CN102664339B

CN102664339B - 多波长双级固体拉曼频移器

Info

Publication number: CN102664339B
Application number: CN201210150161.XA
Authority: CN
Inventors: 丁双红; 张骏; 欧世峰
Original assignee: Yantai University
Current assignee: Yantai University
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2032-05-16
Also published as: CN102664339A

Abstract

本发明公开了一种多波长双级固体拉曼频移器及激光转化输出方法，主要包括：泵浦源；沿光轴顺序放置的第一耦合透镜、外腔式固体拉曼激光器、第二耦合透镜和固体拉曼发生器；与固体拉曼发生器相邻的分光元件；相对光轴45度放置的泵浦光45度高反镜、泵浦光分束镜、一阶斯托克斯光45度高反镜和一阶斯托克斯光及泵浦光合束镜；设在泵浦光分束镜和一阶斯托克斯光及泵浦光合束镜之间的光延迟线。其可以实现斯托克斯光及一阶反斯托克斯光的高效转换，大大扩展了现有激光波长的覆盖范围，转换效率高，使用方便，体积小，没有污染，具有广泛的实用性。

Description

多波长双级固体拉曼频移器

技术领域

本发明涉及一种固体拉曼激光器，特别是一种多波长双级固体拉曼频移器及激光转化输出方法。

背景技术

激光技术及应用领域发展快速，寻求新波长激光输出一直是激光领域研究者的不懈追求。受激拉曼散射不需要相位匹配，产生的散射光光束质量好、脉宽窄，并且具有高的转换效率，成为重要的变频技术。其中由于晶体拉曼介质具有粒子浓度大、体积小、热导性能好等优点，晶体中的受激拉曼散射过程成为研究热点。

外腔式固体拉曼激光器被广泛用来产生斯托克斯光，实现频率下转换，拉曼介质位于独立于泵浦激光器的拉曼腔内，不需要改变泵浦激光器结构，因而设计、优化较为简单，大大降低了受激拉曼散射的阈值，提高了转换效率，通过对腔镜反射率的控制可以有选择地实现某阶斯托克斯光的输出，同时谐振腔使散射光的光束质量得到了提高。有人利用33mm长的BaWO₄晶体采用外腔式结构，对皮秒激光脉冲实现一阶斯托克斯光的光光转换效率为85％，接近量子限；二阶斯托克斯光的转换效率高达50％(P.Cemy and H.Jelinkova，“Near-quantum-limit efficiency of picosecond stimulated Raman scattering in BaWO₄crystal，”Opt.Lett.，vol.27，pp.360-362，2002)。一些公司也推出了商用外腔式固体拉曼激光器，例如白俄罗斯SOLAR TII公司生产的基于硝酸钡晶体的拉曼变频器，可以进行一阶、二阶和三阶斯托克斯光的转换输出，最大转换效率分别为35％、30％和20％。

相干反斯托克斯拉曼散射可以实现频率上转换，进一步扩展相干光谱范围。但处于热平衡状态的粒子大部分处于基态，因而受激拉曼散射过程产生的反斯托克斯光远比斯托克斯光微弱，外腔式拉曼激光器只能实现斯托克斯光的高效转换，难以直接实现高效率的反斯托克斯光的转换。而受激拉曼散射与拉曼共振四波混频过程结合可以产生反斯托克斯光，其过程是：受激拉曼散射产生的一阶斯托克斯光(ω_s)与泵浦光(ω_p)及一阶反斯托克斯光(ω_a)通过晶体的三阶非线性系数χ_R ⁽³⁾相互耦合，四波混频过程：2ω_p→ω_a+ω_s，即吸收两个泵浦光子产生一个斯托克斯光子和一个反斯托克斯光子，此过程被称为拉曼共振四波混频。拉曼共振四波混频的非线性系数χ_R ⁽³⁾与受激拉曼散射的非线性系数的量级相同，较非共振的三阶非线性系数χ_NR ⁽³⁾要大一至两个数量级，因而相干反斯托克斯拉曼散射与受激拉曼散射能达相近的转换效率。

理论与实验研究表明相干反斯托克斯拉曼散射在完全相位匹配下，斯托克斯光与反斯托克斯光之间的耦合使这两种光都不能指数增长，从而最终限制了这两种光的转换效率，此现象被称为拉曼增益抑制(M.D.Duncan，R.Mahon，J.Reintjes，and L.L.Tankersley，″Parametric Raman gain suppression in D₂ and H₂，″Opt.Lett.，vol.11，pp.803-805，1986)。斯托克斯光种子法是克服拉曼增益抑制的有效方法，即在泵浦过程中引入一束一阶斯托克斯光，一方面可以加强受激拉曼散射过程，提高斯托克斯光的转换效率；另一方面，还可以通过优化泵浦光与一阶斯托克斯光光强之比，获得反斯托克斯光的高效率转换。目前这方面的研究大都采用气体拉曼介质。例如，美国C.Reiser等人采用斯托克斯光种子法，以氢气作为拉曼介质，以纳秒脉冲作为泵浦光，用拉曼发生器与拉曼放大器组合的结构产生一阶斯托克斯光种子，将泵浦光与一阶斯托克斯光种子同时输入到主拉曼池中，得到相干反斯托克斯光的转换效率为10％(C.Reiser，T.D.Raymond，R.B.Michie，and A.P.Hickman，“Efficient anti-Stokes Raman conversion in collimated beams，”J.Opt.Soc.Am.B，vol.6，pp.1859-1869，1989)。

目前利用拉曼晶体获得相干反斯托克斯光研究相对较少。俄罗斯A.Z.Grasiuk等人采用皮秒激光脉冲作为泵浦，利用钨酸钆钾晶体，通过斯托克斯种子法实现了一阶反斯托克斯光的转换效率为4％(A.Z.Grasiuk，S.V.Kurbasov，and L.L.Losev，“Picosecond parametricRaman laser based on KGd(WO₄)₂，”Opt.Commun.，vol.240，pp.239-244，2004)。实验中将部分皮秒脉冲激光经聚焦后入射到单一拉曼晶体中产生一阶斯托克斯种子光，并通过斯托克斯种子光法产生一阶反斯托克斯光的转换，该种结构必须利用皮秒脉冲的高峰值功率才能实现一阶反斯托克斯光转换，而纳秒脉冲则无法实现反斯托克斯光的有效转换。R.P.Mildren等采用商用532nm调Q激光器作为泵浦源，采用外腔法实验获得了反斯托克斯光输出，泵浦光到一阶反斯托克斯光的功率转换效率仅为0.46％(R.P.Mildren，D.W.Coutts，and D.J.Spence，″All-solid-state parametric Raman anti-Stokes laser at 508nm，″Opt.Express，vol.17，pp.810-818，2009)，该实验采用单级结构，泵浦光、斯托克斯光及反斯托克斯光非共线传播，光束走离效应限制了光与拉曼介质的有效作用长度，从而限制了转换效率。

2004年2月，中国专利公开了CN1476131A号“多波长固体谐波拉曼激光器”专利申请，此专利涉及采用气体拉曼介质，利用无谐振腔单级拉曼发生器结构，实现对泵浦光的频率转换。2004年10月，中国专利公开了CN1538231A号“荧光染料增强拉曼激光频移器和用途”专利申请，此专利同样采用气体拉曼介质，利用无谐振腔单级拉曼发生器结构，实现对泵浦光的频率转换。

分析总结现有文献，可以发现单一外腔式固体拉曼激光器可以实现斯托克斯光的转换，无法实现反斯托克斯激光的高效输出；上面提到的关于相干反斯托克斯拉曼散射的实验大多是利用气体拉曼介质，气体拉曼介质增益系数小，需要的拉曼介质要长达数米，结构复杂，且转换效率低；热导率低，只能在低重复频率下运转；损伤阈值低，难以获得高功率激光。而拉曼晶体具有增益系数高、热导率大、损伤阈值高、结构紧凑、易获得高功率激光输出，较气体拉曼介质在未来的新型相干光源应用中有明显优势。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明利用晶体拉曼介质的优良特性，采用双级结构，利用外腔式固体拉曼激光器来产生一阶斯托克斯光，采用斯托克斯光种子法，通过对参数的选择和优化，固体拉曼发生器可以实现斯托克斯光和反斯托克斯光的有效转换输出，大大扩展了现有激光波长的覆盖范围。

与现在技术相比，多波长双级固体拉曼频移器可以对单一波长的输入光进行多波长输出，转换效率高，特别是可以实现反斯托克斯光的高效转换，同时使用方便，体积小，没有污染，具有广泛的实用性。

本发明的具体技术方案如下：

一种多波长双级固体拉曼频移器，主要包括：

泵浦源；

沿光轴顺序放置的第一耦合透镜、外腔式固体拉曼激光器、第二耦合透镜和固体拉曼发生器；

与固体拉曼发生器相邻的分光元件；

相对光轴45度放置的泵浦光45度高反镜、泵浦光分束镜、一阶斯托克斯光45度高反镜和一阶斯托克斯光及泵浦光合束镜；

设在泵浦光分束镜和一阶斯托克斯光及泵浦光合束镜之间的光延迟线；

所述泵浦光45度高反镜镀有对泵浦光的高反膜，所述泵浦光分束镜镀有对泵浦光的部分反射膜，一阶斯托克斯光45度高反镜镀有对一阶斯托克斯光的高反膜，所述一阶斯托克斯光及泵浦光合束镜镀有对泵浦光的高透膜，对一阶斯托克斯光的高反膜。

前面所述的多波长双级固体拉曼频移器，优选的方案是，外腔式固体拉曼激光器和一阶斯托克斯光45度高反镜之间还设有扩束镜。

前面所述的多波长双级固体拉曼频移器，优选的方案是，所述的外腔式固体拉曼激光器由输入镜和输出镜组成谐振腔，谐振腔内放置晶体拉曼介质(优选的，晶体拉曼介质的长度为40mm-80mm，更加优选为50mm)。更加优选的，所述的输入镜和输出镜是平面镜或凹面镜(优选的，凹面镜的曲率半径是200mm-1000mm，更优选为500mm)，输入镜镀有对泵浦光的增透膜及对各阶斯托克斯光的高反膜，输出镜镀有对泵浦光的高反膜。

前面所述的多波长双级固体拉曼频移器，优选的方案是，所述的泵浦源为氙灯泵浦的或LD泵浦的固体脉冲激光器(优选氙灯泵浦电光调Q Nd:YAG激光器)。

前面所述的多波长双级固体拉曼频移器，优选的方案是，所述的外腔式固体拉曼激光器和固体拉曼发生器采用相同的晶体拉曼介质(优选的，所述晶体拉曼介质由铟箔包裹并被固定在带有水冷、风冷或半导体制冷装置的热沉内，由制冷装置对其进行恒温控制，通过温度的调节可实现斯托克斯光和反斯托克斯托光波长的调谐)。更加优选的，所述晶体拉曼介质为单钨酸盐晶体、双钨酸盐晶体、单钒酸盐晶体、双钒酸盐晶体、单钼酸盐晶体、双钼酸盐晶体、硝酸盐晶体、铌酸盐晶体、碘酸盐晶体或金刚石晶体。

前面所述的多波长双级固体拉曼频移器，优选的方案是，所述晶体拉曼介质镀有对泵浦光、斯托克斯光和反斯托克斯光的增透膜，或者晶体两个端面与光轴方向成布儒斯特角。

前面所述的多波长双级固体拉曼频移器，优选的方案是，所述的分光元件是棱镜、光栅或镀有特定介质膜的镜片中的任一种。

本发明还提供了利用所述的多波长双级固体拉曼频移器的激光转化输出方法，泵浦源发射出的光经泵浦光45度高反镜，由泵浦光分束镜分为两束，一部分泵浦能量经过泵浦光高反镜，再经第一耦合透镜进外腔式固体拉曼激光器中，外腔式固体拉曼激光器产生的一阶斯托克斯光经一阶斯托克斯光45度高反镜反射，入射到合束镜上，另一部分泵浦能量经光延迟线也入射到合束镜，两束光经合束镜合束，后经第二耦合透镜耦合到固体拉曼发生器中，通过调节一阶斯托克斯种子光与泵浦光振幅之比和固体拉曼发生器中的相位失配系数可以实现一阶斯托克斯、二阶斯托克斯、一阶反斯托克斯等散射光的单波长或多波长光的同时输出，固体拉曼发生器的输出激光经分光元件输出。

前面所述的多波长双级固体拉曼频移器，优选的方案是，所述的耦合透镜是单透镜或透镜组中的任一种。

本发明提供的是一种多波长双级固体拉曼频移器，属固体激光器领域，可实现斯托克斯与反斯托克斯光的高效率转换。包括泵浦源、外腔式固体拉曼激光器、固体拉曼发生器、转向装置、分束器、合束器、光延迟线、耦合装置、分光元件，所述的泵浦源发射出的光经分束器分为两束，其中一束经耦合装置耦合到外腔式固体拉曼激光器中，外腔式固体拉曼发生器由输入镜和输出镜组成谐振腔，谐振腔内放置拉曼晶体；另外一束泵浦光经转向系统与外腔式固体拉曼激光器产生的一阶斯托克斯光经合束器合并，实现两束光空间分布的良好重合，再经耦合装置入射到固体拉曼发生器，通过光延迟线可调节两束光脉冲时间上的同步，固体拉曼发生器的输出激光经分光元件选择所需波长的激光输出。

所述的外腔式固体拉曼激光器和固体拉曼发生器中的拉曼介质为晶体拉曼介质，拉曼晶体是具有拉曼活性的单钨酸盐晶体、双钨酸盐晶体、单钒酸盐晶体、双钒酸盐晶体、单钼酸盐晶体、双钼酸盐晶体、硝酸盐晶体、铌酸盐晶体、碘酸盐晶体及金刚石晶体中的一种，外腔式固体拉曼激光器通过受激拉曼散射产生一阶斯托克斯光，固体拉曼发生器通过拉曼共振四波混频和受激拉曼散射过程将泵浦激光转换为一阶反斯托克斯光或斯托克斯光。

所述的外腔式固体拉曼激光器和固体拉曼发生器采用相同的晶体拉曼介质。所述的泵浦源为氙灯泵浦的或LD泵浦的固体脉冲激光器。所述的外腔式固体拉曼激光器的输入镜和输出镜可以是平面镜、凹面镜中的一种，输入镜镀有对泵浦光的增透膜，对各阶斯托克斯光的高反膜，输出镜镀有对泵浦光的高反膜，对各阶斯托克斯光的光透过率为5％-70％，通过优化可实现不同阶的斯托克斯光的高效转换。

所述的外腔式固体拉曼激光器和固体拉曼发生器中的拉曼晶体由铟箔包裹并被固定在带有水冷、风冷或半导体制冷装置的热沉内，由制冷装置对其进行恒温控制，通过温度的调节可实现斯托克斯光和反斯托克斯托光波长的调谐。

所述的外腔式固体拉曼激光器和固体拉曼发生器中还有拉曼晶体镀有对泵浦光、斯托克斯光和反斯托克斯光的增透膜，或者拉曼晶体两个端面与光轴方向成布儒斯特角。所述的分光元件可以是棱镜、光栅、或镀有特定介质膜的镜片中的任一种。所述的耦合装置可以是单透镜或透镜组中的任一种。所述的分束器、合束器及转向装置可以是棱镜或镀有特定介质膜的镜片中的任一种。

本发明中外腔式固体拉曼激光器的输入镜和输出镜的曲率半径可根据实际情况选择；本发明中的所有拉曼晶体的长度均可以根据具体要求进行选取；分束器的分束比可根据具体要求进行选取。

本发明提供的多波长双级固体拉曼频移器，可实现斯托克斯与反斯托克斯光的高效率转换。与现在技术相比，多波长双级固体拉曼频移器利用晶体拉曼介质的优良特性，采用两级结构，多波长双级固体拉曼频移器可以对单一波长的输入光进行多波长输出，特别是可以实现反斯托克斯光的高效转换，大大扩展了现有激光波长的覆盖范围，转换效率高，使用方便，体积小，没有污染，具有广泛的实用性。

本发明提供的多波长双级固体拉曼变频器的工作流程如下：

泵浦源输出的激光经泵浦光分束器分为两束，一束激光作为外腔式固体拉曼激光器的输入光，用来产生一阶斯托克斯种子光；另一束激光经过转向装置与外腔式固体拉曼激光器产生的一阶斯托克斯光经过合束器合并，入射到固体拉曼发生器中，产生散射光输出。

对于外腔式固体拉曼激光器，拉曼介质位于独立于泵浦激光器的拉曼腔内。外腔式拉曼激光器大大降低了受激拉曼散射的阈值，通过对腔镜反射率的控制可以有选择地实现某阶斯托克斯光的输出，同时谐振腔使斯托克斯光的光束质量得到了提高。外腔式拉曼激光器的输出光的光谱成分及能量与腔镜的反射率光谱分布紧密相关。为了实现受激拉曼散射高的转换效率，外腔式固体拉曼激光器的输入镜镀有对泵浦光高透膜，输出镜镀有对泵浦光高反膜，拉曼晶体的两个端面镀有对泵浦光和各阶斯托克斯光的高透膜。为了产生一阶斯托克斯光输出，激光器的腔镜需要对二阶斯托克斯光高透以抑制高阶斯托克斯光的产生，同时输入镜需要对一阶斯托克斯光高反，优化输出镜对一阶斯托克斯光的反射率实现一阶斯托克斯光的高效转换。若要产生二阶斯托克光输出，则输入镜对一、二阶斯托克斯光高反，输出镜对一阶斯托克斯光高反，优化输出镜对二阶斯托克斯光的反射率实现二阶斯托克斯光的高效转换。

外腔式固体拉曼激光器输出的一阶斯托克斯光与另一束泵浦激光经过合束器合并，入射到固体拉曼发生器中，产生散射光输出。理论计算表明通过调节一阶斯托克斯种子光与泵浦光振幅之比ψ_s0/ψ_p0和固体拉曼发生器中的相位失配系数Δk＝2k_p-k_s1-k_a可以实现一阶斯托克斯、二阶斯托克斯、一阶反斯托克斯等散射光的单波长或多波长光的同时输出。其中，k_j(i＝p，s1，a)分别表示泵浦光、一阶斯托克斯光、一阶反斯托克斯光的波数，ψ_s0为一阶斯托克斯光脉冲的振幅峰值，ψ_p0为泵浦光脉冲的振幅峰值。通过对受激拉曼散射和拉曼共振四波混频的耦合波方程进行数值求解(林绍杰，丁双红，张骏，王淑梅，“斯托克斯光种子法固体相干反斯托克斯拉曼频移器的理论研究，”激光与光电子学进展，vol.48，71402，2011)，得到计算结果表明：通过对ψ_s0/ψ_p0和Δk参数的控制，多波长双级固体拉曼频移是可实现一阶反斯托克光和多阶斯托克斯光的高效转换。在完全相位匹配下Δk＝0时，可以增大一阶斯托克斯种子光振幅，来打破拉曼增益抑制的影响，当Δk＝0时，将ψ_s0/ψ_p0增大到0.14～0.2，此时最大一阶反斯托克斯光的转换效率约为44％。当Δk＝0且ψ_s0/ψ_p0较弱时，由于拉曼增益抑制的影响，限制了一阶反斯托克斯光的转换，此时可以通过改变相位适配量Δk，有效的降低拉曼增益抑制的影响，达到较高的反斯托克斯光的转换效率，当ψ_s0/ψ_p0较小(0.01～0.1)时，选取合适的Δk(|Δk|＝0.76)，最大一阶反斯托克斯光的转换效率约为40％。在不满足相位匹配条件时，调节ψ_s0/ψ_p0的取值，可实现高阶斯托克斯光的转换。

附图说明

图1为本发明的多波长双级固体拉曼频移器实施例1结构示意图。

其中：1.泵浦源，2.泵浦光45度高反镜，3.泵浦光分束镜，4.第一耦合透镜，5.外腔式固体拉曼激光器输入镜，6.晶体拉曼介质，7.外腔式固体拉曼激光器输出镜，8.扩束镜，9.一阶斯托克斯光45度高反镜，10.一阶斯托克斯光及泵浦光合束镜，11.光延迟线，12.第二耦合透镜，13.固体拉曼发生器，14.分光棱镜组，15.选模小孔。

具体实施方式

下面结合实施例和附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

实施例1：多波长双级固体拉曼变频器，结构可参考图1所示，包括泵浦源1、泵浦光45度高反镜2、泵浦光分束镜3、耦合透镜4、外腔式固体拉曼激光器输入镜5、拉曼晶体6、外腔式固体拉曼激光器输出镜7、扩束镜8、一阶斯托克斯光45度高反镜9、一阶斯托克斯光及泵浦光合束镜10、光延迟线11、耦合透镜12、固体拉曼发生器13、分光棱镜组14、选模小孔15。

泵浦源1发射出的光经泵浦光45度高反镜2，由20/80泵浦光分束镜3分为两束，分出20％的泵浦能量经过泵浦光高反镜2，再经焦距为30em的透镜4耦合进外腔式固体拉曼激光器中，外腔式固体拉曼激光器产生的一阶斯托克斯光经1∶2扩束镜8扩束，再经一阶斯托克斯光45度高反镜9反射入射到合束镜10上，分束镜3透过的80％的泵浦能量经光延迟线11也入射到合束镜10，两束光经合束镜10合束，控制两束光空间分布，后经焦距为50cm的耦合焦镜12，耦合到固体拉曼发生器13中，通过光延迟线11可调节两束光脉冲时间上的同步，固体拉曼发生器13的输出激光经分光棱镜组14和选模小孔15选择所需波长的激光输出。

其中，泵浦源1是氙灯泵浦电光调Q Nd:YAG激光器，输出激光波长1064nm，激光脉宽20ns，输出能量200mJ。泵浦光45度高反镜2相对光轴45度放置，镀有对泵浦光的高反膜(对波长1064nm光反射率R＞99.8％)。泵浦光分束镜3相对光轴45度放置，镀有对泵浦光的部分反射膜，反射率、透射率比为20∶80。一阶斯托克斯光45度高反镜9相对光轴45度放置，镀有对一阶斯托克斯光的高反膜(对波长1180nm光反射率R＞99.5％)。一阶斯托克斯光及泵浦光合束镜10相对光轴45度放置，镀有对泵浦光高透膜(对波长1064nm光透射率T＞90％)，对一阶斯托克斯光的高反膜(对波长1180nm光反射率R＞99％)。

所述的外腔式固体拉曼激光器由输入镜5和输出镜7组成谐振腔，谐振腔长度为60mm，谐振腔内放置拉曼晶体6。输入镜5为凹面镜，曲率半径为500mm，凹面对的泵浦光高透(对波长1064nm光透射率T＞90％)，对一阶斯托克斯光高反(对波长1180nm光反射率R＞99.8％)，平面对泵浦光高透。外腔式固体拉曼激光器输出镜7为平面镜，对泵浦光高反(对波长1064nm光反射率R＞99.8％)，对一阶斯托克斯光的反射率为40％。拉曼晶体6为BaWO₄晶体，沿a轴方向切割，尺寸为5×5×50mm，两端面镀有对泵浦光(对波长1064nm光反射率R＜0.2)、一阶斯托克斯光(对波长1180nm光反射率R＜0.5％)的增透膜。外腔式固体拉曼激光器的作用是将泵浦光转换为一阶斯托克斯光。

所述的固体拉曼发生器13为沿a轴方向切割5×5×60mm BaWO₄晶体，两端面镀有对泵浦光(对波长1064nm光反射率R＜0.2)、一阶斯托克斯光(对波长1180nm光反射率R＜0.5％)、二阶斯托克斯光(对波长1325nm光反射率R＜0.5％)、一阶反斯托克斯光(对波长969nm光反射率R＜0.5％)的增透膜。实验中，改变泵浦光分束镜3的分束比和外腔式固体拉曼激光器输出镜7对一阶斯托克斯光的透过率，以调节一阶斯托克斯种子光与泵浦光振幅之比。控制合束镜10处一阶斯托克斯光及泵浦光束空间距离，可以改变固体拉曼发生器中的相位失配系数Δk。通过调节输入一阶斯托克斯种子光与泵浦光振幅之比和固体拉曼发生器中的相位失配系数Δk可以实现一阶斯托克斯、二阶斯托克斯、一阶反斯托克斯等散射光的单波长或多波长光的同时输出。

所述的BaWO₄晶体6和13均由铟箔包裹并固定在带有水冷装置的铜块内，由制冷装置对其进行恒温控制，其温度控制在20度。本实施例获得了一阶斯托克斯光1180nm、二阶斯托克斯光1325nm和一阶反斯托克斯光969nm激光输出。

实施例2：多波长双级固体拉曼变频器，结构仍可参考图1所示。但与实施例1所不同的是：外腔式固体拉曼激光器和固体拉曼发生器中的拉曼晶体为沿a轴方向切割的SrWO₄晶体。本实施例获得了一阶斯托克斯光1180nm、二阶斯托克斯光1325nm和一阶反斯托克斯光969nm激光输出。

实施例3：多波长双级固体拉曼变频器，结构仍可参考图1所示。但与实施例1-2所不同的是：外腔式固体拉曼激光器和固体拉曼发生器中的拉曼晶体为沿b轴方向切割的KGd(WO₄)₂晶体。对于b轴方向切割的KGd(WO₄)₂晶体，泵浦光沿N_g方向偏振时，本实施例获得了一阶斯托克斯光1159nm、二阶斯托克斯光1272nm和一阶反斯托克斯光984nm激光输出；泵浦光沿N_m方向偏振时，本实施例获得了一阶斯托克斯光1177nm、二阶斯托克斯光1317nm和一阶反斯托克斯光971nm激光输出。

实施例4：多波长双级固体拉曼变频器，结构仍可参考图1所示。但与实施例1-3所不同的是：外腔式固体拉曼激光器和固体拉曼发生器中的拉曼晶体为沿a轴方向切割PbWO₄晶体。

本实施例获得了一阶斯托克斯光1177nm、二阶斯托克斯光1317nm和一阶反斯托克斯光971nm激光输出。

实施例5：多波长双级固体拉曼变频器，结构仍可参考图1所示。但与实施例1所不同的是：泵浦源为氙灯泵浦电光调Q Nd:YAG激光器，输出激光经倍频后的532nm激光。则实验装置中的镀膜波长做相应的改变，即泵浦激光波长为532nm，一阶斯托克斯光波长为560nm，二阶斯托克斯光波长为590nm，一阶反斯托克斯光波长为507nm。

本实施例获得了一阶斯托克斯光560nm、二阶斯托克斯光590nm和一阶反斯托克斯光507nm激光输出。

实施例6：多波长双级固体拉曼变频器，结构仍可参考图1所示。但与实施例5所不同的是：外腔式固体拉曼激光器和固体拉曼发生器中的拉曼晶体为沿a轴方向切割的SrWO₄晶体。

本实施例获得了一阶斯托克斯光559nm、二阶斯托克斯光589nm和一阶反斯托克斯光507nm激光输出。

实施例7：多波长双级固体拉曼变频器，结构仍可参考图1所示。但与实施例5-6所不同的是：外腔式固体拉曼激光器和固体拉曼发生器中的拉曼晶体为沿b轴方向切割的KGd(WO₄)₂晶体。

对于b轴方向切割的KGd(WO₄)₂晶体，泵浦光沿N_g方向偏振时，本实施例获得了一阶斯托克斯光555nm、二阶斯托克斯光580nm和一阶反斯托克斯光511nm激光输出；泵浦光沿N_m方向偏振时，本实施例获得了一阶斯托克斯光559nm、二阶斯托克斯光589nm和一阶反斯托克斯光508nm激光输出。

实施例8：多波长双级固体拉曼变频器，结构仍可参考图1所示。但与实施例5-7所不同的是：外腔式固体拉曼激光器和固体拉曼发生器中的拉曼晶体为沿a轴方向切割PbWO₄晶体。本实施例获得了一阶斯托克斯光559nm、二阶斯托克斯光589nm和一阶反斯托克斯光508nm激光输出。

本专利申请基于国家自然科学基金(10974168)和山东省高校科技计划项目(J09LA06)资助。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种多波长双级固体拉曼频移器，其特点是，主要包括：

泵浦源，泵浦源是氙灯泵浦电光调Q Nd：YAG激光器，输出激光波长1064nm，激光脉宽20ns，输出能量200mJ；

沿光轴顺序放置的第一耦合透镜、外腔式固体拉曼激光器、第二耦合透镜和固体拉曼发生器，所述的外腔式固体拉曼激光器由输入镜和输出镜组成谐振腔，谐振腔内放置晶体拉曼介质，所述晶体拉曼介质的长度为40mm-80mm；

与固体拉曼发生器相邻的分光元件，所述的分光元件是棱镜、光栅或镀有特定介质膜的镜片中的任一种；

所述泵浦光45度高反镜镀有对泵浦光的高反膜，所述泵浦光分束镜镀有对泵浦光的部分反射膜，所述一阶斯托克斯光45度高反镜镀有对一阶斯托克斯光的高反膜，所述一阶斯托克斯光及泵浦光合束镜镀有对泵浦光的高透膜，对一阶斯托克斯光的高反膜。

2.根据权利要求1所述的多波长双级固体拉曼频移器，其特点是，外腔式固体拉曼激光器和一阶斯托克斯光45度高反镜之间还设有扩束镜。

3.根据权利要求1所述的多波长双级固体拉曼频移器，其特点是，晶体拉曼介质的长度为50mm。

4.如权利要求1所述的多波长双级固体拉曼频移器，其特点是，所述的固体拉曼发生器和外腔式固体拉曼激光器采用相同的晶体拉曼介质。

5.如权利要求4所述的多波长双级固体拉曼频移器，其特点是，所述晶体拉曼介质由铟箔包裹并被固定在带有水冷、风冷或半导体制冷装置的热沉内，由制冷装置对其进行恒温控制，通过温度的调节实现斯托克斯光和反斯托克斯光波长的调谐。

6.如权利要求1所述的多波长双级固体拉曼频移器，其特点是，所述晶体拉曼介质为单钨酸盐晶体、双钨酸盐晶体、单钒酸盐晶体、双钒酸盐晶体、单钼酸盐晶体、双钼酸盐晶体、硝酸盐晶体、铌酸盐晶体、碘酸盐晶体或金刚石晶体。

7.如权利要求1所述的多波长双级固体拉曼频移器，其特点是，所述的输入镜和输出镜是平面镜或凹面镜，输入镜镀有对泵浦光的增透膜及对各阶斯托克斯光的高反膜，输出镜镀有对泵浦光的高反膜。

8.如权利要求7所述的多波长双级固体拉曼频移器，其特点是，所述的凹面镜的曲率半径是200mm-1000mm。

9.如权利要求8所述的多波长双级固体拉曼频移器，其特点是，凹面镜的曲率半径是500mm。

10.如权利要求1所述的多波长双级固体拉曼频移器的激光转化输出方法，其特点是，泵浦源发射出的光经泵浦光45度高反镜，由泵浦光分束镜分为两束，一部分泵浦能量经过泵浦光高反镜，再经第一耦合透镜耦合进外腔式固体拉曼激光器中，外腔式固体拉曼激光器产生的一阶斯托克斯光经一阶斯托克斯光45度高反镜反射，入射到合束镜上，另一部分泵浦能量经光延迟线也入射到合束镜，两束光经合束镜合束，后经第二耦合透镜耦合到固体拉曼发生器中，通过调节一阶斯托克斯种子光与泵浦光振幅之比和固体拉曼发生器中的相位失配系数实现一阶斯托克斯、二阶斯托克斯、一阶反斯托克斯多波长光的同时输出，固体拉曼发生器的输出激光经分光元件输出。