CN106684695A - 一种外腔式反stokes拉曼激光器 - Google Patents

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郭敬为
刘金波
周冬建
金玉奇
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Abstract

受激拉曼过程中不仅仅会产生波长的红移，而且伴随着一阶stokes的产生也会通过四波混频产生反stokes，反stokes的波长要比泵浦激光波长短，多个领域需要将基频激光进行蓝移，利用该过程产生反stokes激光是一种便捷的波长蓝移的方案。泵浦激光注入的外腔式受激拉曼是一种特别有效的降低受激拉曼阈值的手段，其设计结构采用端泵方式，类似于目前半导体泵浦的固体激光。本设计中外腔为共心腔，泵浦激光一次通过激光腔，腔内通过镀膜可以实现一阶stokes激光的反馈和振荡，有利降低受激拉曼阈值。拉曼激光在光腔中来回振荡有利于产生四波混频。本设计中通过腔镜膜系的选择可以控制让一阶stokes光作为泵浦激光，在光腔中振荡，让反stokes激光输出。

Description

一种外腔式反stokes拉曼激光器
技术领域
本发明是一种外腔式一阶反stokes拉曼激光器，它是利用端泵的外腔产生一阶stokes种子激光，其原理是利用泵浦激光和受激拉曼过程产生的一阶stokes激光共同作用以实现四波混频来得到一阶反stokes,该发明设计是一种激光波长转换方法。
技术背景
激光是一种特殊光源，具有优良单色性，但是目前的激光器并不能产生所有的波长，为了一些特殊的波长需求，就要对目前现有的激光波长加以转换，来产生各种需要的波长。
受激拉曼是一种重要的激光变频方法，目前国内外对受激拉曼激光变频技术都做了大量的研究和应用。但是目前该领域大多研究都是通过受激拉曼过程以实现波长的红移，在此过程中也能够产生反stokes,由于条件限制一阶反stokes转换效率特别低，目前所看到的文献中报道最高转换效率仅仅为百分之几，所以一阶反stokes的转换效率的提升还有待研究。
本发明设计的思路是利用在拉曼池中加腔的方法目的是以增强基频激光和一阶stokes激光作用过程，也就是为四波混频创造了更加多的实现条件,目的是得到更加高能量的一阶反stokes激光。
发明内容：
本发明的实用性是激光光源可以利用该发明装置对其波长实现受激拉曼变换，最终输出一阶stokes波长；其过程是：泵浦激光器输出激光在外腔中通过并聚焦产生一阶stokes受激拉曼激光，一阶stokes受激拉曼激光在共心腔中振荡实现增益。本发明中通过腔镜镀膜可以保证一阶stokes激光在腔内振荡而且不输出，所以一阶stokes可以在腔内产生很高的功率密度，在振荡过程中一阶stokes激光与泵浦激光达到相位匹配条件就可以实现四波混频效应产生一阶反stokes激光，输出耦合腔镜镀膜可以保证一阶反stokes激光的高透射率，将一阶反stokes激光输出；最后再经过分光装置将泵浦激光和一阶反stokes激光分离。
本发明的技术解决方案如下：
泵浦激光器(1)、前腔镜(2)、气体拉曼池(3)、输出耦合腔镜(4)；其特征是：气体拉曼池(3)为左右两端设有透明窗口的密闭容器，前腔镜(2)和输出耦合腔镜(4)置于拉曼池(3)内两透明窗口之间，
泵浦激光器(1)发出的光依次经左侧透明窗口、前腔镜(2)、输出耦合腔镜(4)、右侧透明窗口从拉曼池(3)中输出；其中前腔镜(2)、气体拉曼池(3)、输出耦合腔镜(4)组成了外腔受激拉曼振荡器。
泵浦激光器(1)可以是任意一种脉冲或者准连续激光器。
前腔镜(2)结构为月牙镜，凸面为非球面结构，凹面为球面结构，对其透射激光起聚焦作用，凸面镀有泵浦激光高透膜，凹面镀有泵浦激光高透膜并且一阶stokes和一阶反stokes激光高反膜，输出耦合腔镜(4)其外形结构和前腔镜(2)结构相同，凸面镀有泵浦激光和一阶反stokes激光高透膜，凹面镀膜使得泵浦激光和一阶反stokes激光高透而且一阶stokes激光高反。
前腔镜(2)和输出耦合腔镜(4)构成共心腔，前腔镜(2)要对透射平行激光起到聚焦作用，其焦距等于共心腔长的1/2，输出耦合腔镜(4)对透射的发散激光起整形作用使其转换为平行激光；前腔镜(2)和输出耦合腔镜(4)要安放于拉曼池(3)内部。
气体拉曼池(3)是两端带有透明窗口的气体池，其中的气体可以根据所需波长选择相应的气体(常用的拉曼气体有：H2,CO2，CH4或O2)；如果对该设计稍作改动选用固体或者液体拉曼介质同样也适用于该种发明装置；如果拉曼介质是气体，则适当选择气压可使效果更好。
如果该装置使用的泵浦光器(1)的波长和拉曼介质的转换波数得当，就可以避免二阶stokes波长的产生，在该种情况下，一阶反stokes的转换效率将会明显提高；例如：使用泵浦激光器(1)的波长为1.315微米，选用的拉曼池(3)中充装氢气介质，在该种情况下产生的二阶Stokes波长为-14.167微米，明显该种波长是不存在的，所以一阶stokes向高阶Stokes转换的通道被截止，在该种情况下反stokes的转换效率将被提升。
附图说明
说明书附图1中的器件名称如下：
(1)泵浦激光器
(2)前腔镜，
(3)气体拉曼池
(4)输出耦合腔镜，
其中(2)、(3)、(4)组成了外腔受激拉曼振荡器，
具体实施方式
为详细描述本发明的具体工作过程及使用方法，结合实际应用情况，举例说明本发明的具体实施方式。
实施例，对脉冲光解碘激光的一阶反stokes转换。
为实现对脉冲光解碘激光的一阶反stokes转换，本实施例中使用光解碘激光器作为泵浦源，高纯度的氢气作为拉曼介质转，光解碘激光器的输出波长为1.315微米，氢气的振动拉曼频移为4155.2个波数，在该种情况下产生的一阶stokes为2.900微米、二阶Stokes波长为-14.167微米，明显二阶Stokes是不存在的，所以一阶stokes向高阶Stokes转换的通道被截止，在该种情况下0.850微米的一阶反stokes的转换效率将被提升。
外腔受激拉曼振荡器包括前腔镜、拉曼池、输出耦合腔镜三部分；选用优质的不锈钢加工拉曼池，并且拉曼池两端带有高透射率的窗口，拉曼池的总体长度为40公分，拉曼池一充装的有高纯度的氢气，其气压为4-7兆帕；前腔镜和输出耦合腔镜的外形结构呈月牙形状，其材质为JGS3，其中凹面的曲率是-150毫米，凸面为非球面，凸面面型通过数学计算所得，总之其该月牙镜的透射焦距是-150毫米，前腔镜和输出耦合腔镜的镀膜有所不同，前腔镜的凸面镀1.315微米高透膜，凹面镀1.315微米高透射并且0.850微米和2.900微米高反射膜，输出耦合腔镜的凸面镀1.315微米和0.850微米高透射膜，凹面镀1.315微米和0.850微米高透射并且2.900微米高反射率膜；前腔镜和输出耦合腔镜通过调整支架固定于拉曼池内部，前腔镜和输出耦合腔镜的凹面相对，其凹面到凹面的距离为300毫米。
以上所有设备和器件按照附图中的图1设置之后要通过Research Electro-Optics.Inc生产的He-Ne激光器的0.632微米激光可见波长对整个光路调节，具体的做法是，先将光解碘激光器发出的激光和He-Ne激光通过二相色镜合束，后续的调节参考0.632微米激光，依次设置外腔受激拉曼振荡器和长光程受激拉曼放大器；通过0.632微米激光的光路就可以判断1.315微米的光路。
所有器件通过0.632微米激光调节完毕后要遮挡0.632微米激光，以防止固体激光或者拉曼激光的回光进入He-Ne激光器。
该实施例的后续分光可采用棱镜或者镀有1.315微米高反射率和0.850微米高透射率膜的二相色镜就能得到0.850微米的一阶反stokes激光输出。

Claims (5)

1.一种外腔式反stokes拉曼激光器，包括：泵浦激光器(1)、前腔镜(2)、气体拉曼池(3)、输出耦合腔镜(4)；其特征是：
气体拉曼池(3)为左右两端设有透明窗口的密闭容器，前腔镜(2)和输出耦合腔镜(4)置于拉曼池(3)内两透明窗口之间，
泵浦激光器(1)发出的光依次经左侧透明窗口、前腔镜(2)、输出耦合腔镜(4)、右侧透明窗口从拉曼池(3)中输出；其中前腔镜(2)、气体拉曼池(3)、输出耦合腔镜(4)组成了外腔受激拉曼振荡器。
2.根据权利要求1所述的外腔式反stokes拉曼激光器，其特征在是：泵浦激光器(1)可以是任意一种脉冲或者准连续激光器。
3.根据权利要求1所述的外腔式反stokes拉曼激光器，其特征在是：前腔镜(2)结构为月牙镜，凸面为非球面结构，凹面为球面结构，对其透射激光起聚焦作用，凸面镀有泵浦激光高透膜，凹面镀有泵浦激光高透膜并且一阶stokes和一阶反stokes激光高反膜，输出耦合腔镜(4)其外形结构和前腔镜(2)结构相同，凸面镀有泵浦激光和一阶反stokes激光高透膜，凹面镀膜使得泵浦激光和一阶反stokes激光高透而且一阶stokes激光高反。
4.根据权利要求1所述的外腔式反stokes拉曼激光器，其特征在是：前腔镜(2)和输出耦合腔镜(4)构成共心腔，前腔镜(2)要对透射平行激光起到聚焦作用，其焦距等于共心腔长的1/2，输出耦合腔镜(4)对透射的发散激光起整形作用使其转换为平行激光；前腔镜(2)和输出耦合腔镜(4)要安放于拉曼池(3)内部。
5.根据权利要求1所述的一种外腔式反stokes拉曼激光器，其特征在是：气体拉曼池(3)是两端带有透明窗口的气体池，其中的气体可以根据所需波长选择相应的气体(常用的拉曼气体有：H2,CO2，CH4或O2)；如果对该设计稍作改动选用固体或者液体拉曼介质同样也适用于该种发明装置；如果拉曼介质是气体，则适当选择气压可使效果更好。
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