CN101771238A - 一种用于拉曼光谱分析的765nm-780nm脉冲激光器 - Google Patents
一种用于拉曼光谱分析的765nm-780nm脉冲激光器 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于拉曼光谱分析的765nm-780nm脉冲激光器,980nm激光二极管(101)端面泵浦激光增益介质(103),由反射镜(102)及输出镜(105)构成谐振腔,产生1520nm-1560nm的基频光(108)通过倍频晶体(104)在谐振腔内发生谐振,输出波长760nm-780nm的脉冲激光(109),经过光纤耦合系统(106)后输出所需波长(110)。本发明采用激光玻璃作为激光增益介质,提高激光器稳定性,价格便宜,整套系统价格只要传统钛宝石激光器的五分之一。主要用于功率低,便携式的拉曼光谱分析仪中。
Description
技术领域
本方案设计的765nm-780nm脉冲激光器,属光电子领域。
技术背景
拉曼光谱是一种散射光谱,它是1928年印度物理学家C V Raman发现的。拉曼光谱作为一种鉴定物质结构的分析测试手段而被广泛应用,尤其是60年代以后,激光光源的引入、微弱信号检测技术的提高和计算机的应用,使拉曼光谱分析在许多应用领域取得很大的发展。目前,拉曼光谱已广泛应用于材料、化工、石油、高分子、生物、环保、地质等领域。就分析测试而言,拉曼光谱和红外光谱相配合可以更加全面地研究分子的运动状态,提供更多的分子结构分析方面的信息。
目前的拉曼光谱仪光源的可见光激光器应用最多的是氩离子激光器,可产生10种波长的激光,其中最强的是488纳米(蓝光)和514纳米(绿光)激光器;另外,532纳米固体二极管泵浦激光器、632.8纳米(红光)、780纳米等可见光激光器;以及785纳米二极管、830纳米近红外激光器;掺钕的钇铝石榴石(YAG)激光器被用作傅里叶变换拉曼光谱的光源,其激光波长为1064纳米(红外);染料激光器是目前较成熟、应用较为普遍的可调谐激光器,是共振拉曼研究时的理想光源。研究生物蛋白质、细胞等,则需要波长较长的近红外光,避免了荧光对拉曼光谱的干扰。但对于一些深色、黑色粉末样品,由于近红外的热效应,而使热背景干扰拉曼光谱,这时选择可见光区的激光比较合理。对于研究化学发光和荧光光谱,则选择紫外激光器。所以在研究颜料时,需要选配514纳米和785(或830纳米)纳米两种波长的激光器,对于蓝、绿色颜料则采用514纳米的激光器进行分析,对于红、黄、白色颜料采用785纳米的激光器进行分析。
国内现有的拉曼光谱仪大多都是研究级的,体积庞大,价格昂贵,还需要专业技术人员操作,在检测领域中很难到达普及,特别是780nm激光器目前比较少,远远满足不了名用与军用的要求。目前比较多可调谐光源是钛宝石激光器或者染料激光器,而钛宝石激光器需要用较大功率的532nm泵浦,整台设备体质非常庞大,还需要防震平台,而染料激光器因为需要有新鲜的染料溶液不断通过激活区,使用非常不方便。为了克服这些缺点,本设计研制了一台体积小、质量轻,稳定可靠,操作简单的用激光玻璃泵浦LN倍频的激光器,它和传统的钛宝石可调谐激光器或者染料激光器相比,这种激光器稳定性高,重量轻,有利于拉曼光谱技术便携式的发展。
发明内容
本发明目的是解决目前拉曼光谱分析中765nm-780nm光源较少,且价格高,体积庞大等缺点。为了实现重量轻、激光稳定性高,易实现便携式等特点,本设计采用以下方案实现的:
1.传统的钛宝石可调谐激光器,用蓝绿激光器作为泵浦源,整套系统分有两个部分,体积庞大,价格昂贵不少于50万人民币。而本发明采用激光玻璃作为激光增益介质,提高激光器稳定性,价格便宜,整套系统价格只要传统钛宝石激光器的五分之一。主要用于功率低,便携式的拉曼光谱分析仪中。激光玻璃主要有如:Er/Yb共掺磷酸盐玻璃、N21型掺钕磷酸盐激光玻璃、N31型掺钕磷酸盐激光玻璃,其输出光谱在1520nm-1560nm。在Er+3在Er2O3浓度为2%~5%(或者Er+3离子浓度在2×1019cm-3~5×1019cm--3之间),Er+3离子浓度只有足够低才能产生合理的激发阈值。Er+3为三能级系统,在达到阈值之前必须要大约60%的离子得到激发,另一方面,Er+3的离子浓度必须足够高,以便从Yb+3到Er+3的能量转移效率比较高。所以,Er玻璃中Yb+3离子浓度是1.5×1021cm-3~5×1021cm-3,Er+3离子浓度为1019cm-3的量级。
2.采用脉冲调制电源,980nm激光二极管,是因为在Er和Yb共掺磷酸盐玻璃中,抽运能量首先被Yb+3吸收,再转移到Er+3。Yb+3吸收900nm~1000nm的抽运光,主要的吸收波长落在915nm~980nm,吸收峰值为976nm。LD脉冲抽运有利于提高铒玻璃的重频和抽运效率。
3.选用LBO,KTP,LN等倍频晶体在腔内倍频,端面上镀有1550nm/775nm增透膜,提高倍频效率。
4.目前常用的可调谐激光器体积庞大,且一般采用直接输出方式,光路调节不灵活,而本设计采用光纤耦合输出,出纤光斑尺寸小,光束质量好,耦合效率高达80%,提高输出功率的稳定性。
5.采用F-P标准具选频,实现单波长的调制。这样同时满足了多波长及单波长的使用。一种用于拉曼光谱分析的765nm-780nm脉冲激光器工作原理:如图1所示,由半导体激光二极管(101)泵浦激光增益介质掺铒磷酸盐玻璃(103),由在反射镜(102)及输出镜(105)构成激光谐振腔,谐振腔中产生1520nm-1560nm的基频光(108)通过端面镀有1550nm/775nm膜系的倍频晶体(104),最后通过光纤耦合系统(106)输出760nm-780nm的激光。
附图说明
图1为本发明的激光器原理示意图
图2为实施例1激光器结构示意图
图3为实施例2激光器结构示意图
具体实施方式
实施例一:如图2所示,由半导体激光二极管(201),采用脉冲调制电源,端面泵浦激光增益介质尺寸为2x2x3掺铒磷酸盐玻璃(203),S1:HT-980nm,AR-1560(+/-20nm)&780(+/-10nm),产生1520nm-1560nm的激光,经过尺寸2.5x3x1.5KTP倍频晶体(204),S1,S2:AR-1550/775nm,在反射镜(202)与输出镜(205)内发生谐振,产生760nm-780nm的倍频光,最后经过光纤耦合输出(206)。实验中得到了重复频率1kHz,单次脉冲能量为3uj,脉宽为20ns的激光。
实施例二:如图3所示,由半导体激光二极管(301),采用脉冲调制电源,端面泵浦激光增益介质尺寸为2x2x3掺铒磷酸盐玻璃(303),S1:HT-980nm,AR-1560(+/-20nm)&780(+/-10nm),产生1520nm-1560nm的激光,经过尺寸2.5x3x1.5KTP倍频晶体(304),S1,S2:AR-1550/775nm,在反射镜(302)与输出镜(305)内发生谐振,产生760nm-780nm的倍频光,最后经过光纤耦合输出(306)。实验中得到了重复频率1kHz,单次脉冲能量为3uj,脉宽为20ns的激光。在腔外通过标准具(308)选频,实现单波长的调制。
Claims (5)
1.一种用于拉曼光谱分析的765nm-780nm脉冲激光器,包括脉冲激光二极管,整形部分,掺铒磷酸盐玻璃,谐振腔,腔内倍频晶体。
2.如权利1所述的一种用于拉曼光谱分析的765nm-780nm脉冲激光器,其特征在于:所述激光器采用980nm脉冲工作方式。
3.如权利1所述的一种用于拉曼光谱分析的765nm-780nm脉冲激光器,其特征在于:所述掺铒磷酸盐玻璃,其输出光谱在1520nm-1560nm。
4.如权利1所述的一种用于拉曼光谱分析的765nm-780nm脉冲激光器,其特征在于:采用LN、KTP或者LBO作为腔内倍频晶体,镀有S1,S2:AR-1560(+/-20nm)&780(+/-10nm)。
5.如权利1所述的一种用于拉曼光谱分析的765nm-780nm脉冲激光器,其特征在于:所述激光器采用标准具选频,实现单波长的调制。
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2009
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