CN110233417A - 一种提高金刚石拉曼激光效率的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，包括泵浦源、金刚石晶体、金刚石晶体热沉、光学器件，还包括模式匹配控制模块；本发明专利设计一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，该装置增设有模式匹配控制模块，用于控制泵浦激光模式。与现有技术相比，本专利技术可以控制泵浦激光模式使其传输方向及电场模式与金刚石晶格结构匹配，提升金刚石拉曼激光效率。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及激光变频技术。
背景技术
拉曼激光技术通过改变泵浦光的波长或者选择合适的拉曼频移系数，可实现紫外波段到红外范围的拉曼激光输出，能有效的扩展激光光谱范围有望同步获得高能量密度、窄线宽、共轴、多波长的“激光成像/激光干扰完美光源”，是最具发展潜力的研究方向之一
拉曼介质是拉曼激光器进行频率转换的核心部分，其性能直接影响到转换波长、光束质量、转换效率等参数。硝酸盐、碘酸盐、钨酸盐和钒酸盐类晶体具有优良的光学特性被广泛的用作拉曼增益介质，与以上常规的拉曼增益介质相比，金刚石晶体拥有众多优异的光学特性：最高的拉曼增益系数，最大的拉曼频移系数(1332cm-1)，最宽的透光范围及极佳的热力学特性，是目前公认的最佳拉曼增益介质。早在1963年，金刚石晶体第一次作为拉曼晶体，但受限于晶体质量，基于金刚石晶体的拉曼激光技术一直发展缓慢，2008年以前，关于金刚石拉曼激光报道极少，直到化学气相沉积法制备金刚石制备方法极大提高晶体质量，2008年以来基于CVD-金刚石的拉曼激光技术快速发展成为近年来拉曼激光技术的核心热点。
现有金刚石拉曼激光产生及能量提升技术方案主要有两种：拉曼产生技术及外腔拉曼激光技术；其中，拉曼产生技术采用泵浦源直接激发金刚石晶体，产生一阶或者多阶拉曼散射激光；外腔拉曼激光技术在拉曼产生技术基础上，增加激光反馈谐振腔实现能量增强。
发明内容
(一)要解决的技术问题
现有金刚石拉曼激光产生及能量提升技术方案存在以下问题：
受限于晶体增益长度以及损伤阈值，效率提升空间受限；
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种提高金刚石拉曼激光效率的装置及方法，包括：泵浦源、金刚石晶体、金刚石晶体热沉、光学器件，还包括模式匹配控制模块；
泵浦源用于提供泵浦能量；
金刚石晶体为拉曼晶体，用于产生拉曼激光；
金刚石晶体热沉用于金刚石晶体散热及固定支撑；
光学器件用于激光光束整形、分光、或者形成激光反馈振荡；
泵浦源、金刚石晶体、和光学器件共轴放置，且金刚石晶体[110]方向平行于光轴方向；
模式匹配控制模块用于控制泵浦激光模式使其传输方向及电场模式与金刚石晶格结构匹配；
所述模式匹配控制模块组成为：切向模式匹配控制器、纵向模式匹配控制器、探测器，以及分析控制器；所述切向模式匹配控制器、纵向模式匹配控制器、探测器通过信号线与分析控制器连接；
切向模式匹配控制器置于泵浦源和金刚石之间，与金刚石晶体共轴放置，用于控制沿光轴切向方向的泵浦激光电场模式与使其与金刚石晶格结构匹配；
纵向模式匹配控制器与金刚石晶体热沉连接并固定，用于控制沿光轴方向的泵浦激光波矢模式与使其与金刚石晶格结构匹配；
探测器，与金刚石晶体共轴放置，用于探测拉曼激光性能并将测量结果传输至分析控制器；
分析控制器用于接收、分析并记录探测器的测量结果，并控制切向模式匹配控制器、纵向模式匹配控制器；
进一步的，所述模式匹配控制模块实时筛选，工作方法为：
模式匹配控制模块工作位置标记：切向模式匹配控制器第i次工作位置记为Q(i)，与所述切向模式匹配控制器第i次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器第j次工作位置记为Z(i,j)；探测器测量结果T[i,j]；所述i取值为自然数，所述j取值为整数；
第一周期：
切向模式匹配控制器第0次工作位置记为Q(0)，与所述切向模式匹配控制器第0次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器第j次工作位置记为Z(0,j)；
泵浦源发射泵浦激光激发金刚石晶体产生拉曼激光，模式匹配控制模块的探测器探测拉曼激光的性能并将测量结果T(0,0)传输至分析控制器；所述分析控制器接收并分析探测器的测量结果T(0,0)，产生纵向+1控制指令指令即j＝j+1，并通过信号线控制纵向模式匹配控制器工作，工作位置由Z(0,0)调节至Z(0,1)；工作位置调整完成后，探测器探测拉曼激光性能并将测量结果T(0,1)传输至分析控制器，所述分析控制器接收探测器的测量结果T(0,1)，并分析T(0,1)与T(0,0)关系：
若T(0,1)优于T(0,0)，则分析控制器产生+1指令即j＝j+1,并通过信号线控制纵向模式匹配控制器，工作位置由Z(0,1)调节至Z(0,2)；同理，工作位置调整完成后，探测器探测拉曼激光性能并将测量结果T(0,2)传输至分析控制器，所述分析控制器5-4接收探测器的测量结果T(0,2)，并分析T(0,2)与T(0,1)关系，若T(0,2)优于T(0,1)，则分析控制器产生+1指令即j＝j+1,并通过信号线控制纵向模式匹配控制器，工作位置由Z(0,2)调节至Z(0,3)；若T(0,2)略于T(0,1)，则分析控制器产生-1指令即j＝j-1,并通过信号线控制纵向模式匹配控制器，工作位置由Z(0,3)调节至Z(0,2)；
以此类推，工作位置调整至Z(0,j)完成后，探测器探测拉曼激光性能并将测量结果T(0,j)传输至分析控制器，所述分析控制器接收探测器的测量结果T(0,j)，并分析T(0,j)与T(0,j-1)关系，若T(0,j)优于T(0,j-1)，则分析控制器产生+1指令即j＝j+1,并通过信号线控制纵向模式匹配控制器，工作位置由Z(0,j)调节至Z(0,j+1)；T(0,j)略于T(0,j-1)，则分析控制器产生-1指令即j＝j-1,并通过信号线控制纵向模式匹配控制器，工作位置由当前状态的Z(0,j)调节至Z(0,j-1)；所述当前状态为j＝j+1；
若T(0,1)略于T(0,0)时，工作原理同上；
第i周期：
切向模式匹配控制器第i-1次工作位置记为Q(i-1)，与所述切向模式匹配控制器第1次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器第j次工作位置记为Z(i-1,j)；
工作原理同上；
切向模式匹配控制器、纵向模式匹配控制器最终停留位置即为最佳位置；
进一步的，所述模式匹配控制模块综合筛选，工作方法为：
模式匹配控制模块工作位置标记：切向模式匹配控制器第i次工作位置记为Q(i)，与所述切向模式匹配控制器第i次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器第j次工作位置记为Z(i,j)；探测器测量结果T[i,j]；所述i取值为自然数，所述j取值为整数；
第一周期：
切向模式匹配控制器第0次工作位置记为Q(0)，与所述切向模式匹配控制器第0次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器第j次工作位置记为Z(0,j)；
泵浦源发射泵浦激光激发金刚石晶体产生拉曼激光，模式匹配控制模块的探测器探测拉曼激光的性能并将测量结果T(0,0)传输至分析控制器；所述分析控制器接收并记录探测器的测量结果T(0,0)，之后产生纵向+1控制指令指令即j＝j+1，并通过信号线控制纵向模式匹配控制器工作，工作位置由Z(0,0)调节至Z(0,1)；工作位置调整完成后，探测器探测拉曼激光性能并将测量结果T(0,1)传输至分析控制器，所述分析控制器接收探测器的测量结果T(0,1)，并记录数据：
以此类推，工作位置调整至Z(0,j)完成后，探测器探测拉曼激光性能并将测量结果T(0,j)传输至分析控制器，所述分析控制器接收并记录探测器的测量结果T(0,j)；记录完成后，分析控制器产生+1指令即j＝j+1，并通过信号线控制纵向模式匹配控制器，工作位置由Z(0,j)调节至Z(0,j+1)；
第i周期：
切向模式匹配控制器第i-1次工作位置记为Q(i-1)，与所述切向模式匹配控制器第1次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器第j次工作位置记为Z(i-1,j)；
工作原理同上；
所有数据测量并记录完成后，分析控制器分析测量数据并确定最佳工作点；
进一步的，所述切向模式匹配控制器可以由偏振片和半波片组成；
进一步的，所述纵向模式匹配控制器可以为角度旋转控制器、一维平移控制器、二维平移控制器、三维平移控制器，或者上述自由组合；
进一步的，所述探测器探测的激光性能为能量、功率、目标偏振态能量、目标偏振态功率；
进一步的，所述光学器件可以包括拉曼激光腔镜；
进一步的，所述i取值为2π/Δn1，所述j取值为金刚石晶体[100]方向长度/([100]方向长度*Δn2)，所述Δn1与Δn2为分辨率，其取值由本领域本专业人员自行设置。
(三)有益效果
本发明提供的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，在现有技术基础上增加模式匹配控制模块，控制泵浦激光模式。与现有技术相比，本专利技术可以控制泵浦激光模式使其传输方向及电场模式与金刚石晶格结构匹配，提升金刚石拉曼激光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本是发明实施例1提供的实时筛选的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置结构示意图；
图2本是发明实施例2提供的综合筛选的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置结构示意图；
图3本是发明实施例3提供的外腔式工作的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置结构示意图。
附图标记：
1：泵浦源；1-1：泵浦激光；2：金刚石晶体；3：金刚石晶体热沉；4：光学器件；4-1：正透镜；4-2正透镜；4-3：分光镜；4-4：正波导；4-5：拉曼腔镜；4-6：拉曼腔镜；5-1：切向模式匹配控制器；5-11：偏振片；5-12：电光晶体；5-2：纵向模式匹配控制器；5-3：探测器；5-31：偏振片；5-32：功率计；5-4：分析控制器；5-5：信号线；6：拉曼激光。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供实时筛选的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，包括泵浦源1、金刚石晶体2、金刚石晶体热沉3、光学器件4，其特征在于还包括模式匹配控制模块。
泵浦源1为1064nm激光器，用于提供泵浦能量，其性能参数为：重频10Hz，脉宽30ps，单脉冲能量100mJ，水平偏振。
金刚石晶2尺寸为4×1×8mm3，用于产生拉曼激光，其中8mm棱边平行于[110]方向，4mm和1mm棱边平行于[100]方向。
金刚石晶体热沉3用于金刚石晶体2散热及固定支撑。
光学器件4为光束整形器件以及分光器，由焦距为f200的正透镜4-1，焦距为f100的正透镜4-2，以及分光镜4-3组成；所述分光镜4-3镀有45°1064nm单点高反膜，以及800-3000nm区域内除去1064nm单点外的宽带增透膜。
模式匹配控制模块用于控制泵浦激光模式使其传输方向及电场模式与金刚石晶格结构匹配，其组成为：切向模式匹配控制器5-1、纵向模式匹配控制器5-2、探测器5-3，以及分析控制器5-4；本实施例中，切向模式匹配控制器5-1为1/2波片，纵向模式匹配控制器5-2为一维平移控制器、探测器5-3为能量计，分析控制器5-4为工作站，所述工作站安装有基于后续详述的模式匹配控制模块工作方法的控制软件。
各组成部分空间位置关系及连接关系为：
泵浦源1、光学器件4的正透镜4-1以及4-2、切向模式匹配控制器5-1、金刚石晶体2、分光镜4-3、探测器5-3依次光学共轴放置，且金刚石晶体[110]方向平行于光轴方向。
金刚石晶体2安装并固定于金刚石晶体热沉3上，金刚石晶体热沉3安装并固定于纵向模式匹配控制器5-2上；所述纵向模式匹配控制器5-2，用于控制沿光轴方向的泵浦激光波矢模式与使其与金刚石晶格结构匹配。
切向模式匹配控制器5-1、纵向模式匹配控制器5-2、探测器5-3，分别于分析控制器5-4通过通过信号线5-5连接。
本实施例提供的提高金刚石拉曼激光效率的装置，其工作过程及模式匹配控制模块工作方法为：
泵浦源1发射1064nm泵浦激光1-1，所述泵浦激光1-1经过光学器件4的正透镜4-1以及4-2进行光学整形以后，经过切向模式匹配控制器5-1传输，所述切向模式匹配控制器5-1控制沿光轴切向方向的泵浦激光电场模式与使其与金刚石晶格C-C键匹配；所述经过切向模式匹配控制器5-1传输后的泵浦激光1-1垂直于金刚石晶体2的4×1mm2光学平面入射并通过金刚石2实现拉曼激光激发，所述剩余的泵浦激光1-1以及被激发的拉曼激光6经分光镜4-3实现分光，所述拉曼激光6传输并入射至探测器5-3。
模式匹配控制模块工作位置标记：切向模式匹配控制器5-1第i次工作位置记为Q(i)，与所述切向模式匹配控制器5-1第i次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器5-2第j次工作位置记为Z(i,j)；探测器5-3测量结果T[i,j]；所述i取值为自然数，所述j取值为整数；
模式匹配控制模块第一周期工作方法为：
切向模式匹配控制器5-1第0次工作位置记为Q(0)，与所述切向模式匹配控制器5-1第0次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器5-2第j次工作位置记为Z(0,j)；
泵浦源1发射泵浦激光1-1激发金刚石晶体2产生拉曼激光6，模式匹配控制模块的探测器5-3探测拉曼激光6的性能并将测量结果T(0,0)传输至分析控制器5-4；所述分析控制器5-4接收并分析探测器5-3的测量结果T(0,0)，产生纵向+1控制指令指令即j＝j+1，并通过信号线5-5控制纵向模式匹配控制器5-2工作，工作位置由Z(0,0)调节至Z(0,1)；工作位置调整完成后，探测器5-3探测拉曼激光6性能并将测量结果T(0,1)传输至分析控制器5-4，所述分析控制器5-4接收探测器的测量结果T(0,1)，并分析T(0,1)与T(0,0)关系：
若T(0,1)优于T(0,0)，则分析控制器5-4产生+1指令即j＝j+1,并通过信号线5-5控制纵向模式匹配控制器5-2，工作位置由Z(0,1)调节至Z(0,2)；同理，工作位置调整完成后，探测器5-3探测拉曼激光6性能并将测量结果T(0,2)传输至分析控制器5-4，所述分析控制器5-4接收探测器的测量结果T(0,2)，并分析T(0,2)与T(0,1)关系，若T(0,2)优于T(0,1)，则分析控制器5-4产生+1指令即j＝j+1,并通过信号线5-5控制纵向模式匹配控制器5-2，工作位置由Z(0,2)调节至Z(0,3)；若T(0,2)略于T(0,1)，则分析控制器5-4产生-1指令即j＝j-1,并通过信号线5-5控制纵向模式匹配控制器5-2，工作位置由Z(0,3)调节至Z(0,2)。
以此类推，工作位置调整至Z(0,j)完成后，探测器5-3探测拉曼激光6性能并将测量结果T(0,j)传输至分析控制器5-4，所述分析控制器5-4接收探测器的测量结果T(0,j)，并分析T(0,j)与T(0,j-1)关系，若T(0j)优于T(0,j-1)，则分析控制器5-4产生+1指令即j＝j+1,并通过信号线5-5控制纵向模式匹配控制器5-2，工作位置由Z(0,j)调节至Z(0,j+1)；T(0,j)略于T(0,j-1)，则分析控制器5-4产生-1指令即j＝j-1,并通过信号线5-5控制纵向模式匹配控制器5-2，工作位置由当前状态的Z(0,j)调节至Z(0,j-1)；所述当前状态为j＝j+1。
若T(0,1)略于T(0,0)时，工作原理同上。
模式匹配控制模块第i周期工作方法为：
切向模式匹配控制器5-1第i-1次工作位置记为Q(i-1)，与所述切向模式匹配控制器5-1第1次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器5-2第j次工作位置记为Z(i-1,j)；
工作原理同上；
切向模式匹配控制器5-1、纵向模式匹配控制器5-2最终停留位置即为最佳位置，该位置运转金刚石拉曼激光效率最高。
本实施例切向模式匹配控制器5-1精度(Δn1)为0.5π，纵向模式匹配控制器5-2精度(Δn2)为0.8mm；相应的i＝4，j＝5。
实施例2
本实施例提供综合筛选的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置；本实施例提供的装置的结构与实施例1中装置结构基本相同，如图2所示，不同之处在于：
1.泵浦源1为1064nm激光器，用于提供泵浦能量，其性能参数为：重频100Hz，脉宽20ns，单脉冲能量500mJ，圆偏振。
2.光学器件4为光束整形器件以及分光器，由波导4-4，以及分光镜4-3组成。
3.切向模式匹配控制器5-1由偏振片5-11以及电光晶体5-12组成；切向模式匹配控制器5-1的电光晶体5-12、纵向模式匹配控制器5-2、探测器5-3，分别于分析控制器5-4通过通过信号线5-5连接。
4.探测器5-3为功率计。
5.泵浦源1、光学器件4的正波导4-4、切向模式匹配控制器5-1的电光晶体5-12、金刚石晶体2、分光镜4-3、探测器5-3依次光学共轴放置。
6.本实施例提供的提高金刚石拉曼激光效率的装置，其工作过程及模式匹配控制模块工作方法为综合筛选：
泵浦源1发射1064nm泵浦激光1-1，所述泵浦激光1-1经过光学器件4的波导4-4进行光学整形以后，经切向模式匹配控制器5-1的偏振片5-11变成线偏振光，再过电光晶体5-12传输，所述切向模式匹配控制器5-1的电光晶体5-12控制沿光轴切向方向的泵浦激光电场模式与使其与金刚石晶格C-C键匹配；所述经过切向模式匹配控制器5-1传输后的泵浦激光1-1垂直于金刚石晶体2的4×1mm2光学平面入射并通过金刚石2实现拉曼激光激发，所述剩余的泵浦激光1-1以及被激发的拉曼激光6经分光镜4-3实现分光，所述拉曼激光6传输并入射至探测器5-3。
模式匹配控制模块工作位置标记：切向模式匹配控制器5-1第i次工作位置记为Q(i)，与所述切向模式匹配控制器5-1第i次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器5-2第j次工作位置记为Z(i,j)。探测器5-3测量结果T[i,j]；所述i取值为自然数，所述j取值为整数。
第一周期：
切向模式匹配控制器5-1第0次工作位置记为Q(0)，与所述切向模式匹配控制器5-1第0次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器5-2第j次工作位置记为Z(0,j)。
泵浦源1发射泵浦激光1-1激发金刚石晶体2产生拉曼激光6，模式匹配控制模块的探测器5-3探测拉曼激光6的性能并将测量结果T(0,0)传输至分析控制器5-4；所述分析控制器5-4接收并记录探测器5-3的测量结果T(0,0)，之后产生纵向+1控制指令指令即j＝j+1，并通过信号线5-5控制纵向模式匹配控制器5-2工作，工作位置由Z(0,0)调节至Z(0,1)；工作位置调整完成后，探测器5-3探测拉曼激光6性能并将测量结果T(0,1)传输至分析控制器5-4，所述分析控制器5-4接收探测器的测量结果T(0,1)，并记录数据。
以此类推，工作位置调整至Z(0,j)完成后，探测器5-3探测拉曼激光6性能并将测量结果T(0,j)传输至分析控制器5-4，所述分析控制器5-4接收并记录探测器的测量结果T(0,j)；记录完成后，分析控制器5-4产生+1指令即j＝j+1，并通过信号线5-5控制纵向模式匹配控制器5-2，工作位置由Z(0,j)调节至Z(0,j+1)。
第i周期：
切向模式匹配控制器5-1第i-1次工作位置记为Q(i-1)，与所述切向模式匹配控制器5-1第1次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器5-2第j次工作位置记为Z(i-1,j)；
工作原理同上；
所有数据测量并记录完成后，分析控制器分析测量数据并确定最佳工作点；
本实施例切向模式匹配控制器5-1精度为0.01π，纵向模式匹配控制器5-2精度为0.02mm；相应的i＝200，j＝200。
实施例3
本实施例提供外腔式工作的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置及方法；本实施例提供的装置的结构与实施例2提供的装置的结构基本相同，如图3所示，不同之处在于：
1.泵浦源1为532nm激光器，用于提供泵浦能量，其性能参数为：重频10Hz，脉宽20ns，单脉冲能量500mJ，圆偏振。
2.光学器件4为光束整形器件以及分光器，由波导4-4，拉曼腔镜4-5、拉曼腔镜4-6以及分光镜4-3组成；拉曼腔镜4-5镀有532nm透过率大于90％的增透膜以及572nm反射率大于90％的高反膜，拉曼腔镜4-6镀有532nm反射率大于90％的高反膜以及572nm反射率等于90％的部分输出膜；拉曼腔镜4-5、拉曼腔镜4-6组成拉曼谐振腔。
3.切向模式匹配控制器5-1由偏振片5-11以及磁光介质5-12组成；切向模式匹配控制器5-1的电光晶体5-12、纵向模式匹配控制器5-2、探测器5-3，分别于分析控制器5-4通过通过信号线5-5连接。
4.探测器5-3由572nm偏振片5-31以及功率计5-32组成。
5.纵向模式匹配控制器5-2为水平方向一维平移控制器与垂直方向角度旋转控制器组合。
6.泵浦源1、光学器件4的正波导4-4、切向模式匹配控制器5-1的磁光介质5-12、拉曼腔镜4-5、金刚石晶体2、拉曼腔镜4-6、分光镜4-3、偏振片5-31以及功率计5-32依次光学共轴放置。
本实施例提供的提高金刚石拉曼激光效率的装置，其工作过程及模式匹配控制模块工作方法为纵向二维综合筛选：
泵浦源1发射1064nm泵浦激光1-1，所述泵浦激光1-1经过光学器件4的波导4-4进行光学整形以后，经切向模式匹配控制器5-1的偏振片5-11变成线偏振光，再过磁光介质5-12传输，所述切向模式匹配控制器5-1的磁光介质5-12控制沿光轴切向方向的泵浦激光电场模式与使其与金刚石晶格C-C键匹配；所述经过切向模式匹配控制器5-1传输后的泵浦激光1-1经拉曼腔镜4-5传输，并垂直于金刚石晶体2的4×1mm2光学平面入射、通过金刚石2实现拉曼激光6激发；所述剩余的泵浦激光1-1以及被激发的拉曼激光6传输至拉曼腔镜4-6，剩余的泵浦激光1-1以及拉曼激光6中90％的部分经拉曼腔镜4-6反射，拉曼激光6中10％的部分经拉曼腔镜4-6透射，形成双程泵浦的拉曼激光谐振腔；所述拉曼激光6中10％的部分传输并入射至探测器5-3。
模式匹配控制模块工作位置标记：切向模式匹配控制器5-1第i次工作位置记为Q(i)，与所述切向模式匹配控制器5-1第i次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器5-2水平方向第j次、垂直方向第k次工作位置记为Z(i,j,k)；探测器5-3测量结果T[i,j,k]；所述i取值为自然数，所述j、k取值为整数。
工作原理与实施例2基本相同：将金刚石晶体空间划分为[i,j,k]，对于每个[i,j]点，纵向模式匹配控制器5-2的垂直方向角度旋转控制器工作，依次采集0～k个数据点；对于每个[i]点，纵向模式匹配控制器5-2的水平方向一维平移控制器工作，依次采集0～j个数据点。
所有数据测量并记录完成后，分析控制器分析测量数据并确定最佳工作点。
本实施例切向模式匹配控制器5-1精度为0.01π，纵向模式匹配控制器5-2的垂直方向精度为0.02mm，纵向模式匹配控制器5-2的水平方向精度为0.01mm；相应的i＝200，j＝200；k＝100。
Claims (9)
1.一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，包括金刚石晶体热沉(3)及共轴放置的泵浦源(1)、金刚石晶体(2)和光学器件(4)，其特征在于,还包括模式匹配控制模块；
泵浦源(1)用于提供泵浦能量；
金刚石晶体(2)，用于产生拉曼激光，且金刚石晶体[110]方向平行于光轴方向；
金刚石晶体热沉(3)用于固定支撑金刚石晶体(2)及为金刚石晶体(2)散热；
光学器件(4)用于调整拉曼激光，使拉曼激光实现激光光束整形、分光或形成激光反馈振荡中的一种或多种；
模式匹配控制模块用于控制泵浦激光模式使其传输方向及电场模式与金刚石晶格结构匹配。
2.根据权利要求1所述的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，其特征在于，所述模式匹配控制模块包括：切向模式匹配控制器(5-1)、纵向模式匹配控制器(5-2)、探测器(5-3)以及分析控制器(5-4)；
所述切向模式匹配控制器(5-1)、纵向模式匹配控制器(5-2)、探测器(5-3)通过信号线(5-5)与分析控制器连接(5-4)；
切向模式匹配控制器(5-1)置于泵浦源(1)和金刚石晶体(1)之间，与金刚石晶体(1)共轴放置，用于控制沿光轴切向方向的泵浦激光电场模式与使其与金刚石晶格结构匹配；
纵向模式匹配控制器(5-2)与金刚石晶体热沉(3)连接并固定，用于控制沿光轴方向的泵浦激光波矢模式与使其与金刚石晶格结构匹配；
探测器(5-3)，与金刚石晶体(2)共轴放置，用于探测拉曼激光性能并将测量结果传输至分析控制器；
分析控制器(5-4)用于接收、分析并记录探测器(5-3)的测量结果，并控制切向模式匹配控制器(5-1)、纵向模式匹配控制器(5-2)。
3.根据权利要求2所述的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，所述模式匹配控制模块实时筛选最佳工作位置的工作方法为：
模式匹配控制模块工作位置标记：切向模式匹配控制器(5-1)第i次工作位置记为Q(i)，与所述切向模式匹配控制器(5-1)第i次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器(5-2)第j次工作位置记为Z(i,j)；探测器(5-3)测量结果T[i,j]；所述i取值为自然数，所述j取值为整数；
第一周期：
切向模式匹配控制器(5-1)第0次工作位置记为Q(0)，与所述切向模式匹配控制器(5-1)第0次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器(5-2)第j次工作位置记为Z(0,j)；
泵浦源(1)发射泵浦激光(1-1)激发金刚石晶体(2)产生拉曼激光(6)，模式匹配控制模块的探测器(5-3)探测拉曼激光(6)的性能并将测量结果T(0,0)传输至分析控制器(5-4)；所述分析控制器(5-4)接收并分析探测器(5-3)的测量结果T(0,0)，产生纵向+1控制指令指令即j＝j+1，并通过信号线(5-5)控制纵向模式匹配控制器(5-2)工作，工作位置由Z(0,0)调节至Z(0,1)；工作位置调整完成后，探测器(5-3)探测拉曼激光6性能并将测量结果T(0,1)传输至分析控制器(5-4)，所述分析控制器(5-4)接收探测器的测量结果T(0,1)，并分析T(0,1)与T(0,0)关系：
若T(0,1)优于T(0,0)，则分析控制器(5-4)产生+1指令即j＝j+1,并通过信号线(5-5)控制纵向模式匹配控制器(5-2)，工作位置由Z(0,1)调节至Z(0,2)；同理，工作位置调整完成后，探测器(5-3)探测拉曼激光(6)性能并将测量结果T(0,2)传输至分析控制器(5-4)，所述分析控制器(5-4)接收探测器的测量结果T(0,2)，并分析T(0,2) 与T(0,1)关系，若T(0,2)优于T(0,1)，则分析控制器(5-4)产生+1指令即j＝j+1,并通过信号线(5-5)控制纵向模式匹配控制器(5-2)，工作位置由Z(0,2)调节至Z(0,3)；
若T(0,2)略于T(0,1)，则分析控制器(5-4)产生-1指令即j＝j-1,并通过信号线(5-5)控制纵向模式匹配控制器(5-2)，工作位置由Z(0,3)调节至Z(0,2)；
以此类推，工作位置调整至Z(0,j)完成后，探测器(5-3)探测拉曼激光(6)性能并将测量结果T(0,j)传输至分析控制器(5-4)，所述分析控制器(5-4)接收探测器的测量结果T(0,j)，并分析T(0,j)与T(0,j-1)关系：
若T(0,j)优于T(0,j-1)，则分析控制器(5-4)产生+1指令即j＝j+1,并通过信号线(5-5)控制纵向模式匹配控制器(5-2)，工作位置由Z(0,j)调节至Z(0,j+1)；直至工作位置Z(0,j)调节至最佳位置；
若T(0,j)略于T(0,j-1)，则分析控制器(5-4)产生-1指令即j＝j-1,并通过信号线(5-5)控制纵向模式匹配控制器(5-2)，工作位置由当前状态的Z(0,j)调节至Z(0,j-1)，所述当前状态为j＝j-1，直至工作位置Z(0,j)调节至最佳位置；；
若T(0,1)略于T(0,0)时，则分析控制器(5-4)产生-1指令即j＝j-1,并通过信号线(5-5)控制纵向模式匹配控制器(5-2)，工作原理同上，直至工作位置Z(0,j)调节至最佳位置；
第i周期：
切向模式匹配控制器(5-1)第i-1次工作位置记为Q(i-1)，与所述切向模式匹配控制器(5-1)第1次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器(5-2)第j次工作位置记为Z(i-1,j)；
工作原理同上，以将切向模式匹配控制器(5-1)的工作位置Q(i)调节至最佳位置；
切向模式匹配控制器(5-1)的最佳位置和纵向模式匹配控制器(5-2)的最佳位置即为所述模式匹配控制模块的最佳工作位置。
4.根据权利要求2所述的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，所述模式匹配控制模块综合筛选选取最佳位置的工作方法为：
模式匹配控制模块工作位置标记：切向模式匹配控制器(5-1)第i次工作位置记为Q(i)，与所述切向模式匹配控制器(5-1)第i次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器(5-2)第j次工作位置记为Z(i,j)；探测器(5-3)测量结果T[i,j]；所述i取值为自然数，所述j取值为整数；
第一周期：
切向模式匹配控制器(5-1)第0次工作位置记为Q(0)，与所述切向模式匹配控制器(5-1)第0次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器(5-2)第j次工作位置记为Z(0,j)；
泵浦源(1)发射泵浦激光(1-1)激发金刚石晶体(2)产生拉曼激光(6)，模式匹配控制模块的探测器(5-3)探测拉曼激光(6)的性能并将测量结果T(0,0)传输至分析控制器(5-4)；所述分析控制器(5-4)接收并记录探测器(5-3)的测量结果T(0,0)，之后产生纵向+1控制指令指令即j＝j+1，并通过信号线(5-5)控制纵向模式匹配控制器(5-2)工作，工作位置由Z(0,0)调节至Z(0,1)；工作位置调整完成后，探测器(5-3)探测拉曼激光(6)性能并将测量结果T(0,1)传输至分析控制器(5-4)，所述分析控制器(5-4)接收探测器(5-3)的测量结果T(0,1)，并记录数据：
以此类推，工作位置调整至Z(0,j)完成后，探测器(5-3)探测拉曼激光(6)性能并将测量结果T(0,j)传输至分析控制器(5-4)，所述分析控制器(5-4)接收并记录探测器的测量结果T(0,j)；记录完成后，分析控制器(5-4)产生+1指令即j＝j+1，并通过信号线(5-5)控制纵向模式匹配控制器(5-2)，工作位置由Z(0,j)调节至Z(0,j+1)；
第i周期：
切向模式匹配控制器(5-1)第i-1次工作位置记为Q(i-1)，与所述切向模式匹配控制器(5-1)第1次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器(5-2)第j次工作位置记为Z(i-1,j)；
工作原理同上；
所有数据测量并记录完成后，分析控制器分析测量数据并确定最佳工作点，进而确定所述模式匹配控制模块的最佳工作位置。
5.根据权利要求2-4任一项所述的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，所述切向模式匹配控制器由偏振片和半波片组成；或者，所述切向模式匹配控制器为旋光器件。
6.根据权利要求2-4任一项所述的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，所述纵向模式匹配控制器为角度旋转控制器、一维平移控制器、二维平移控制器或三维平移控制器中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，所述探测器探测的拉曼激光性能为能量、功率、目标偏振态能量或目标偏振态功率中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，所述光学器件为拉曼激光腔镜。
9.根据权利要求3或4所述的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，所述i取值为2π/Δn1，所述j取值为金刚石晶体[100]方向长度/(金刚石晶体[100]方向长度*Δn2)，其中，Δn1为切向模式匹配控制器的分辨率，Δn2为纵向模式匹配控制器的分辨率，其取值由本领域本专业人员自行设置。
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