可实现4.64-5.86μm的可调谐中红外激光输出。
实施例3：
一种铌酸镓镧晶体光参量振荡激光器，所述铌酸镓镧晶体通光面光学抛光，镀膜或不镀 膜，若镀膜，则镀有对激励源1.064μm激光、信号光1.26-2μm以及闲频光2.2-6.84μm高透的介质膜，优选的，镀以对1.34μm及5.16μm高透的介质膜；铌酸镓镧晶体切割角即晶体通光方向与光轴的夹角一般为51.06-68.3°，优选的，晶体切割角为58.72°；出射中红外激光范围为2.2-6.84μm，优选的，出射中红外激光为5.16μm。晶体长度为50-100mm，优选晶体长度为78mm。
本实施例所述光参量振荡器采用两镜驻波腔机构，该结构相对简单，适合于稳定的高功率输出。图2为实施例3的工作原理图。其中，6为第一激励源，发射一束波长为1.064μm激光束，依次通过光隔离器7，避免回光对激光器产生损伤；半波片8，调整激励光的偏振方向；再经过两个红外反射镜9,10及透镜11聚焦到激光腔中，产生中红外激光输出。其中激光腔由输入镜12及输出镜14组成，所述输入镜12两个通光面镀以对激励光高透过且对信号光和闲频光高反射的介质膜，输出镜14镀以对信号光高反射且对闲频光部分透过的介质膜。铌酸镓镧晶体器件13置于输入镜12及输出镜14之间。
光参量振荡器中仅有一束激励源激光打入晶体，利用晶体的二阶非线性效应产生闲频光及信号光。
所述激励源6是锁模脉冲激光器或调Q脉冲激光器，调Q可以是主动声光调Q、主动电光调Q及被动调Q。该激光器的激励方式可以是氙灯激励、半导体激光激励或固态激光激励。
所述输入镜12是平面镜或凹面镜，输出镜14平面镜或凹面镜。其中，凹面镜的曲率为20mm-1000mm，其凹面面对铌酸镓镧晶体器件。输入镜12和输出镜14之间的距离可按现有技术计算，使其有利于信号光振荡。本发明优选，输入镜和输出镜之间距离为15-200mm之间。输入镜12两面镀以对激励源激光器1.064μm激光高透过，对信号光1.26-2μm及闲频光2.2-6.84μm高反射的介质膜，优选的，镀以对1.34μm及5.16μm高反射的介质膜。输出镜14两面镀以对激励源激光器1.064μm激光及信号光1.26-2μm高反射，对2.2-6.84μm部分透过(1％-80％)的介质膜，优选的，镀以对1.34μm高反射，对5.16μm透过率为10％-30％的介质膜。
图5为激励光波长为1.064μm时，光参量振荡所产生的闲频光波长及信号光波长与相位匹配角θ的关系。(由于光参量放大与光参量振荡均为三波混频且均有一固定1.064μm波长激光进行激励，且两者在相位匹配计算中使用的色散方程等参数是一样的，因此计算所得的图谱也是一样的。)
实施例4：
如实施例3所述，所不同的是输入镜12镀以对1.064μm激光高透过，对1.28-1.38μm及4.64-5.86μm高反射的介质膜；输出镜14镀以对1.064μm及1.28-1.38μm高反射，对4.64-5.86μm部分透过，优选透过率为15％的介质膜。通过改变铌酸镓镧晶体的角度从56.56至62.1°，可以实现4.64-5.86μm的可调谐中红外激光输出。
实施例5：
一种铌酸镓镧晶体差频激光器件，所述铌酸镓镧晶体通光面光学抛光，镀膜或不镀膜，若镀膜，则镀有对第一激励源激光0.8μm、信号光0.91-1.6μm、输出波长1.6-7.04μm高透过的介质膜，优选的，所述铌酸镓镧晶体通光面镀以对1.4μm及1.87μm高透过的介质膜。该晶体的切割角可以为52.98-67.82°，优选的，所述铌酸镓镧晶切割角为56.38°，晶体长度为50-100mm；优选长度75mm。
实施例5的工作原理如图3所示。本实施例采用的差频激光器包括第一激励源15、光隔离器16，半波片17，红外反射镜18，透镜19，铌酸镓镧晶体器件20，第二激励源24、光隔离器23，半波片22，红外反射镜18、21。
所述第一激励源15为飞秒钛宝石激光器，该激光器光谱范围为500到1000nm，本实施例使用波长为800nm的脉冲激光，依次经过光隔离器16，半波片17，红外反射镜18，透镜19，铌酸镓镧晶体20。第二激励源24的激励光为0.91-1.6μm的激光，优选的，该第二激励源激光波长为1.4μm；该第二激励源激光依次经过光隔离器23，半波片22，红外反射镜21、18，透镜19，铌酸镓镧晶体20，与第一激励源15的激光差频产生中红外激光输出，激光输出波长可以为1.6-7.04μm，优选的，产生中红外激光输出波长为1.87μm。
图6为激励波长为0.8μm时，差频产生的中红外激光波长及信号光波长与相位匹配角θ的关系。
实施例6：
如实施例5所述，所不同的是第一激励源24为0.9-1.3μm的可调谐信号光激光器，通过改变铌酸镓镧晶体的角度从52.98至59.16°，可实现2.08-7.04μm的可调谐中红外激光输出。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变型都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。