CN117175339A - 一种宽调谐范围高分辨率的中远红外激光产生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种宽调谐范围高分辨率的中远红外激光产生方法，属于红外激光技术领域。所述方法同时控制BGSe晶体的角度和温度，首先在正入射的条件下改变晶体的温度，获得一定波段的高分辨率激光输出；然后改变晶体的角度至某一特定数值，再改变其温度，从而获得另一波段的的高分辨率激光输出；依次在不同角度下改变晶体的温度，可以获得一个较宽波段范围内的高分辨率激光输出。
Description
技术领域
本发明属于红外激光技术领域，尤其涉及一种宽调谐范围高分辨率的中远红外激光产生方法。
背景技术
当前，中远红外激光在光电对抗、环境监测、医学、分子光谱学、卫星等领域有着广泛而重要的应用。光参量振荡器(OPO)可将成熟的1μm激光转换为中远红外激光，并具有全固化、小型化、输出波长宽波段可调、结构简单等优点。波长调谐范围越宽，光源的可选择性越大，***越简洁。波长分辨率越高，越能对准目标波段，探测的灵敏度和精度越高。
而在一般情况下，宽波段调谐和高分辨率是一对矛盾。当调谐范围较宽时，单位步长一般较大，因此波长分辨率较低；当波长分辨率较高时，单位步长较小，因此调谐范围一般较窄。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提出一种宽调谐范围高分辨率的中远红外激光产生方法。所述方法包括：
所述方法利用激光产生装置来产生宽调谐范围高分辨率的中远红外激光；其中：
所述激光产生装置包括以下组件：沿光传输轴线依次配置的激光器、第一小孔光阑、望远镜***、第二小孔光阑、光参量振荡器、滤光片、锗片和能量计，所述光传输轴线位于以上各个组件的中心；
所述光参量振荡器内沿所述光传输轴线依次配置输入镜、温控炉和输出镜，所述温控炉内配置有可旋转平台，非线性晶体硒镓钡位于所述可旋转平台上；
所述激光器泵浦输出的脉冲激光作为泵浦光，所述泵浦光先后经所述第一小孔光阑、所述望远镜***和所述第二小孔光阑后到达所述光参量振荡器；
在所述光参量振荡器内，所述泵浦光经所述输入镜后由所述温控炉一侧的缝隙进入所述温控炉内部，经所述非线性晶体硒镓钡后分解为信号光和闲频光，所述信号光被所述输出镜反射，所述闲频光经所述输出镜、所述滤光片和所述锗片后被捕获，所述能量计用于检测所述闲频光；
所述闲频光为中远红外激光，对所述闲频光的调谐包括：
以所述中远红外激光的目标波长作为调谐所述闲频光的调谐目标；
配置所述泵浦光经所述非线性晶体硒镓钡的切割角，所述切割角为 θ表示切割方向与三维坐标系中Z轴的夹角，/>表示所述切割方向在X-O-Y平面上的投影与所述三维坐标系中X-O-Z平面的夹角，其中，所述闲频光的波长随θ的变化率远高于随/>的变化率，则配置所述切割角仅包括对切割角θ进行调谐；
当所述切割角θ在(40°,70°)内逐步递增时，所述闲频光的波长在(18μm,2μm)内逐步递减，且随着所述切割角θ递增，所述闲频光的波长的下降率逐步降低；
同时，所述温控炉内的温度在(20℃,200℃)内逐步递增时，所述闲频光的波长逐步递增，且所述切割角θ每减小1°，在同样的温度递增条件下，所述闲频光的波长的上升率逐步增加；
并且，所述闲频光的波长对所述切割角θ的敏感度高于对所述温控炉内的温度的敏感度，则通过先调节所述切割角θ的角度，后调节所述温控炉内的温度的方式，使得所述闲频光的波长等于所述中远红外激光的目标波长。
所述激光器为Nd:YAG激光器，其输出的所述泵浦光的脉宽范围为(1ns,100ns)，波长为1.06的μm。
所述第一小孔观澜用于滤除所述泵浦光中的杂散光，并动态调节所述泵浦光的光斑半径，使得经所述第一小孔光阑的泵浦光具有第一光斑半径R1。
所述望远镜***包括凸透镜和凹透镜，所述望远镜***用于进一步调节经所述第一小孔光阑的泵浦光的光斑半径，使得经所述望远镜***的泵浦光具有第二光斑半径R2。
所述第二小孔观澜用于调整所述泵浦光的传输方向，使得所述泵浦光的传输方向与所述光参量振荡器的竖直方向垂直，并进一步调节经所述望远镜***的泵浦光的光斑半径，使得经所述第二小孔观澜的泵浦光具有第三光斑半径R3，且R1>R2>R3。
经所述望远镜***的泵浦光相比于经所述第一小孔光阑的泵浦光，具有更高的光能量密度，且光能量损失率低于损失阈值，所述光能量损失率L＝1-E1/E2，E1为经所述望远镜***的泵浦光的光能量，E2为经所述第一小孔光阑的泵浦光的光能量。
在所述光参量振荡器内部，所述输入镜和所述输出镜均反射所述信号光且透射所述闲频光和所述泵浦光，所述非线性晶体硒镓钡透射所述泵浦光、所述信号光和所述闲频光。
所述信号光被所述输入镜和所述输出镜反射，反射过程中被所述非线性晶体硒镓钡透射，使得所述信号光在所述光参量振荡器中形成振荡效应。
所述输入镜每次反射所述信号光时，经所述输入镜反射的信号光与后续到达的泵浦光叠加，经所述硒镓钡晶体后分解出具有更高能量的信号光和闲频光，从而形成振荡叠加效应，使得所述输出镜透射出转换效率高于转换阈值的闲频光。
经所述输出镜后，所述光参量振荡器的输出包括：所述闲频光、未被完全分解的泵浦光以及未被完全反射的信号光。
所述滤光镜和所述锗片均对所述泵浦光和所述信号光高反，对所述闲频光高透，未被完全分解的泵浦光以及未被完全反射的信号光进一步被所述滤光镜和所述锗片过滤掉，仅所述闲频光抵达所述能量计。
所述滤光镜位于所述光传输轴线上，且不垂直于所述光传输轴线，与所述光传输轴线的夹角范围为[3°,10°]，使得被所述滤光镜反射的泵浦光不损伤所述光传输轴线上的其他组件。
所述锗片用于滤除波长低于1.7μm的所述未被完全分解的泵浦光以及所述未被完全反射的信号光。
当所述切割角θ＝62°，所述温控炉内的温度在(20℃,200℃)内逐步递增时，捕获的中远红外激光的波长为2.3-5μm。
当所述切割角θ＝59.8°，所述温控炉内的温度在(20℃,200℃)内逐步递增时，捕获的中远红外激光的波长为3-3.4μm。
当所述切割角θ＝57.7°，所述温控炉内的温度在(20℃,200℃)内逐步递增时，捕获的中远红外激光的波长为3.4-3.8μm。
本发明提出的技术方案同时控制BGSe晶体的角度和温度，首先在正入射的条件下改变晶体的温度，获得一定波段的高分辨率激光输出；然后改变晶体的角度至某一特定数值，再改变其温度，从而获得另一波段的的高分辨率激光输出；依次在不同角度下改变晶体的温度，联合起来可以获得一个较宽波段范围内的高分辨率激光输出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例的激光产生装置的组件示意图；
图2为I类相位匹配、φ＝0°条件下，不同温度不同θ角度时BGSe OPO的相位匹配曲线；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
BGSe：BaGa4Se7，硒镓钡，一种中远红外非线性晶体。
OPO：optical parametric oscillator，光参量振荡器，由非线性晶体和光学谐振腔组成，可以实现输出波长的大范围连续调谐。
ZGP：ZnGeP2，磷锗锌，一种中远红外非线性晶体。
MgO:PPLN:氧化镁掺周期极化铌酸锂，一种中红外非线性晶体。
角度调谐是实现宽波段波长调谐的一种技术。例如，使用2149nm激光泵浦ZGP晶体，当ZGP晶体的角度从51.2°调谐到50.3°时，获得了7.82-9.08μm范围内波长连续可调的远红外激光输出(调谐范围为1260nm)。大部分中远红外非线性晶体均具有一定的角度调谐能力。但是，这种调谐方式输出的激光波长的分辨率不高，难以完全对准目标波长。
温度调谐是实现波长调谐的另一种技术。例如，使用1064nm激光泵浦MgO:PPLN晶体(光栅周期26-31μm，分6块晶体)，当晶体的温度从25℃升高到200℃时，获得了2.2–4.8μm范围内波长连续可调的中红外激光输出，平均每块晶体的调谐范围为433nm。然而，单块晶体的输出波长的调谐范围不够，泵浦需要在数块晶体中来回切换方能实现较大范围内的激光波长输出，增加了***的复杂性。
与温度调谐相比，角度调谐的波长调谐范围更大一些，但缺点在于当改变晶体角度时，泵浦光不再以正入射方式进行非线性晶体，因此转换效率会有所下降，特别是当角度改变较大时，输出闲频光的转换效率会较低。而在温度调谐中，泵浦光相对晶体的位置不动，因此可以始终保持正入射状态，闲频光的转换效率较高。
KTA晶体，具有一定的角度调谐能力，但温度调谐能力太小；PPLN晶体具有一定的温度调谐能力，但是受限于晶体的生长尺寸，难以进行角度调谐。
本发明从实际需求和应用的角度出发，对中远红外非线性晶体BGSe进行理论和实验研究。利用非线性晶体BGSe在具备宽波段的角度调谐能力以及温度调谐能力，同时实现宽范围和高分辨率的波长调谐。
本发明提出同时控制BGSe晶体的角度和温度，首先在正入射的条件下改变晶体的温度，获得一定波段的高分辨率激光输出；然后改变晶体的角度至某一特定数值，再改变其温度，从而获得另一波段的的高分辨率激光输出；依次在不同角度下改变晶体的温度，联合起来可以获得一个较宽波段范围内的高分辨率激光输出。
本发明提出一种宽调谐范围高分辨率的中远红外激光产生方法。所述方法利用激光产生装置来产生宽调谐范围高分辨率的中远红外激光；其中：
所述激光产生装置包括以下组件(如图1所示)：沿光传输轴线依次配置的激光器、第一小孔光阑、望远镜***、第二小孔光阑、光参量振荡器、滤光片、锗片和能量计，所述光传输轴线位于以上各个组件的中心；
所述光参量振荡器内沿所述光传输轴线依次配置输入镜、温控炉和输出镜，所述温控炉内配置有可旋转平台，非线性晶体硒镓钡位于所述可旋转平台上；
所述激光器泵浦输出的脉冲激光作为泵浦光，所述泵浦光先后经所述第一小孔光阑、所述望远镜***和所述第二小孔光阑后到达所述光参量振荡器；
在所述光参量振荡器内，所述泵浦光经所述输入镜后由所述温控炉一侧的缝隙进入所述温控炉内部，经所述非线性晶体硒镓钡后分解为信号光和闲频光，所述信号光被所述输出镜反射，所述闲频光经所述输出镜、所述滤光片和所述锗片后被捕获，所述能量计用于检测所述闲频光；
所述闲频光为中远红外激光，对所述闲频光的调谐包括(如图2所示)：
以所述中远红外激光的目标波长作为调谐所述闲频光的调谐目标；
配置所述泵浦光经所述非线性晶体硒镓钡的切割角，所述切割角为 θ表示切割方向与三维坐标系中Z轴的夹角，/>表示所述切割方向在X-O-Y平面上的投影与所述三维坐标系中X-O-Z平面的夹角，其中，所述闲频光的波长随θ的变化率远高于随/>的变化率，则配置所述切割角仅包括对切割角θ进行调谐；
当所述切割角θ在(40°,70°)内逐步递增时，所述闲频光的波长在(18μm,2μm)内逐步递减，且随着所述切割角θ递增，所述闲频光的波长的下降率逐步降低；
同时，所述温控炉内的温度在(20℃,200℃)内逐步递增时，所述闲频光的波长逐步递增，且所述切割角θ每减小1°，在同样的温度递增条件下，所述闲频光的波长的上升率逐步增加；
并且，所述闲频光的波长对所述切割角θ的敏感度高于对所述温控炉内的温度的敏感度，则通过先调节所述切割角θ的角度，后调节所述温控炉内的温度的方式，使得所述闲频光的波长等于所述中远红外激光的目标波长。
所述激光器为Nd:YAG激光器，其输出的所述泵浦光的脉宽范围为(1ns,100ns)，波长为1.06的μm。
所述第一小孔观澜用于滤除所述泵浦光中的杂散光，并动态调节所述泵浦光的光斑半径，使得经所述第一小孔光阑的泵浦光具有第一光斑半径R1。
所述望远镜***包括凸透镜和凹透镜，所述望远镜***用于进一步调节经所述第一小孔光阑的泵浦光的光斑半径，使得经所述望远镜***的泵浦光具有第二光斑半径R2。
所述第二小孔观澜用于调整所述泵浦光的传输方向，使得所述泵浦光的传输方向与所述光参量振荡器的竖直方向垂直，并进一步调节经所述望远镜***的泵浦光的光斑半径，使得经所述第二小孔观澜的泵浦光具有第三光斑半径R3，且R1>R2>R3。
经所述望远镜***的泵浦光相比于经所述第一小孔光阑的泵浦光，具有更高的光能量密度，且光能量损失率低于损失阈值，所述光能量损失率L＝1-E1/E2，E1为经所述望远镜***的泵浦光的光能量，E2为经所述第一小孔光阑的泵浦光的光能量。
在所述光参量振荡器内部，所述输入镜和所述输出镜均反射所述信号光且透射所述闲频光和所述泵浦光，所述非线性晶体硒镓钡透射所述泵浦光、所述信号光和所述闲频光。
所述信号光被所述输入镜和所述输出镜反射，反射过程中被所述非线性晶体硒镓钡透射，使得所述信号光在所述光参量振荡器中形成振荡效应。
所述输入镜每次反射所述信号光时，经所述输入镜反射的信号光与后续到达的泵浦光叠加，经所述硒镓钡晶体后分解出具有更高能量的信号光和闲频光，从而形成振荡叠加效应，使得所述输出镜透射出转换效率高于转换阈值的闲频光。
经所述输出镜后，所述光参量振荡器的输出包括：所述闲频光、未被完全分解的泵浦光以及未被完全反射的信号光。
所述滤光镜和所述锗片均对所述泵浦光和所述信号光高反，对所述闲频光高透，未被完全分解的泵浦光以及未被完全反射的信号光进一步被所述滤光镜和所述锗片过滤掉，仅所述闲频光抵达所述能量计。
所述滤光镜位于所述光传输轴线上，且不垂直于所述光传输轴线，与所述光传输轴线的夹角范围为[3°,10°]，使得被所述滤光镜反射的泵浦光不损伤所述光传输轴线上的其他组件。
所述锗片用于滤除波长低于1.7μm的所述未被完全分解的泵浦光以及所述未被完全反射的信号光。
当所述切割角θ＝62°，所述温控炉内的温度在(20℃,200℃)内逐步递增时，捕获的中远红外激光的波长为2.3-5μm。
当所述切割角θ＝59.8°，所述温控炉内的温度在(20℃,200℃)内逐步递增时，捕获的中远红外激光的波长为3-3.4μm。
当所述切割角θ＝57.7°，所述温控炉内的温度在(20℃,200℃)内逐步递增时，捕获的中远红外激光的波长为3.4-3.8μm。
在一些实施例中，Nd：YAG输出脉宽为几纳秒至几十纳秒的1.06μm脉冲激光，D1为小孔光阑；T为望远镜***，用于压缩泵浦光光斑直径；D2为小孔光阑；M1镜对泵浦光(1064nm)高透，对信号光高反；M2为OPO输出镜，对泵浦光高透、信号光高反、闲频光高透。
在一些实施例中，BGSe置于温控炉内，温控炉改变晶体的温度；温控炉置于可旋转平台上，旋转平台改变晶体的角度。BGSe晶体的角度由θ和φ两个角度确定，θ表示切割方向与三维坐标系中Z轴的夹角，φ表示切割方向在X-O-Y平面上的投影与三维坐标系中X-O-Z平面的夹角。其中，输出波长随θ的变换率要远高于φ。因此，这里选择固定φ角，通过改变θ角来达到改变输出激光波长的目的。
在一些实施例中，F为滤光片，用于滤除OPO腔镜输出的剩余泵浦光和信号光，F对泵浦光和信号光高反、对闲频光高透。G为锗片，用于滤除1.7μm以下残余的泵浦光和信号光。
如图2所示，可见20℃、110℃、200℃条件下BGSe OPO的输出波长与角度θ之间的关系。为获得宽调谐范围高分辨率的激光输出，可以固定晶体的几个特定角度θ，然后对其进行温度调谐。其中第二个固定角度在最低温度下的输出波长应等于或略小于第一个固定角度在最高温度下的输出波长，以便整个调谐过程能够覆盖全部的目标波段。
以输出2.3-5μm激光为例，首先将晶体角度θ调整为62°，将温度从20℃调整至200℃，可以获得2.5-3μm的激光输出。
然后，将角度θ调整至59.8°，温度从20℃调整至200℃，可以获得3-3.4μm的激光输出。
其中，晶体在角度θ＝62°、温度200℃下的输出波长为3μm，而晶体在角度θ＝59.8°、温度20℃下的输出波长也为3μm。
再将角度θ调整至57.7°，将温度从20℃调整至200℃，可以获得3.4-3.8μm的激光输出。
依次改变晶体的θ角和温度，可以获得2.5-5μm宽范围的激光输出，其平均波长分辨率为3.5nm/℃。
具体示例1
Nd：YAG输出脉宽为几纳秒至几十纳秒的1.06μm脉冲激光，D1为小孔光阑；T为望远镜***，用于压缩泵浦光光斑直径；D2为小孔光阑，M1镜对泵浦光(1064nm)高透，对信号光(1.35-1.65μm)高反；M2为OPO输出镜，对泵浦光(1064nm)高透、信号光(1.35-1.65μm)高反、闲频光(3-5μm)高透。BGSe置于温控炉内，温控炉改变晶体的温度；温控炉置于可旋转平台上，旋转平台改变晶体的θ角。F为滤光片，用于滤除OPO腔镜输出的剩余泵浦光和信号光，F对泵浦光(1064nm)和信号光(1.35-1.65μm)高反、对闲频光(3-5μm)高透。G为锗片，用于滤除1.7μm以下残余的泵浦光和信号光。
正入射时BGSe晶体的θ角选定为55.6°，温度在25℃-200℃范围内进行调谐，BGSe晶体θ角设置为5个档位，分别为59.7°、57.6°、55.6°、53.8°、52.0°，不同角度下输出波长随温度的变化如表1所示。
表1：BGSe晶体在输出3-5μm激光时的晶体角度(φ＝0°，I类)
在正入射条件下(θ＝55.6°)，输出波长的调谐范围为3796-4246nm，波长分辨率为2.57nm/℃。在θ＝53.8°条件下，输出波长的调谐范围为4207-4698nm，波长分辨率为2.81nm/℃。综合5个档位的角度，BGSe OPO可获得3-5μm的中远红外激光输出，平均的波长分辨率为2.59nm/℃。
商用温控炉的温度调节分辨率可达到0.1℃且稳定性较好，因此可在一个简洁的***中获得平均分辨率为0.259nm、调谐范围达3-5μm的中红外激光输出。
具体示例2
Nd：YAG输出脉宽为几纳秒至几十纳秒的1.06μm脉冲激光，D1为小孔光阑；T为望远镜***，用于压缩泵浦光光斑直径；D2为小孔光阑；M1镜对泵浦光(1064nm)高透，对信号光(1.14-1.35μm)高反；M2为OPO输出镜，对泵浦光(1064nm)高透、信号光(1.14-1.35μm)高反、闲频光(5-15μm)高透。BGSe置于温控炉内，温控炉改变晶体的温度；温控炉置于可旋转平台上，旋转平台改变晶体的角度。F为滤光片，用于滤除OPO腔镜输出的剩余泵浦光和信号光，F对泵浦光(1064nm)和信号光(1.14-1.35μm)高反、对闲频光(5-15μm)高透。G为锗片，用于滤除1.7μm以下残余的泵浦光和信号光。
正入射时BGSe晶体的θ角选定为46.1°，温度在25℃-200℃范围内进行调谐，BGSe晶体θ角设置为9个档位，分别为50.9°、49.1°、48.1°、47.1°、46.1°、44.5°、43.3°、42.4°、41.1°，不同角度下输出波长随温度的变化如表2所示。
表2：BGSe晶体在输出5-15μm激光时的晶体角度(φ＝0°，I类)
在正入射条件下(θ＝46.1°)，输出波长的调谐范围为7000-8044nm，波长分辨率为5.96nm/℃。在θ＝44.5°条件下，输出波长的调谐范围为8000-9361nm，波长分辨率为7.78nm/℃。综合9个档位的角度，BGSe OPO可获得5-15μm的中远红外激光输出，平均的波长分辨率为6.35nm/℃。
商用温控炉的温度调节分辨率可达到0.1℃且稳定性较好，因此本方案可在一个简洁的***中获得平均分辨率为0.635nm、调谐范围达5-15μm的远红外激光输出。
具体示例3
输出波长的波段范围可在2.3-17μm范围内进行变化，例如输出4-6μm或8-14μm等，可以通过类似的方法获得宽调谐范围高分辨率的激光输出。
正入射时BGSe晶体的θ角选定为51.2°，温度在25℃-200℃范围内进行调谐，BGSe晶体θ角设置为4个档位，分别为54.7°、53.0°、51.2°、49.7°，不同角度下输出波长随温度的变化如表3所示。
表3：BGSe晶体在输出4-6μm激光时的晶体角度(φ＝0°，I类)
在正入射条件下(51.2°)，输出波长的调谐范围为4900-5492nm，波长分辨率为3.38nm/℃。在θ＝49.7°条件下，输出波长的调谐范围为5400-6057nm，波长分辨率为3.75nm/℃。综合4个档位的角度，BGSe OPO可获得4-6μm的中远红外激光输出，平均的波长分辨率为2.94nm/℃。
商用温控炉的温度调节分辨率可达到0.1℃且稳定性较好，因此本方案可在一个简洁的***中获得平均分辨率为0.294nm、调谐范围达4-6μm的远红外激光输出。
可见，本发明提供的宽调谐范围高分辨率中远红外激光产生办法，可在某一装置中同时实现大的波长范围调谐和高的波长分辨率，该***能够同时满足不同波段波长的应用需求，且能够高效对准目标波长。从而大大降低***的复杂性，这在卫星等航天器中具有广泛的应用前景。
请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种宽调谐范围高分辨率的中远红外激光产生方法，其特征在于，所述方法利用激光产生装置来产生宽调谐范围高分辨率的中远红外激光；其中：
所述激光产生装置包括以下组件：沿光传输轴线依次配置的激光器、第一小孔光阑、望远镜***、第二小孔光阑、光参量振荡器、滤光片、锗片和能量计，所述光传输轴线位于以上各个组件的中心；
所述光参量振荡器内沿所述光传输轴线依次配置输入镜、温控炉和输出镜，所述温控炉内配置有可旋转平台，非线性晶体硒镓钡位于所述可旋转平台上；
所述激光器泵浦输出的脉冲激光作为泵浦光，所述泵浦光先后经所述第一小孔光阑、所述望远镜***和所述第二小孔光阑后到达所述光参量振荡器；
在所述光参量振荡器内，所述泵浦光经所述输入镜后由所述温控炉一侧的缝隙进入所述温控炉内部，经所述非线性晶体硒镓钡后分解为信号光和闲频光，所述信号光被所述输出镜反射，所述闲频光经所述输出镜、所述滤光片和所述锗片后被捕获，所述能量计用于检测所述闲频光；
所述闲频光为中远红外激光，对所述闲频光的调谐包括：
以所述中远红外激光的目标波长作为调谐所述闲频光的调谐目标；
配置所述泵浦光经所述非线性晶体硒镓钡的切割角，所述切割角为 θ表示切割方向与三维坐标系中Z轴的夹角，/>表示所述切割方向在X-O-Y平面上的投影与所述三维坐标系中X-O-Z平面的夹角，其中，所述闲频光的波长随θ的变化率远高于随/>的变化率，则配置所述切割角仅包括对切割角θ进行调谐；
当所述切割角θ在(40°,70°)内逐步递增时，所述闲频光的波长在(18μm,2μm)内逐步递减，且随着所述切割角θ递增，所述闲频光的波长的下降率逐步降低；
同时，所述温控炉内的温度在(20℃,200℃)内逐步递增时，所述闲频光的波长逐步递增，且所述切割角θ每减小1°，在同样的温度递增条件下，所述闲频光的波长的上升率逐步增加；
并且，所述闲频光的波长对所述切割角θ的敏感度高于对所述温控炉内的温度的敏感度，则通过先调节所述切割角θ的角度，后调节所述温控炉内的温度的方式，使得所述闲频光的波长等于所述中远红外激光的目标波长。
2.根据权利要求1所述的一种宽调谐范围高分辨率的中远红外激光产生方法，其特征在于：
所述激光器为Nd:YAG激光器，其输出的所述泵浦光的脉宽范围为(1ns,100ns)，波长为1.06的μm；
所述第一小孔观澜用于滤除所述泵浦光中的杂散光，并动态调节所述泵浦光的光斑半径，使得经所述第一小孔光阑的泵浦光具有第一光斑半径R1；
所述望远镜***包括凸透镜和凹透镜，所述望远镜***用于进一步调节经所述第一小孔光阑的泵浦光的光斑半径，使得经所述望远镜***的泵浦光具有第二光斑半径R2；
所述第二小孔观澜用于调整所述泵浦光的传输方向，使得所述泵浦光的传输方向与所述光参量振荡器的竖直方向垂直，并进一步调节经所述望远镜***的泵浦光的光斑半径，使得经所述第二小孔观澜的泵浦光具有第三光斑半径R3，且R1>R2>R3；
经所述望远镜***的泵浦光相比于经所述第一小孔光阑的泵浦光，具有更高的光能量密度，且光能量损失率低于损失阈值，所述光能量损失率L＝1-E1/E2，E1为经所述望远镜***的泵浦光的光能量，E2为经所述第一小孔光阑的泵浦光的光能量。
3.根据权利要求1所述的一种宽调谐范围高分辨率的中远红外激光产生方法，其特征在于：
在所述光参量振荡器内部，所述输入镜和所述输出镜均反射所述信号光且透射所述闲频光和所述泵浦光，所述非线性晶体硒镓钡透射所述泵浦光、所述信号光和所述闲频光；
所述信号光被所述输入镜和所述输出镜反射，反射过程中被所述非线性晶体硒镓钡透射，使得所述信号光在所述光参量振荡器中形成振荡效应；
所述输入镜每次反射所述信号光时，经所述输入镜反射的信号光与后续到达的泵浦光叠加，经所述硒镓钡晶体后分解出具有更高能量的信号光和闲频光，从而形成振荡叠加效应，使得所述输出镜透射出转换效率高于转换阈值的闲频光。
4.根据权利要求3所述的一种宽调谐范围高分辨率的中远红外激光产生方法，其特征在于：
经所述输出镜后，所述光参量振荡器的输出包括：所述闲频光、未被完全分解的泵浦光以及未被完全反射的信号光；
所述滤光镜和所述锗片均对所述泵浦光和所述信号光高反，对所述闲频光高透，未被完全分解的泵浦光以及未被完全反射的信号光进一步被所述滤光镜和所述锗片过滤掉，仅所述闲频光抵达所述能量计；
所述滤光镜位于所述光传输轴线上，且不垂直于所述光传输轴线，与所述光传输轴线的夹角范围为[3°,10°]，使得被所述滤光镜反射的泵浦光不损伤所述光传输轴线上的其他组件；
所述锗片用于滤除波长低于1.7μm的所述未被完全分解的泵浦光以及所述未被完全反射的信号光。
5.根据权利要求1所述的一种宽调谐范围高分辨率的中远红外激光产生方法，其特征在于：
当所述切割角θ＝62°，所述温控炉内的温度在(20℃,200℃)内逐步递增时，捕获的中远红外激光的波长为2.3-5μm；
当所述切割角θ＝59.8°，所述温控炉内的温度在(20℃,200℃)内逐步递增时，捕获的中远红外激光的波长为3-3.4μm；
当所述切割角θ＝57.7°，所述温控炉内的温度在(20℃,200℃)内逐步递增时，捕获的中远红外激光的波长为3.4-3.8μm。
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