CN106684696A - 一种两级联用外腔拉曼激光器 - Google Patents

一种两级联用外腔拉曼激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN106684696A
CN106684696A CN201510747309.1A CN201510747309A CN106684696A CN 106684696 A CN106684696 A CN 106684696A CN 201510747309 A CN201510747309 A CN 201510747309A CN 106684696 A CN106684696 A CN 106684696A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
raman
light path
long light
hysteroscope
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510747309.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106684696B (zh
Inventor
蔡向龙
郭敬为
刘金波
李仲慧
金玉奇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Original Assignee
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Institute of Chemical Physics of CAS filed Critical Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority to CN201510747309.1A priority Critical patent/CN106684696B/zh
Publication of CN106684696A publication Critical patent/CN106684696A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106684696B publication Critical patent/CN106684696B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明提供一种两级联用外腔拉曼激光器，将外腔受激拉曼和长光程腔结合，通过外腔受激拉曼先产生一级stokes种子激光，然后再将剩余泵浦光和一级stokes激光一起导入长光程腔内对一级stokes激光放大；长光程的长光程腔的使用可以实现泵浦激光向一级stokes激光的高效率转换，该设计可以拓展受激拉曼的适用范围，可以让受激拉曼变频技术应用在更加广泛的激光光源。本发明中外腔为共心腔，泵浦激光一次通过激光腔，腔内通过镀膜可以实现拉曼激光的反馈和振荡，近共心放置的长光程(Herriott)腔可以实现激光在腔内的多次折返和光束在拉曼介质中的多次聚焦，该设计满足了延长受激拉曼有效作用距离，相比于单次聚焦可以实现比较高的受激拉曼转换。

Description

一种两级联用外腔拉曼激光器
技术领域
本发明是一种两级联用外腔拉曼激光器，它是利用端泵的外腔产生一级stokes种子激光，然后再利用长光程腔对种子激光放大，目的是实现高效的输出拉曼波长。该发明设计是一种高效的激光波长转换装置。
技术背景
激光是一种特殊光源，具有单色性，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要求，就需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,但是目前该领域的应用具有较多的局限；例如，固体拉曼介质具有较高的增益，但是固体介质也存在热消散性能差的缺点，所以固体拉曼介质只能应用在小能量激光器变频(微焦级别)。
气体和液体具有可流动性，所以气体和液体拉曼介质被广泛的应用于毫焦级别以上的激光器激拉曼变频,但是气体拉曼介质的增益系数要比固体低，所以气体拉曼激光器的转换效率要比固体低；采用一些发明和设计，通过对外加光腔和延长光程的方法来实现激光的高效转换。
本发明采用腔增强的方法实现受激拉曼，其优点在于(1)外腔受激拉曼降低受激拉曼阈值，可以让更加多的激光器实现拉曼变频，拓宽了拉曼变频技术的范围；(2)长光程腔的使用可以实现泵浦激光向拉曼激光的高效率转换，这个已经在实验中充分的验证；(3)气体相对于固体其不容易受拉曼过程中的热效应影响，使用气体做为拉曼介质可以承受更高的泵浦能量；总的来说，该发明是一种新的波长转换方法。
发明内容：
本发明的实用性是能够对激光进行波长变换。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先通过外腔式受激拉曼，其中泵浦激光聚焦到外腔的中心，拉曼激光通过在共心的外腔中振荡实现增益,然后泵浦激光和拉曼激光一起从外腔中输出然后经过凹面高反射镜的折反将两束共线的激光导入到长光程腔构成的长光程的拉曼介质中，在该拉曼介质中泵浦激光被消耗，拉曼激光得到了充分的放大,最后再经过分光装置将泵浦激光和一阶stokes激光分离。
本发明的技术解决方案如下：
一种两级联用外腔拉曼激光器，包括：泵浦激光器(1)，前腔镜(2)，拉曼池一(3)，输出耦合腔镜(4)，凹面高反镜(5)，长光程腔镜一(6)，拉曼池二(7)，长光程腔镜二(8)；
其特征在是：其中前腔镜(2)，拉曼池一(3)，输出耦合腔镜(4)组成了外腔受激拉曼振荡器，其中凹面高反镜(5)，长光程腔镜一(6)，拉曼池二(7)，长光程腔镜二(8)组成了长光程受激拉曼放大器；
泵浦激光器(1)的输出激光依次经前腔镜(2)、拉曼池一(3)、输出耦合腔镜(4)输出；输出耦合腔镜(4)输出的激光经凹面高反镜(5)的反射再经长光程腔镜一(6)、拉曼池二(7)、长光程腔镜二(8)输出。
凹面高反镜(5)将泵浦激光和拉曼激光聚焦于相对设置的长光程腔镜一(6)、和长光程腔镜二(8)之间的空间一点，以这个焦点为长光程腔的聚焦平面设置长光程腔镜一(6)、拉曼池二(7)、长光程腔镜二(8)组成长光程受激拉曼放大器。
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和一阶stokes激光高反膜，中间放置拉曼池一(3)，拉曼池一(3)为相对两端带有透明窗口的密闭容器，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stokes激光高透膜，凹面镀膜使得泵浦激光高透而且一阶stokes激光以一定比例输出；
前腔镜(2)和输出耦合腔镜(4)利用两者的凹面构成共心腔，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。
凹面高反镜(5)要镀有泵浦波长和一阶stokes激光波长的高反膜。
拉曼池二(7)是相对两端带有透明窗口的密闭容器，长光程腔镜一(6)和长光程腔镜二(8)相对设置于拉曼池二(7)内部两透明窗口之间；长光程腔镜一(6)和长光程腔镜二(8)为采用偏心打通孔的凹面反射镜，其表面镀有泵浦激光和一阶stokes激光高反膜(最好能实现宽波段的高反射率)。
拉曼池一(3)和拉曼池二(7)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；值得注意的是该装置中拉曼池一(3)和拉曼池二(7)所选用的拉曼介质必须为同种介质；如果拉曼介质是气体，则适当选择气压可使效果更好。
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)拉曼池一
(4)输出耦合腔镜
(6)凹面高反镜
(7)长光程腔镜一
(8)拉曼池二
(9)长光程腔镜二
其中(2)、(3)、(4)组成了外腔受激拉曼振荡器，
其中(5)、(6)、(7)、(8)组成了长光程受激拉曼放大器，
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Nd:YAG基频激光的一阶stokes转换。
为实现Nd:YAG基频激光的高效转换，本实施例中采用Quangtel固体激光器，其输出波长为1.064微米，脉宽为5纳秒。
外腔受激拉曼振荡器包括前腔镜、拉曼池一、输出耦合腔镜三部分。选用优质的不锈钢加工拉曼池一，并且拉曼池一两端带有高透射率的窗口，拉曼池一的总体长度为20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，镜面直径25.4毫米。
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1.064微米高透膜，凹面镀1.064微米高透射和1.900微米高反射膜，输出耦合腔镜的凸面镀1.064微米和1.900微米高透射膜，凹面镀1.064微米高透射和1.900微米90％的反射膜；前腔镜和输出耦合腔镜通过调整支架固定于拉曼池拉曼池一两端，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。
长光程受激拉曼放大器包括凹面反射镜、长光程腔镜一、拉曼池二和长光程腔镜二这四部分；凹面反射镜为平凹结构，镜面直径25.4毫米，凹面曲率为-1500毫米，凹面反射镜的凹面镀有0.632微米、1.064微米和1.900微米的三波段高反射率膜；选用优质的不锈钢加工拉曼池二，拉曼池两端通过法兰安装有激光高透过率的窗口，拉曼池二的总体长度为120公分，拉曼池二中充装有高纯度氢气，充装气压在1-2兆帕之间；长光程腔镜一和二为同种结构材质和镀膜，它们的结构为平凹镜，镜面直径50毫米，在距离镜面边缘处8毫米处开有一个直径为10毫米的通孔，其凹面的曲率为-500毫米，凹面镀有0.632微米、1.064微米和1.900微米的三波段高反射率膜，长光程腔镜一和二通过导轨和调整支架固定于拉曼池内部，长光程腔镜一和二的凹面相对，其凹面到凹面的距离约98公分；另外该实施例中光程长度可以通过长光程腔镜一和二加以控制。
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纳米激光可见波长对整个光路调节，具体的做法是：先将泵浦激光和He-Ne激光通过二相色镜合束，后续的调节参考0.632纳米激光，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纳米激光的光路就可以判断1064纳米的光路。
所有器件通过0.632纳米激光调节完毕后要遮挡0.632纳米激光，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1.064纳米高反射率和1.900纳米高透射率膜的二相色镜就能得到1.900微米的一阶stokes激光输出。

Claims (7)

1.一种两级联用外腔拉曼激光器，包括：泵浦激光器(1)，前腔镜(2)，拉曼池一(3)，输出耦合腔镜(4)，凹面高反镜(5)，长光程腔镜一(6)，拉曼池二(7)，长光程腔镜二(8)；
其特征在是：其中前腔镜(2)，拉曼池一(3)，输出耦合腔镜(4)组成了外腔受激拉曼振荡器，其中凹面高反镜(5)，长光程腔镜一(6)，拉曼池二(7)，长光程腔镜二(8)组成了长光程受激拉曼放大器；
泵浦激光器(1)的输出激光依次经前腔镜(2)、拉曼池一(3)、输出耦合腔镜(4)输出；输出耦合腔镜(4)输出的激光经凹面高反镜(5)的反射再经长光程腔镜一(6)、拉曼池二(7)、长光程腔镜二(8)输出。
2.根据权利要求1所述的两级联用外腔拉曼激光器，其特征在是：凹面高反镜(5)将泵浦激光和拉曼激光聚焦于相对设置的长光程腔镜一(6)、和长光程腔镜二(8)之间的空间一点，以这个焦点为长光程腔的聚焦平面设置长光程腔镜一(6)、拉曼池二(7)、长光程腔镜二(8)组成长光程受激拉曼放大器。
3.根据权利要求1所述的两级联用外腔拉曼激光器，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。
4.根据权利要求1所述的两级联用外腔拉曼激光器，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和一阶stokes激光高反膜，中间放置拉曼池一(3)，拉曼池一(3)为相对两端带有透明窗口的密闭容器，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stokes激光高透膜，凹面镀膜使得泵浦激光高透而且一阶stokes激光以一定比例输出；
前腔镜(2)和输出耦合腔镜(4)利用两者的凹面构成共心腔，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。
5.根据权利要求1所述的两级联用外腔拉曼激光器，其特征在是：凹面高反镜(5)要镀有泵浦波长和一阶stokes激光波长的高反膜。
6.根据权利要求1所述的两级联用外腔拉曼激光器，其特征在是：拉曼池二(7)是相对两端带有透明窗口的密闭容器，长光程腔镜一(6)和长光程腔镜二(8)相对设置于拉曼池二(7)内部两透明窗口之间；长光程腔镜一(6)和长光程腔镜二(8)为采用偏心打通孔的凹面反射镜，其表面镀有泵浦激光和一阶stokes激光高反膜(最好能实现宽波段的高反射率)。
7.根据权利要求1所述的两级联用外腔拉曼激光器，其特征在是：拉曼池一(3)和拉曼池二(7)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；值得注意的是该装置中拉曼池一(3)和拉曼池二(7)所选用的拉曼介质必须为同种介质；如果拉曼介质是气体，则适当选择气压可使效果更好。
CN201510747309.1A 2015-11-05 2015-11-05 一种两级联用外腔拉曼激光器 Active CN106684696B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510747309.1A CN106684696B (zh) 2015-11-05 2015-11-05 一种两级联用外腔拉曼激光器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510747309.1A CN106684696B (zh) 2015-11-05 2015-11-05 一种两级联用外腔拉曼激光器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106684696A true CN106684696A (zh) 2017-05-17
CN106684696B CN106684696B (zh) 2020-05-05

Family

ID=58858519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510747309.1A Active CN106684696B (zh) 2015-11-05 2015-11-05 一种两级联用外腔拉曼激光器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106684696B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109813227A (zh) * 2017-11-20 2019-05-28 中国人民解放军第四军医大学 基于激光腔调谐多重回馈位移测量装置及测量方法
CN110265863A (zh) * 2018-03-12 2019-09-20 中国科学院大连化学物理研究所 一种腔内反斯托克斯拉曼激光器以及受激拉曼蓝移波长最大化输出方法
CN112186494A (zh) * 2019-07-04 2021-01-05 中国科学院大连化学物理研究所 一种co2级联紫外拉曼激光器
CN114256729A (zh) * 2020-09-22 2022-03-29 中国科学院大连化学物理研究所 一种窄脉宽高峰值功率高平均功率的中红外拉曼激光器
CN114966983A (zh) * 2022-04-29 2022-08-30 重庆邮电大学 一种三光学腔耦合系统及基于该系统的量子调控方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4194170A (en) * 1977-06-01 1980-03-18 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Shifting of infrared radiation using rotational raman resonances in diatomic molecular gases
US5062112A (en) * 1990-02-26 1991-10-29 Hughes Aircraft Company Two cell laser raman converter
US5142645A (en) * 1991-05-16 1992-08-25 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for generating Fraunhofer line laser source using stimulated Raman scattering
US5375131A (en) * 1989-12-01 1994-12-20 Thomson-Csf Tuneable laser device using a gas enclosure optical cavity
US5583877A (en) * 1995-05-09 1996-12-10 Ophir Corporation Method and apparatus for generating high power laser pulses in the two to six micron wavelength range
US8073017B1 (en) * 2009-02-23 2011-12-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy System and method for generating eye-safe high intensity optical pulses with two backward-shifting raman cells
US20120314722A1 (en) * 2011-04-05 2012-12-13 Heller Don F Raman converting laser systems
CN103855602A (zh) * 2012-12-03 2014-06-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种自带拉曼种子光的气体受激拉曼放大器
CN105024275A (zh) * 2014-04-25 2015-11-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种高阶斯托克斯光产生装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4194170A (en) * 1977-06-01 1980-03-18 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Shifting of infrared radiation using rotational raman resonances in diatomic molecular gases
US5375131A (en) * 1989-12-01 1994-12-20 Thomson-Csf Tuneable laser device using a gas enclosure optical cavity
US5062112A (en) * 1990-02-26 1991-10-29 Hughes Aircraft Company Two cell laser raman converter
US5142645A (en) * 1991-05-16 1992-08-25 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for generating Fraunhofer line laser source using stimulated Raman scattering
US5583877A (en) * 1995-05-09 1996-12-10 Ophir Corporation Method and apparatus for generating high power laser pulses in the two to six micron wavelength range
US8073017B1 (en) * 2009-02-23 2011-12-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy System and method for generating eye-safe high intensity optical pulses with two backward-shifting raman cells
US20120314722A1 (en) * 2011-04-05 2012-12-13 Heller Don F Raman converting laser systems
CN103855602A (zh) * 2012-12-03 2014-06-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种自带拉曼种子光的气体受激拉曼放大器
CN105024275A (zh) * 2014-04-25 2015-11-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种高阶斯托克斯光产生装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
闫晓娟: "双波长外腔共振和频产生的理论与实验研究", 《中国博士学位论文全文数据库（电子期刊） 信息科技辑》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109813227A (zh) * 2017-11-20 2019-05-28 中国人民解放军第四军医大学 基于激光腔调谐多重回馈位移测量装置及测量方法
CN109813227B (zh) * 2017-11-20 2021-01-05 中国人民解放军第四军医大学 基于激光腔调谐多重回馈位移测量装置及测量方法
CN110265863A (zh) * 2018-03-12 2019-09-20 中国科学院大连化学物理研究所 一种腔内反斯托克斯拉曼激光器以及受激拉曼蓝移波长最大化输出方法
CN110265863B (zh) * 2018-03-12 2020-09-01 中国科学院大连化学物理研究所 一种腔内反斯托克斯拉曼激光器以及受激拉曼蓝移波长最大化输出方法
CN112186494A (zh) * 2019-07-04 2021-01-05 中国科学院大连化学物理研究所 一种co2级联紫外拉曼激光器
CN114256729A (zh) * 2020-09-22 2022-03-29 中国科学院大连化学物理研究所 一种窄脉宽高峰值功率高平均功率的中红外拉曼激光器
CN114256729B (zh) * 2020-09-22 2024-04-09 中国科学院大连化学物理研究所 一种窄脉宽高峰值功率高平均功率的中红外拉曼激光器
CN114966983A (zh) * 2022-04-29 2022-08-30 重庆邮电大学 一种三光学腔耦合系统及基于该系统的量子调控方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106684696B (zh) 2020-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106684696A (zh) 一种两级联用外腔拉曼激光器
EP3360209B1 (en) Sub-nanosecond broad spectrum generating laser system
US4717842A (en) Mode-matched laser/raman coupled unstabled resonators
CN109066280A (zh) 一种功率比例及脉冲间隔可调的双波长光参量振荡器
CN107658687B (zh) 同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器
CN101752782B (zh) 级联光学参量放大系统脉冲压缩的方法
CN103972776B (zh) 激光二极管泵浦的克尔透镜锁模Yb:(YLa)2 O3 全固态飞秒激光器
Hastings et al. Few-cycle 10 µm multi-terawatt pulse self-compression in a gas-filled multi-pass cell: a numerical experiment
CN106684695A (zh) 一种外腔式反stokes拉曼激光器
CN104795721A (zh) 一种增强型可调谐拉曼激光装置
CN113809626A (zh) 一种大能量百皮秒755nm激光器
CN109193329B (zh) 一种基于蓝光激光二极管泵浦的克尔透镜自锁模钛宝石激光器
CN104124606A (zh) 一种激光器放大结构
CN116435863A (zh) 一种钠导星激光器
CN110120622A (zh) 一种激光二极管直接泵浦的亚10飞秒钛宝石振荡器
Krylov et al. Fibre-optic 100 fs pulse amplification and transmission system in the telecom range
CN101383485A (zh) 一种使半导体激光列阵输出双波长的外腔
CN103762488A (zh) 高功率窄线宽可调谐激光器
US4992750A (en) Coupling mechanism for efficient conversion of axisymmetric beam profiles into profiles suitable for diffraction
Didenko et al. Temporal compression of pulses from a-repetiton-rate femtosecond ytterbium laser
CN102299471B (zh) 腔外谐振紫外激光产生装置
CN114825018A (zh) 一种单波长激光产生宽光谱范围频率梳激光的装置及方法
CN113270785A (zh) 一种连续波1.5μm人眼安全全固态自拉曼激光器
CN109768466A (zh) 多路光纤激光合束受激拉曼激光器
KR100525566B1 (ko) 유도 브릴루앙 산란과 2차 라만-스토크스파 발생을 이용한라만 레이저 발진 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant