CN104795721A - 一种增强型可调谐拉曼激光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种增强型可调谐拉曼激光装置，现有系统结构复杂，不便于调节。基于纳米颗粒拉曼效应与谐振腔调控技术相结合，采用双反射腔镜构成光学谐振腔，腔体结构设置有纳米位置控制部件用于调节腔长，光学谐振腔内设置有增益介质和核壳结构纳米颗粒，泵浦光源出射光场经过光束整形部件聚焦到光学谐振腔内部，激发增益介质产生拉曼散射，核壳结构纳米颗粒产生拉曼增强效应，拉曼激光从一个腔镜出射，通过纳米位置控制部件调节光学谐振腔长，选择输出特定波长。本发明不仅具有现有光流控激光器现有优点，同时具有系统简单、便于实现、可调控性强、工作阈值低、输出功率高、功能易于扩充、应用范围广等特点。

Description

一种增强型可调谐拉曼激光装置

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种拉曼激光装置，特别是一种增强型可调谐拉曼激光装置，主要用于光谱技术、激光测量、光纤通讯、激光加工、激光打标、激光焊接、激光制导、激光医学、无线光通信、光学微操纵、光学显微等领域中作为激光光源。

背景技术

激光器是利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件。各种激光器的工作原理基本相同，产生激光的必不可少的条件是粒子数翻转和增益大过损耗，装置中必不可少的组成部分有激励源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。已经存在许多种激光器，常见的有气体激光器、固体激光器、液体激光器、半导体激光器，近期也出现了纳米激光器、活体生物激光器等新型激光器。拉曼激光器基于受激的拉曼散射，通过它能够得到其他激光器不能直接发射的波长，通常，拉曼激光器基本组成包括高压气体光电盒和谐振腔光学器件，如果以高功率激光器泵浦就会存在部分激光波长转换为其他波长光。在先技术中，存在一种拉曼激光装置，参见一个美国专利，美国专利名称：Raman Fiber Laser,专利号：US 6,625,180,B2，专利授权日期为2003年9月23日，该激光器具有相当的优点，但是，仍然存在本质不足：系统采用光纤结构构架，利用布拉格光栅（Bragg grating）形成光学反馈，系统结构复杂，不便于调节，只要光纤光学特性微纳机构一定，参数可调性差；利用光纤内的增益介质进行拉曼激发，不存在拉曼增强效应，是的激光输出效率没有得到很好的发挥，影响激光输出功率，应用装置应用范围。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种增强型可调谐拉曼激光装置，具有系统简单、便于实现、可调控性强、工作阈值低、输出功率高、功能易于扩充、应用范围广等特点。

本发明的基本构思是：基于纳米颗粒拉曼效应与谐振腔调控技术相结合，采用双反射腔镜构成光学谐振腔，腔体结构设置有纳米位置控制部件用于调节腔长，光学谐振腔内设置有增益介质和核壳结构纳米颗粒，核壳结构纳米颗粒包括金属纳米颗粒内核和惰性材料外壳，泵浦光源出射光场经过光束整形部件聚焦到光学谐振腔内部，激发增益介质产生拉曼散射，核壳结构纳米颗粒拉曼增强效应降低了拉曼激光输出阈值，拉曼激光从一个腔镜出射，通过纳米位置控制部件调节光学谐振腔长，选择输出特定波长。

本发明一种增强型可调谐拉曼激光装置，包括第一腔镜、第二腔镜、谐振腔体、纳米位置控制部件、增益介质、核壳结构纳米颗粒、泵浦光源和光束整形部件；

第一腔镜和第二腔镜构成光学谐振腔；谐振腔体和纳米位置控制部件均为圆柱空心结构部件，谐振腔体和纳米位置控制部件相连接构成光学谐振腔侧壁，第一腔镜和第二腔镜设置在光学谐振腔侧壁的两个端面上；光学谐振腔内部设置有增益介质和核壳结构纳米颗粒，核壳结构纳米颗粒包括金属纳米颗粒内核和惰性材料外壳；光学谐振腔外侧设置有泵浦光源，泵浦光源出射光路上设置有光束整形部件，光束整形部件将泵浦光源出射光束聚焦到光学谐振腔内部。

所述的第一腔镜和第二腔镜为平面反射镜、凹面反射镜、反射棱镜中的一种；

所述的纳米位置控制部件为压电陶瓷纳米部件、压电复合材料部件和微结构压电部件中的一种；

所述的泵浦光源为气体激光器、固态激光器、染料激光器和半导体激光器中的一种。

所述的光束整形部件为波导型光束整形部、透镜型光束整形部件、反射镜型光束整形部件、衍射光学器件型光束整形部件和微纳结构型光束整形部件中的一种。

本发明一种增强型可调谐拉曼激光装置的工作过程为：第一腔镜和第二腔镜构成光学谐振腔；谐振腔体和纳米位置控制部件均为圆柱空心结构部件，谐振腔体和纳米位置控制部件相连接构成光学谐振腔侧壁，第一腔镜和第二腔镜设置在光学谐振腔侧壁的两个端面上；光学谐振腔内部设置有增益介质和核壳结构纳米颗粒，核壳结构纳米颗粒包括金属纳米颗粒内核和惰性材料外壳；泵浦光源出射光场经过光束整形部件聚焦到光学谐振腔内部，激发增益介质产生拉曼散射，核壳结构纳米颗粒拉曼增强效应降低了拉曼激光输出阈值，拉曼激光从第二腔镜出射，通过纳米位置控制部件调节光学谐振腔长，选择输出特定波长。

本发明中基本光学谐振腔构建技术、纳米位置控制技术、拉曼散射激发技术、核壳结构纳米颗粒制备均为成熟技术。本发明的发明点在于将纳米颗粒拉曼效应与谐振腔调控技术相结合，光学谐振腔内设置有增益介质和核壳结构纳米颗粒，泵浦光源出射光场经过光束整形部件聚焦到光学谐振腔内部，激发增益介质产生拉曼散射，发挥核壳结构纳米颗粒拉曼增强效应，给出一个系统简单、便于实现、可调控性强、工作阈值低、输出功率高、功能易于扩充、应用范围广的增强型可调谐拉曼激光装置。

与现有技术相比，本发明的优点：

1）在先技术中的拉曼激光装饰的系统采用光纤结构构架，利用布拉格光栅形成光学反馈，系统结构复杂，不便于调节，只要光纤光学特性微纳机构一定，参数可调性差。本发明采用纳米颗粒拉曼效应与谐振腔调控技术相结合，腔体结构设置有纳米位置控制部件用于调节腔长，光学谐振腔内设置有增益介质和核壳结构纳米颗粒拉曼激光从一个腔镜出射，通过纳米位置控制部件调节光学谐振腔长，选择输出特定波长，具有系统简单、便于实现、可调控性强、模块化程度高、功能易于扩充、调节灵活性强等特点；

2）在先技术采用光纤内的增益介质进行拉曼激发，不存在拉曼增强效应，是的激光输出效率没有得到很好的发挥，影响激光输出功率，应用装置应用范围。本发明中的核壳结构纳米颗粒包括金属纳米颗粒内核和惰性材料外壳，泵浦光源出射光场经过光束整形部件聚焦到光学谐振腔内部，激发增益介质产生拉曼散射，核壳结构纳米颗粒拉曼增强效应降低了拉曼激光输出阈值，具有工作阈值低、输出功率高、应用范围广等特点。

附图说明

图1为本发明的一种实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的一种增强型可调谐拉曼激光装置，包括：第一腔镜1、第二腔镜6、谐振腔体3、纳米位置控制部件2、增益介质4、核壳结构纳米颗粒5、泵浦光源7、光束整形部件8，第一腔镜1和第二腔镜6构成光学谐振腔；谐振腔体3和纳米位置控制部件2均为圆柱空心结构部件，谐振腔体3和纳米位置控制部件2相连接构成光学谐振腔侧壁，第一腔镜1和第二腔镜6设置在光学谐振腔侧壁的两个端面上；光学谐振腔内部设置有增益介质4和核壳结构纳米颗粒5，核壳结构纳米颗粒5包括金属纳米颗粒内核和惰性材料外壳；光学谐振腔外侧设置有泵浦光源7，泵浦光源7出射光路上设置有光束整形部件8，光束整形部件8将泵浦光源7出射光束聚焦到光学谐振腔内部。

本实施例中第一腔镜1为凹面反射镜，反射率为99%；第二腔镜6为平面反射镜，反射率均为97%；纳米位置控制部件2为压电陶瓷纳米部件；谐振腔体3采用石英管；增益介质4采用常规拉曼激光器的增益工作介质；核壳结构纳米颗粒5采用核芯为金纳米层，外层纳米层为二氧化硅纳米层的纳米颗粒；泵浦光源7为固态激光器；光束整形部件8为透镜型光束整形部件；本实施例中采用侧面激发模式。

本实施例工作过程为：第一腔镜1和第二腔镜6构成光学谐振腔；谐振腔体3和纳米位置控制部件2均为圆柱空心结构部件，谐振腔体3和纳米位置控制部件2相连接构成光学谐振腔侧壁，第一腔镜1和第二腔镜6设置在光学谐振腔侧壁的两个端面上；光学谐振腔内部设置有增益介质4和核壳结构纳米颗粒5，核壳结构纳米颗粒5包括金属纳米颗粒内核和惰性材料外壳；泵浦光源7出射光场经过光束整形部件8聚焦到光学谐振腔内部，激发增益介质4产生拉曼散射，核壳结构纳米颗粒5拉曼增强效应降低了拉曼激光输出阈值，拉曼激光从第二腔镜6出射，通过纳米位置控制部件2调节光学谐振腔长，选择输出了特定波长。本发明具有系统简单、便于实现、可调控性强、工作阈值低、输出功率高、功能易于扩充、应用范围广等特点。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1. 一种增强型可调谐拉曼激光装置，其特征在于包括：第一腔镜、第二腔镜、谐振腔体、纳米位置控制部件、增益介质、核壳结构纳米颗粒、泵浦光源、光束整形部件，第一腔镜和第二腔镜构成光学谐振腔；谐振腔体和纳米位置控制部件均为圆柱空心结构部件，谐振腔体和纳米位置控制部件相连接构成光学谐振腔侧壁，第一腔镜和第二腔镜设置在光学谐振腔侧壁的两个端面上；光学谐振腔内部设置有增益介质和核壳结构纳米颗粒，核壳结构纳米颗粒包括金属纳米颗粒内核和惰性材料外壳；光学谐振腔外侧设置有泵浦光源，泵浦光源出射光路上设置有光束整形部件，光束整形部件将泵浦光源出射光束聚焦到光学谐振腔内部。

2.根据权利要求1所述的一种增强型可调谐拉曼激光装置，其特征在于：所述的第一腔镜和第二腔镜为平面反射镜、凹面反射镜、反射棱镜的一种。

3.根据权利要求1所述的一种增强型可调谐拉曼激光装置，其特征在于：所述的纳米位置控制部件为压电陶瓷纳米部件、压电复合材料部件、微结构压电部件的一种。

4.根据权利要求1所述的一种增强型可调谐拉曼激光装置，其特征在于：所述的泵浦光源为气体激光器、固态激光器、染料激光器、半导体激光器的一种。

5.根据权利要求1所述的一种增强型可调谐拉曼激光装置，其特征在于：所述的光束整形部件为波导型光束整形部、透镜型光束整形部件、反射镜型光束整形部件、衍射光学器件型光束整形部件、微纳结构型光束整形部件的一种。