CN104022436A - 一种基于拉曼转换的多波长固体激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于拉曼转换的多波长固体激光器，包括两个泵浦源，两个光学耦合系统，两个基频输入镜，两个固体激光介质，一个偏振片、一块拉曼晶体和输出镜，其特征在于，通过对输出镜膜系的选择获得基频与拉曼同时输出的多波长固体激光器。本多波长固体激光器可用于和频、差频、倍频等非线性波长转换，以及太赫兹产生、差分吸收雷达、激光医疗等领域。本发明的激光器具有输出波长灵活、结构紧凑、操作简单、成本低、有利于产业化生产等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于拉曼转换的多波长固体激光器，属于激光器的技术领域。
背景技术
随着科技的发展、时代的进步，激光已经从一个遥不可及的高科技产品慢慢步入人们的生活当中。多波长激光器由于其特殊的性能，在全息干涉技术、精细激光光谱、非线性频率变换技术、激光医疗等领域被越来越广泛的应用。另一方面，随着拉曼技术的成熟，人们开始越来越多的利用拉曼变频技术，来获得许多不能由激光介质直接跃迁得到的激光波长，大大扩展了激光的波长范围。同时，一些研究者开始利用拉曼变频技术来获得多波长拉曼激光器。2008年，Mildren等人利用拉曼晶体中具有相近拉曼增益系数的两个拉曼光模式，实现了多波长拉曼激光的输出。2013年，Shayeganrad报道了1178.9-nm和1199.9-nmNd:YVO4/YVO4拉曼激光器。2012和2013年，沈洪斌等人相继实现了1174/1175nm、1502/1527nm和1522/1524nm等双波长拉曼激光器。2014年，Geskus等人报道了Nd:YLF/KGW双波长拉曼激光器，输出波长为976nm和996nm。以上报道中的多波长激光器输出光都是斯托克斯光。最近几年，又有人开始利用拉曼转换来获得另一类多波长激光器。例如，2009年，刘兆军等人报道了输出波长为1064.2nm和1091.5nm的双波长激光器，其中1064.2nm为基频光，输出功率为1.17W，1091.5nm为斯托克斯光，输出功率为1.38W。相对于纯粹的多波长拉曼激光器，这种基于拉曼转换的多波长激光器，输出功率和光-光转化转化效率更高，实现起来更加容易。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于拉曼转换的多波长固体激光器。
本发明利用拉曼转化的原理，通过巧妙的腔型设计提供了一种输出波长多、结构紧凑、操作简单的基于拉曼转换的多波长固体激光器，该激光器可用于和频、差频、倍频等非线性波长转换，产生不同的波长，以满足在不同应用领域中对激光器输出波长以及输出波长个数的要求，同时又可广泛应用于太赫兹产生、差分吸收雷达和激光医疗等领域。
本发明的技术方案如下：
一种基于拉曼转换的多波长固体激光器，包括两路激光泵浦产生光路，其中一路激光泵浦产生光路包括第一泵浦源、第一光学耦合系统、第一基频输入镜和第一固体激光介质；其中另一路激光泵浦产生光路包括第二泵浦源、第二光学耦合系统、第二基频输入镜和第二固体激光介质；所述两路激光泵浦产生光路所产生的光源顺次沿偏振片、拉曼晶体和输出镜射出；
所述第一固体激光介质和第二固体激光介质的工作波长不同，在第一固体激光介质和第二固体激光介质的两个通光面上都镀有对泵浦光、基频光和拉曼光透过率大于99％的增透膜；
在所述拉曼晶体的两个通光端面上都镀以对基频光和拉曼光光透过率大于99％的增透膜。
根据本发明优选的，所述的第一固体激光介质和第二固体激光介质为Nd:YVO4晶体、Nd:YLF晶体或Nd:YAP晶体，其长度为0.5mm-50mm。
根据本发明优选的，所述的拉曼晶体为BaWO4、SrWO4、Ba(NO3)2或金刚石，其长度为0.5mm-100mm。
根据本发明优选的，所述的偏振片对水平偏振光高透，垂直偏振光高反。
根据本发明优选的，在所述第一基频输入镜和第二基频输入镜的光入射面镀以对各自泵浦光的高透膜，在光出射面镀以基频光和拉曼光的高反膜，反射率大于99％；所述的第一基频输入镜和第二基频输入镜为平平镜、平凹镜或平凸镜。
根据本发明优选的，所述第一泵浦源和第二泵浦源的功率范围2W-100W。所述第一泵浦源和第二泵浦源是半导体激光器或闪光灯；泵浦方式是端面泵浦或侧面泵浦。
根据本发明优选的，所述的输出镜镀以对基频光和拉曼光的部分透射膜，透过率为1％—99％；所述输出镜为平平镜、平凹镜或平凸镜。
根据本发明优选的，在所述偏振片和拉曼晶体之间还设置有调Q元件。利用调Q元件可以得到调Q激光，激光的峰值功率会大大提高，同时更容易实现拉曼转换，调Q元件可以为被动调Q元件，也可以为主动调Q元件。
根据本发明优选的，在所述的拉曼晶体前设置有拉曼输入镜。拉曼输入镜光入射面镀以对基频光的高透膜，光出射面镀以对拉曼光的高反膜；所述拉曼输入镜为平平镜、平凹镜或平凸镜。使用拉曼输入镜的目的主要是减少拉曼腔的损耗，更容易的实现拉曼转换。
本发明通过控制输出镜的透过率可同时获得多个波长的同时输出。如：我们可以让输出镜镀以对基频光和拉曼光的部分透射膜，这样可获得基频光和拉曼光的同时输出，输出波长的个数取决于基频光的个数；也可以让输出镜镀以对基频光的高反膜，对拉曼光的部分透射膜，实现拉曼光的单独输出。由此可见，本发明对于波长输出非常灵活，我们可以在不同的需求下，通过控制输出镜的镀膜，来控制输出的波长。
本发明的基于拉曼转换的多波长固体激光器可以满足在实际应用中，对不同激光光源的要求，提高激光的实用性。
本发明的基于拉曼转换的多波长固体激光器在应用中具有如下优势：
1.本发明输出波长灵活。基于拉曼转换的多波长固体激光器可以同时输出多个波长，输出波长的个数取决于基频光的个数以及对输出镜选择，可以满足不同应用中的要求，更好的提高激光的实用性。
2.本发明适应度广。本发明的基于拉曼转换的多波长固体激光器，可通过非线性变频技术获得不能从激光介质中直接产生的激光波长，满足实际应用中对不同波长的要求，也可以被应用于特定的领域，如：太赫兹产生、差分吸收雷达和激光医疗等。
3.本发明易实现。本发明的基于拉曼输出的多波长固体激光器，其核心仅为两个基频输入镜、两个激光晶体、偏振片、拉曼晶体和输出镜，无论是输入镜、输出镜还是晶体材料都已经发展成熟，目前在市场上很容易进行购买。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
其中：1、第一泵浦源；2、第二泵浦源；3、第一光学耦合系统；4、第二光学耦合系统；5、第一基频输入镜；6、第二基频输入镜；7、第一固体激光介质；8、第二固体激光介质；9、偏振片；10、调Q元件；11、拉曼输入镜；12、拉曼晶体；13、输出镜。
图2为实施例1的输出光谱图。
图3为实施例1不同波长的平均输出功率和两个泵浦源的输入功率对应关系。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但不限于此。
实施例1：
本发明的实施例如图1所示。
一种基于拉曼转换的多波长固体激光器，包括两路激光泵浦产生光路，其中一路激光泵浦产生光路包括第一泵浦源1、第一光学耦合系统3、第一基频输入镜5和第一固体激光介质7；其中另一路激光泵浦产生光路包括第二泵浦源2、第二光学耦合系统4、第二基频输入镜6和第二固体激光介质8；所述两路激光泵浦产生光路所产生的光源顺次沿偏振片9、调Q元件10、拉曼输入镜11、拉曼晶体12和输出镜13射出；
所述第一固体激光介质7和第二固体激光介质8的工作波长不同，在第一固体激光介质7和第二固体激光介质8的两个通光面上都镀有对泵浦光和基频光透过率大于99％的增透膜；第一固体激光介质7和第二固体激光介质8的两个通光端面上镀以对500-1300nm透过率大于99％的宽带增透膜；
在所述拉曼晶体12两通光端面上镀以对1030-1200nm光透过率大于99％的增透膜。
所述的第一固体激光介质7和第二固体激光介质8为Nd:YLF晶体，尺寸为3×3×10mm3，Nd3+掺杂浓度为1at.％。
所述的拉曼晶体12为BaWO4，尺寸为5×5×46mm3，两通光端面上镀以对1030-1200nm光透过率大于99％的增透膜。
所述的第一基频输入镜5和第二基频输入镜6为平凹镜，第一基频输入镜5和第二基频输入镜6的曲率都为1000mm，平面镀以对808nm的高透膜，透过率大于99％，凹面镀以对1050nm的高反膜，反射率大于99％。
所述的偏振片9对水平偏振光高透，垂直偏振光高反。
所述的调Q元件10为声光调Q元件，长度为35cm。
所述的拉曼输入镜11为平凹镜，曲率为1000mm，平面镀以对1050nm的增透膜，透过率大于99.8％，凹面镀以对1159nm和1166nm的高反膜，反射率大于99.8％；
所述的输出镜13为平平镜，在出射面镀以对1047nm、1053nm、1159nm和1166nm透过率分别为2.2％、2.1％、13％和17％的部分透射膜。
所述第一泵浦源和第二泵浦源为光纤耦合输出的半导体激光器，工作波长都为808nm，最大输出功率为25W。泵浦方式为端面泵浦。第一光学耦合系统3、第二光学耦合系统4由两个透镜组成，放大倍率为1:1.5，光纤数值孔径为0.22，聚焦到Nd：YLF晶体的光斑直径为600μm。
由图2可知，我们得到了1047.0nm、1053.0nm、1159.4nm和1166.8nm四个波长的同时输出，其中1047.0nm和1053.0nm为基频光，1159.4nm和1166.8nm为拉曼光。四个波长的输出功率如图3所示，我们可以发现它们的最高输出功率都超过300mW，且各波长的功率值比较接近，在实际应用中各波长可以充分的发挥作用，不会出现某个波长因功率过低不能使用的问题。更重要的一点是，本发明的激光器输出波长的灵活性很高，如实施例中的同时输出四个波长只是其中一种情况。我们可以通过控制输出镜的镀膜，来实现不同波长组合的输出，少到单个波长，多到四个波长同时输出，且输出波长越少，能得到激光的性能越好。所以本发明在不同领域中可以被广泛使用，适应性广。
实施例2、
如实施例1所述的一种基于拉曼转换的多波长固体激光器，其区别在于，所述的第一固体激光介质为Nd：YAP晶体，第二固体激光介质为Nd:YVO4晶体，其尺寸都为3×3×10mm3。
所述的拉曼晶体为SrWO4，其尺寸为5×5×35mm3。
所述的输出镜镀膜与实施案例1不同。
结合实施案例1和激光器的理论分析我们可知，案例2也可以输出多个波长，具体的波长数值不同，但是输出光功率情况应该比较相近。
Claims (10)
1.一种基于拉曼转换的多波长固体激光器，其特征在于，包括两路激光泵浦产生光路，其中一路激光泵浦产生光路包括第一泵浦源、第一光学耦合系统、第一基频输入镜和第一固体激光介质；其中另一路激光泵浦产生光路包括第二泵浦源、第二光学耦合系统、第二基频输入镜和第二固体激光介质；所述两路激光泵浦产生光路所产生的光源顺次沿偏振片、拉曼晶体和输出镜射出；
所述第一固体激光介质和第二固体激光介质的工作波长不同，在第一固体激光介质和第二固体激光介质的两个通光面上都镀有对泵浦光、基频光和拉曼光透过率大于99％的增透膜；
在所述拉曼晶体的两个通光端面上都镀以对基频光和拉曼光光透过率大于99％的增透膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于拉曼转换的多波长固体激光器，其特征在于，所述的第一固体激光介质和第二固体激光介质为Nd:YVO4晶体、Nd:YLF晶体或Nd:YAP晶体，其长度为0.5mm-50mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于拉曼转换的多波长固体激光器，其特征在于，所述的拉曼晶体为BaWO4、SrWO4、Ba(NO3)2或金刚石，其长度为0.5mm-100mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于拉曼转换的多波长固体激光器，其特征在于，所述的偏振片对水平偏振光高透，垂直偏振光高反。
5.根据权利要求1所述的一种基于拉曼转换的多波长固体激光器，其特征在于，在所述第一基频输入镜和第二基频输入镜的光入射面镀以对各自泵浦光的高透膜，在光出射面镀以基频光和拉曼光的高反膜，反射率大于99％；所述的第一基频输入镜和第二基频输入镜为平平镜、平凹镜或平凸镜。
6.根据权利要求1所述的一种基于拉曼转换的多波长固体激光器，其特征在于，所述第一泵浦源和第二泵浦源的功率范围2W-100W。
7.根据权利要求6所述的一种基于拉曼转换的多波长固体激光器，其特征在于，所述第一泵浦源和第二泵浦源是半导体激光器或闪光灯；泵浦方式是端面泵浦或侧面泵浦。
8.根据权利要求1所述的一种基于拉曼转换的多波长固体激光器，其特征在于，所述的输出镜镀以对基频光和拉曼光的部分透射膜，透过率为1％—99％；所述输出镜为平平镜、平凹镜或平凸镜。
9.根据权利要求1所述的一种基于拉曼转换的多波长固体激光器，其特征在于，在所述偏振片和拉曼晶体之间还设置有调Q元件。
10.根据权利要求1所述的一种基于拉曼转换的多波长固体激光器，其特征在于，在所述的拉曼晶体前设置有拉曼输入镜；拉曼输入镜光入射面镀以对基频光的高透膜，光出射面镀以对拉曼光的高反膜；所述拉曼输入镜为平平镜、平凹镜或平凸镜。
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2014
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