CN102044839A - 一种双波长跃迁受激拉曼和频激光波长转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双波长跃迁受激拉曼和频激光波长转换装置，包括依次设置的一共用谐振腔镜，一具有两个能级以上激光跃迁的激光增益介质，一受激拉曼晶体，一非线性和频晶体，一拉曼输出耦合镜和一激光输出耦合镜。本发明的双波长跃迁受激拉曼和频激光波长转换装置可以有效拓宽可用的单谱线激光波长数量。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光波长装换装置，具体的涉及一种双波长跃迁受激拉曼和频激光波长转换装置。
背景技术
通常固体激光器的输出激光波长来自于激光材料的能级跃迁，可实际应用的固体激光材料不是很多，每种固体激光材料也只有少数可用的激光跃迁谱线，因此能够实用的单谱线波长不能满足不断增长的需求。
随着非线性光学频率转换技术及相应的非线性光学晶体的研究发展，通过非线性光学频率转换技术可以把来自于激光晶体能级跃迁的波长转换为新的激光波长，这些技术分别称为非线性光学倍频、和频、差频和光学参量变换等技术。在非线性光学和频技术中，最常用的是参与和频的两个不同波长的激光都是来自于激光材料的能级跃迁，如美国专利技术No.5.345.457的两个子谐振腔通过两个激光晶体的能级跃迁分别产生1064nm和1318nm两个不同波长的基频光，这两个基频光束再通过谐振腔公共重合部分的和频晶体产生了589nm的波长输出。类似的国内技术有申请号为200410010917.6的授权发明专利，该专利技术提出了一种腔内和频的折叠腔结构。通过和频技术获得新波长的专利技术还有美国专利No.：US20040125834A1，该专利技术中参与和频的两个不同波长的基频光中一个由固体激光材料的准三能级跃迁获得，另一个由固体激光材料的四能级跃迁获得。
激光频率转换的另一种方法是受激拉曼散射技术，该技术是通过拉曼散射介质的受激拉曼散射引起的频移，把入射并通过拉曼散射介质的基频光转换为新波长的激光。这种新波长的激光又可继续通过非线性光学的倍频技术再转换为另一个波长的激光。中国专利申请了这种拉曼激光的倍频技术，申请号分别为200810138022.9和200720029555.4等。
发明内容
本发明的目的是结合以上背景技术，提出了一种双波长跃迁受激拉曼和频激光波长转换装置，进一步拓宽可用的单谱线激光波长数量。
为了解决上述技术问题，实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：
一种双波长跃迁受激拉曼和频激光波长转换装置，包括依次设置的一共用谐振腔镜，一拉曼输出耦合镜和一激光输出耦合镜，所述共用谐振腔镜与所述拉曼输出耦合镜之间依次设置有一具有两个能级以上激光跃迁的激光增益介质，一受激拉曼散射介质和一非线性和频晶体。
优选的，把共用谐振腔镜的相关膜系制备在所述激光增益介质的输入表面构成制备有腔镜的激光增益介质，从而取消单独的透镜，其中，所述制备有腔镜的激光增益介质的表面可以是凹面，也可以是平面或凸面。
优选的，所述制备有腔镜的激光增益介质采用掺杂有稀土元素的激光晶体。
本发明的双波长跃迁受激拉曼和频激光波长转换装置的工作原理如下：
当谐振腔内的激光增益介质被外部光源发出的泵浦光泵浦时，由于该激光增益介质的不同能级跃迁分别产生了跃迁波长为λ0的激光和第二波长为λ2的激光能级跃迁激光。其中，所述波长为λ0的激光在共用谐振腔镜与激光输出耦合镜传播振荡，所述第二波长为λ2的激光能级跃迁激光在共用谐振腔镜与拉曼输出耦合镜之间传播振荡。所述波长为λ0的激光光束通过所述受激拉曼散射介质时，由于受激拉曼散射效应，使波长为λ0的激光频移产生了第一波长为λ1的受激拉曼频移激光，并在共用谐振腔镜与拉曼输出耦合镜之间传播振荡。当所述第一波长为λ1的受激拉曼频移激光光束和第二波长为λ2的激光能级跃迁激光光束同时入射并通过非线性和频晶体时，由于非线性和频相互作用，产生了不同于第一波长为λ1和第二波长为λ2的新的第三波长为λ3的和频激光。并由拉曼输出耦合镜和激光输出耦合镜输出。
其中，所述λ1、λ2和λ3应满足和频关系1/λ3＝1/λ2+1/λ1。所述非线性和频晶体需要按所述λ1、λ2和λ3的非线性和频相互作用的位相匹配方向切割，使所述λ1、λ2和λ3在所述非线性和频晶体中传播时满足位相匹配关系
其中，
和
都是矢量，并分别是所述波长为λ1的受激拉曼频移激光、波长为λ2的激光能级跃迁激光和波长为λ3的和频激光在所述非线性和频晶体中传播时的折射率。
通过上述技术的应用，本发明的双波长跃迁的受激拉曼和频激光波长转换装置可以有效拓宽可用的单谱线激光波长数量。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的双波长跃迁受激拉曼和频激光波长转换装置一实施例的结构示意图。
图2是图1中揭露的实施例的进一步改进的结构示意图。
图中标号说明：1、共用谐振腔镜，2、激光增益介质，3、受激拉曼散射介质，4、非线性和频晶体，5、拉曼输出耦合镜，6、激光输出耦合镜，7、制备有腔镜的激光增益介质。
具体实施方式
参见图1所示，一种双波长跃迁的受激拉曼和频激光波长转换装置，包括依次设置的一共用谐振腔镜1，一拉曼输出耦合镜5和一激光输出耦合镜6，所述共用谐振腔镜1与所述拉曼输出耦合镜5之间依次设置有一具有两个能级以上激光跃迁的激光增益介质2，一受激拉曼散射介质3和一非线性和频晶体4。
优选的，参见图2所示，把共用谐振腔镜1的相关膜系制备在所述激光增益介质2的输入表面构成具有谐振腔镜的激光增益介质7，从而取消单独的透镜，其中，所述具有谐振腔镜的激光增益介质7的表面可以是凹面，也可以是平面或凸面。
以下以优选的方案对本发明做进一步详细的描述：
其中，所述具有谐振腔镜的激光增益介质7采用具有1064nm和1123nm波长的激光跃迁谱线的掺杂有稀土元素的激光晶体，如Nd:YAG晶体，其与所述受激拉曼散射介质的相反方向的表面可以是平面或曲面，制备对波长为1064nm、1123nm和1198nm的光束反射率大于99.5％，对波长为808nm的光束透过率大于90％的多层介质膜，另一面制备对波长为1064nm、1123nm和1198nm的光束透过率大于99％的增透膜。所述受激拉曼散射介质3采用Ba(NO3)2晶体，两个通光面制备对1064nm、1123nm和1198nm的双波长增透膜，透过率大于99％。
进一步的，非线性和频晶体4采用LBO、BiBO、KTP或KTA等非线性和频晶体，按1123nm波长与1198nm波长和频产生580nm波长的位相匹配方向切割，非线性和频晶体4的两个通光面都制备对1064nm、1123nm、1198nm和580nm等四个波长的光束的增透膜。
进一步的，拉曼输出耦合镜5的靠近非线性和频晶体4的表面膜系制备要求为对1064nm和1198nm两个波长的光束的反射率大于99.5％的多层介质膜，对1123nm波长的透过率大于99.5％以及对580nm波长的透过率大于95％，的增透膜，另一面制备要求对1123nm波长的透过率大于99.5％和对580nm波长的透过率大于95％的增透膜。激光输出耦合镜6的靠近拉曼输出耦合镜5表面的膜系制备要求对1123nm波长的反射率大于99.5％，对580nm波长的透过率大于95％的多层介质膜，另一面制备对580nm波长的透过率大于99％增透膜。
当谐振腔内的Nd:YAG晶体被外部光源泵浦时，产生了波长为1064nm和1123nm波长的激光跃迁，分别在共用谐振腔镜1和激光输出耦合镜6以及共用谐振腔镜1和拉曼输出耦合镜5之间传播振荡。当波长为1064nm波长的激光束通过Ba(NO3)2晶体时，由于受激拉曼散射效应使1064nm波长的激光频移产生了波长为1198nm波长的激光，该波长的激光也在共用谐振腔镜1和拉曼输出耦合镜5之间传播振荡。由于非线性和频晶体4是按1123nm与1198nm波长和频产生580nm波长的位相匹配方向切割，当1123nm与1198nm波长的激光同时入射并通过非线性和频晶体4时，由于非线性光学和频相互作用，产生了波长为580nm的和频激光，并由拉曼输出耦合镜5和激光输出耦合镜6输出。
进一步的，所述拉曼输出耦合镜5与激光输出耦合镜6的位置可以对换，所述拉曼输出耦合镜5与激光输出耦合镜6的位置对换后，所述受激拉曼散射介质3置于所述拉曼输出耦合镜5与激光输出耦合镜6之间。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种双波长跃迁受激拉曼和频激光波长转换装置，包括依次设置的一共用谐振腔镜(1)，一拉曼输出耦合镜(5)和一激光输出耦合镜(6)，其特征在于：所述共用谐振腔镜(1)与拉曼输出耦合镜(5)之间依次设置有一具有两个能级以上激光跃迁的激光增益介质(2)，一受激拉曼散射介质(3)和一非线性和频晶体(4)。
2.根据权利要求1所述的双波长跃迁受激拉曼和频激光波长转换装置，其特征在于：所述共用谐振腔镜(1)的相关膜系制备在所述激光增益介质(2)的输入端表面，构成制备有腔镜的激光增益介质(7)。
3.根据权利要求2所述的双波长跃迁受激拉曼和频激光波长转换装置，其特征在于：所述制备有腔镜的激光增益介质(7)表面可以是凹面、平面或凸面中的任意一种。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的双波长跃迁受激拉曼和频激光波长转换装置，其特征在于：所述非线性和频晶体(4)为LBO、BiBO、KTP或KTA非线性和频晶体中的任意一种。
5.根据权利要求2或3所述的双波长跃迁受激拉曼和频激光波长转换装置，其特征在于：所述制备有腔镜的激光增益介质(7)采用掺杂有稀土元素的激光晶体。
6.根据权利要求1或2或3所述的双波长跃迁受激拉曼和频激光波长转换装置，其特征在于：其特征在于：所述受激拉曼散射介质(3)为Ba(NO3)2晶体。
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