CN107681460B - 多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器 - Google Patents

多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器，属于激光器技术领域，本发明基于c切YVO4晶体(或者c切Nd:YVO4晶体)和c切GdVO4晶体(或者c切Nd:GdVO4晶体)除分别具有频移谱线890cm‑1和882cm‑1外，在c切方向均具有259cm‑1的频移谱线，由于频移谱线890cm‑1和882cm‑1只能分别在c切YVO4晶体(或者c切Nd:YVO4晶体)和c切GdVO4晶体(或者c切Nd:GdVO4晶体)中获得拉曼增益，而频移谱线259cm‑1则可以在两种晶体中都获得增益，因此通过实施本发明能够在一个固体拉曼激光器的两种拉曼晶体中实现基于同一频移谱线的拉曼激光输出，从而实现基于890cm‑1、882cm‑1和259cm‑1三种频移谱线的拉曼激光的同步振荡和有效输出，该多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器更加适用于对激光波长有特殊要求的医药、工业和通讯等领域。

Description

多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器。
背景技术
固体拉曼激光器是利用晶体中的受激拉曼散射实现对固体激光器基频激光频率转换输出的一种激光器，由于固体自拉曼激光器在一块晶体(即自拉曼晶体)中实现了基频激光增益和受激拉曼散射两种功能，并且具有体积小、结构简化的优点，因此固体自拉曼激光器在过去的近二十年以来，一直是激光器研究领域的热点。但是，由于自拉曼晶体自身拉曼频移的特性，导致目前已报道的固体拉曼激光器最多只能够实现两种频移的拉曼激光的同步运转和输出，这极大地限制了固体拉曼激光器在医药、工业和通讯等领域的应用。
发明内容
基于此，有必要针对目前已报道的固体拉曼激光器最多只能够实现两种频移的拉曼激光的同步运转和输出，限制了固体拉曼激光器在医药、工业和通讯等领域的应用的问题，提供一种多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器。
为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：
一种多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器，包括半导体激光器、耦合输出光纤、聚焦耦合透镜组、后腔镜、自拉曼激光晶体、拉曼激光晶体、调Q开关和输出腔镜，
所述后腔镜对所述半导体激光器输出的泵浦光高透，且对基频激光和拉曼激光高反；
所述输出腔镜对所述基频激光高反，且对所述拉曼激光部分透过；
所述自拉曼激光晶体、所述拉曼激光晶体和所述调Q开关均设置在所述后腔镜和所述输出腔镜之间，设置顺序为从所述后腔镜至所述输出腔镜依次为所述自拉曼激光晶体、所述拉曼激光晶体和所述调Q开关，或者从所述后腔镜至所述输出腔镜依次为所述自拉曼激光晶体、所述调Q开关和所述拉曼激光晶体；
所述半导体激光器输出的泵浦光经所述耦合输出光纤耦合至所述聚焦耦合透镜组，所述聚焦耦合透镜组将所述泵浦光耦合至所述自拉曼激光晶体中，经所述自拉曼激光晶体和所述拉曼激光晶体的受激拉曼散射后，所述输出腔镜输出三种波长的所述拉曼激光，
所述自拉曼激光晶体和所述拉曼激光晶体均为c切晶体，当所述自拉曼激光晶体为c切Nd:YVO4晶体，所述拉曼激光晶体为c切GdVO4晶体或者c切Nd:GdVO4晶体时，所述输出腔镜输出的三种所述拉曼激光的波长分别为1097nm、1177nm和1178nm；当所述自拉曼激光晶体为c切Nd:GdVO4晶体，所述拉曼激光晶体为c切YVO4晶体或者c切Nd:YVO4晶体时，所述输出腔镜输出的三种所述拉曼激光的波长分别为1096nm、1176nm和1177nm。
上述多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器基于c切YVO4晶体(或者c切Nd:YVO4晶体)和c切GdVO4晶体(或者c切Nd:GdVO4晶体)除分别具有频移谱线890cm-1和882cm-1外，频移谱线890cm-1和882cm-1的拉曼增益系数相同，均为4.5cm/GW，c切YVO4晶体(或者c切Nd:YVO4晶体)和c切GdVO4晶体(或者c切Nd:GdVO4晶体)在c切方向均具有259cm-1的频移谱线，由于频移谱线890cm-1和882cm-1只能分别在c切YVO4晶体(或者c切Nd:YVO4晶体)和c切GdVO4晶体(或者c切Nd:GdVO4晶体)中获得拉曼增益，而频移谱线259cm-1则可以在两种晶体中都获得增益，其增益系数约为890cm-1和882cm-1频移拉曼增益系数4.5cm/GW的一半，因此根据本发明所提出的多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器的结构，可以实现三种频移谱线在激光器中增益的基本平衡，在一个固体拉曼激光器的两种拉曼晶体中实现基于同一频移谱线的拉曼激光输出，从而实现基于890cm-1、882cm-1和259cm-1三种频移谱线的拉曼激光的输出。本发明所提出的多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器能够实现三种拉曼激光的同步振荡和有效输出，更加适用于对激光波长有特殊要求的医药、工业和通讯等领域，同时对于固体拉曼激光器的研究也具有重要意义。
附图说明
图1为本发明其中一个实施例中多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器的结构示意图；
图2为本发明另一个实施例中多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
在自拉曼晶体中，Nd:YVO4与Nd:GdVO4两种晶体因为同时具有优异的激光增益性能与拉曼增益性能，因此在自拉曼晶体材料中占据重要位置。Nd:YVO4晶体与Nd:GdVO4晶体都是单轴晶体，它们在1.06μm附近不同切向的基频激光波长稍有不同，a切与c切的Nd:YVO4晶体的基频激光波长分别为1064nm和1066nm，a切与c切的Nd:GdVO4晶体的基频激光波长分别为1063nm和1065nm。Nd:YVO4晶体与Nd:GdVO4晶体两种晶体最强的拉曼频移(即基频光与其产生的一阶拉曼光的波长倒数之差)分别为890cm-1和882cm-1，因此基于最强拉曼频移的a切与c切的Nd:YVO4晶体的一阶斯托克斯光波长分别为1176nm和1178nm，基于最强拉曼频移的a切与c切的Nd:GdVO4晶体的一阶斯托克斯光波长分别为1173nm和1176nm。
在其中一个实施例中，如图1所示，多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器包括半导体激光器1、耦合输出光纤2、聚焦耦合透镜组3、后腔镜4、自拉曼激光晶体5、拉曼激光晶体6、调Q开关7和输出腔镜8，其中：
后腔镜4对半导体激光器1输出的泵浦光高透，且对基频激光和拉曼激光高反；
输出腔镜8对基频激光高反，且对拉曼激光部分透过；
自拉曼激光晶体5、拉曼激光晶体6和调Q开关7均设置在后腔镜4和输出腔镜8之间，设置顺序为从后腔镜4至输出腔镜8依次为自拉曼激光晶体5、拉曼激光晶体6和调Q开关7，或者从后腔镜4至输出腔镜8依次为自拉曼激光晶体5、调Q开关7和拉曼激光晶体6；
半导体激光器1输出的泵浦光经耦合输出光纤2耦合至聚焦耦合透镜组3，聚焦耦合透镜组3将泵浦光耦合至自拉曼激光晶体5中，经自拉曼激光晶体5和拉曼激光晶体6的受激拉曼散射后，输出腔镜输出三种波长的拉曼激光；
自拉曼激光晶体5和拉曼激光晶体6均为c切晶体，自拉曼激光晶体5为c切Nd:YVO4晶体，拉曼激光晶体6为c切GdVO4晶体或者c切Nd:GdVO4晶体，输出腔镜8输出的三种拉曼激光的波长分别为1097nm、1177nm和1178nm。
在另一个实施例中，如图2所示，多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器包括半导体激光器1、耦合输出光纤2、聚焦耦合透镜组3、后腔镜4、自拉曼激光晶体5、拉曼激光晶体6、调Q开关7和输出腔镜8，其中：
后腔镜4对半导体激光器1输出的泵浦光高透，且对基频激光和拉曼激光高反；
输出腔镜8对基频激光高反，且对拉曼激光部分透过；
自拉曼激光晶体5、拉曼激光晶体6和调Q开关7均设置在后腔镜4和输出腔镜8之间，设置顺序为从后腔镜4至输出腔镜8依次为自拉曼激光晶体5、拉曼激光晶体6和调Q开关7，或者从后腔镜4至输出腔镜8依次为自拉曼激光晶体5、调Q开关7和拉曼激光晶体6；
半导体激光器1输出的泵浦光经耦合输出光纤2耦合至聚焦耦合透镜组3，聚焦耦合透镜组3将泵浦光耦合至自拉曼激光晶体5中，经自拉曼激光晶体5和拉曼激光晶体6的受激拉曼散射后，输出腔镜输出三种波长的拉曼激光；
自拉曼激光晶体5和拉曼激光晶体6均为c切晶体，自拉曼激光晶体5为c切Nd:GdVO4晶体，拉曼激光晶体6为c切YVO4晶体或者c切Nd:YVO4晶体，输出腔镜8输出的三种拉曼激光的波长分别为1096nm、1176nm和1177nm。
以上两个实施例所对应的图1和图2分别是本发明多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器的两种具体结构形式，仅涉及到部分器件位置的不同，其中半导体激光器(LD：laser diode)1的波长优选在808nm或880nm附近；耦合输出光纤2与半导体激光器1连接；聚焦耦合透镜组3的功能为将半导体激光器1发出的泵浦光聚焦到自拉曼激光晶体5中；后腔镜4的镀膜对泵浦光高透，对基频光和拉曼光高反；自拉曼激光晶体5可以为Nd:YVO4或者Nd:GdVO4，拉曼激光晶体6掺钕(Nd)或者不掺钕均可，当自拉曼激光晶体5为Nd:YVO4时，拉曼激光晶体6可以为GdVO4或者Nd:GdVO4；当自拉曼激光晶体5为Nd:GdVO4时，6为YVO4或者Nd:YVO4；调Q开关7可以采用主动或被动调Q；输出腔镜8的镀膜对基频光高反，对拉曼光部分透过；图1和图2中的自拉曼激光晶体5和拉曼激光晶体6都为c切晶体，当自拉曼激光晶体5为Nd:YVO4时，本发明固体拉曼激光器的基频光(即基频激光)波长为1066nm，输出的三种拉曼激光的波长分别为1097nm、1177nm和1178nm，当自拉曼激光晶体5为Nd:GdVO4时，本发明固体拉曼激光器的基频光(即基频激光)波长为1065nm，输出的三种拉曼激光的波长分别为1096nm、1176nm和1177nm；图1和图2中的箭头均表示本发明固体拉曼激光器输出的拉曼激光。
结合以上两个实施例可知，本发明所提出的多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器基于c切YVO4晶体(或者c切Nd:YVO4晶体)和c切GdVO4晶体(或者c切Nd:GdVO4晶体)除分别具有频移谱线890cm-1和882cm-1外，频移谱线890cm-1和882cm-1的拉曼增益系数相同，均为4.5cm/GW，c切YVO4晶体(或者c切Nd:YVO4晶体)和c切GdVO4晶体(或者c切Nd:GdVO4晶体)在c切方向均具有259cm-1的频移谱线，由于频移谱线890cm-1和882cm-1只能分别在c切YVO4晶体(或者c切Nd:YVO4晶体)和c切GdVO4晶体(或者c切Nd:GdVO4晶体)中获得拉曼增益，而频移谱线259cm-1则可以在两种晶体中都获得增益，其增益系数约为890cm-1和882cm-1频移拉曼增益系数4.5cm/GW的一半，因此根据本发明所提出的多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器的结构，可以实现三种频移谱线在激光器中增益的基本平衡，在一个固体拉曼激光器的两种拉曼晶体中实现基于同一频移谱线的拉曼激光输出，从而实现基于890cm-1、882cm-1和259cm-1三种频移谱线的拉曼激光的输出。本发明所提出的多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器能够实现三种拉曼激光的同步振荡和有效输出，更加适用于对激光波长有特殊要求的医药、工业和通讯等领域，同时对于固体拉曼激光器的研究也具有重要意义。
优选地，本发明中的自拉曼激光晶体5与拉曼激光晶体6两者的长度之比与谐振腔内基频激光在自拉曼激光晶体5与拉曼激光晶体6中的平均光束面积之比成反比关系，以实现基于890cm-1、882cm-1和259cm-1三种频移的拉曼激光增益的最大程度平衡，保证拉曼激光的有效输出。
作为一种具体的实施方式，半导体激光器1输出的泵浦光的波长为808nm或者880nm。808nm和880nm是掺钕晶体材料的两个主要吸收峰，其中，808nm具有吸收系数高的优点，880nm具有产生热量少的优点，因此本实施方式以泵浦光为808nm或者880nm的半导体激光器作为泵浦源，有利于实现拉曼激光的高效输出。
作为一种具体的实施方式，调Q开关7为电光调Q开关或者声光调Q开关。本发明中调Q开关7可以采用主动调Q方式或者被动调Q方式，优选地，调Q开关7为电光调Q开关或者声光调Q开关，由于电光调Q开光和声光调Q开关的开关时间都小于脉冲建立时间，因此都属于快开关类型，其中电光调Q开光具有同步性能好、使用寿命长和输出巨脉冲稳定等优点，而声光调Q开光的脉冲重复性较好，因此本实施方式以电光调Q开关或者声光调Q开关作为多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器中的调Q开关7，有利于提高固体拉曼激光器输出的拉曼激光特性。
作为一种具体的实施方式，后腔镜4对半导体激光器1输出的泵浦光的透过率为98％，且对基频激光和拉曼激光的反射率为99.9％，从而保证拉曼激光的高效输出。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器，其特征在于，包括半导体激光器(1)、耦合输出光纤(2)、聚焦耦合透镜组(3)、后腔镜(4)、自拉曼激光晶体(5)、拉曼激光晶体(6)、调Q开关(7)和输出腔镜(8)，
所述后腔镜(4)对所述半导体激光器(1)输出的泵浦光高透，且对基频激光和拉曼激光高反；
所述输出腔镜(8)对所述基频激光高反，且对所述拉曼激光部分透过；
所述自拉曼激光晶体(5)、所述拉曼激光晶体(6)和所述调Q开关(7)均设置在所述后腔镜(4)和所述输出腔镜(8)之间，设置顺序为从所述后腔镜(4)至所述输出腔镜(8)依次为所述自拉曼激光晶体(5)、所述拉曼激光晶体(6)和所述调Q开关(7)，或者从所述后腔镜(4)至所述输出腔镜(8)依次为所述自拉曼激光晶体(5)、所述调Q开关(7)和所述拉曼激光晶体(6)；
所述半导体激光器(1)输出的泵浦光经所述耦合输出光纤(2)耦合至所述聚焦耦合透镜组(3)，所述聚焦耦合透镜组(3)将所述泵浦光耦合至所述自拉曼激光晶体(5)中，经所述自拉曼激光晶体(5)和所述拉曼激光晶体(6)的受激拉曼散射后，所述输出腔镜输出三种波长的所述拉曼激光；
所述自拉曼激光晶体(5)和所述拉曼激光晶体(6)均为c切晶体，当所述自拉曼激光晶体(5)为c切Nd:YVO4晶体，所述拉曼激光晶体(6)为c切GdVO4晶体或者c切Nd:GdVO4晶体时，所述输出腔镜(8)输出的三种所述拉曼激光的波长分别为1097nm、1177nm和1178nm；当所述自拉曼激光晶体(5)为c切Nd:GdVO4晶体，所述拉曼激光晶体(6)为c切YVO4晶体或者c切Nd:YVO4晶体时，所述输出腔镜(8)输出的三种所述拉曼激光的波长分别为1096nm、1176nm和1177nm。
2.根据权利要求1所述的多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器，其特征在于，
所述自拉曼激光晶体(5)与所述拉曼激光晶体(6)两者的长度之比与谐振腔内的所述基频激光在所述自拉曼激光晶体(5)和所述拉曼激光晶体(6)中的平均光束面积之比成反比。
3.根据权利要求1或2所述的多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器，其特征在于，
所述半导体激光器(1)输出的泵浦光的波长为808nm或者880nm。
4.根据权利要求1或2所述的多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器，其特征在于，
所述调Q开关(7)为电光调Q开关或者声光调Q开关。
5.根据权利要求1或2所述的多谱线输出共频移复合型固体拉曼激光器，其特征在于，
所述后腔镜(4)对所述半导体激光器(1)输出的泵浦光的透过率为98％，且对基频激光和拉曼激光的反射率为99.9％。
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