CN110265863B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明公开了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，所述激光器包括：激光晶体；泵浦源，其用以使得激光晶体发出受激拉曼泵浦光；波导，其用以使得泵浦光均匀分布到激光晶体上；拉曼池；其用以受激产生一阶斯托克斯激光以及一阶反斯托克斯激光；平凸镜组件，其用以形成谐振腔使得一阶斯托克斯激光在所述谐振腔内振荡并与受激拉曼泵浦光相互作用产生一阶反斯托克斯激光并输出所述一阶反斯托克斯激光；可饱和吸收体；以及用以反射受激拉曼泵浦光的高反镜。本发明还公开了受激拉曼蓝移波长最大化输出方法。本发明解决了受激拉曼变频的应用中红移的比重较大，而受激拉曼蓝移波长不能实现最大化输出的问题。

Description

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
技术领域
本发明属于激光技术领域，具体涉及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。
背景技术
激光是一种特殊的光源，由于其光子简并度高，从而具有了一系列普通光源不具有的功能，例如：单色性好，功率密度高，相干性好等特点。但是目前的激光器并不能高效率的产生所有的波长，这就需要我们采用特殊的方法较高效率的产生特殊的波长；对应的波长转换的方法有很多种，例如：利用不同介质的受激拉曼方法、利用特定晶体的倍频方法、光参量振荡方法等。其中，拉曼散射是一种有效的变频手段，优点在于利用不同的物质的振转动能级产生多种波长的拉曼激光，因此具有选择波长丰富，可变波长丰富的优点。随着拉曼散射的出现，泵浦光能产生多个红移和蓝移的拉曼激光，其中，高于激发光频率即频率蓝移的激光称为反斯托克斯谱线，也称为反斯托克斯激光，频率低于激光频率即频率红移的激光称为斯托克斯激光。
但需要说明的是一般的受激拉曼变频的应用中红移的比重较大，而受激拉曼蓝移波长不能实现最大化输出。在一般的受激拉曼散射中，蓝移所占的比例较小，是因为在产生蓝移的过程中，发生了两次三阶非线性过程；第一次是产生一阶斯托克斯光，第二次是一阶斯托克斯光和受激拉曼泵浦光的四波混频。所以相对于一阶斯托克斯光，一阶反斯托克斯光产生的比例会小很多。
发明内容
鉴于已有技术不能产生高比例一阶反斯托克斯光的缺陷，本发明的目的是要提供一种腔内反斯托克斯拉曼激光器，其采用谐振腔和受激拉曼散射结合的方法筛选出较高转换效率的一阶反斯托克斯激光进而使得一阶反斯托克斯光的比例大幅增加，从而产生较高转换效率的反斯托克斯激光。
为了实现上述目的，本发明的技术方案：
一种腔内反斯托克斯拉曼激光器，其特征在于，包括：
激光晶体；
泵浦源，其用以使得所述激光晶体发出受激拉曼泵浦光S0；
波导，其用以使得泵浦源发出的泵浦光均匀分布到所述激光晶体上；
拉曼池；其用以受激产生一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1；
平凸镜组件，其用以形成谐振腔使得所述一阶斯托克斯激光S1在所述谐振腔内振荡并并与受激拉曼泵浦光S0相互作用产生一阶反斯托克斯激光AS1并输出所述一阶反斯托克斯激光AS1；
可饱和吸收体，其用以对所述谐振腔内的损耗进行调制；
以及用以反射受激拉曼泵浦光S0的高反镜；
其中，所述泵浦源通过波导将所发出的泵浦光均匀分布到所述激光晶体上；所述激光晶体受激所发出的受激拉曼泵浦光S0通过拉曼池受激产生一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1，且所述一阶斯托克斯激光S1在所述谐振腔内振荡、所述一阶斯托克斯激光S1与受激拉曼泵浦光S0相互作用产生一阶反斯托克斯激光AS1后通过平凸镜组件输出；所述可饱和吸收体同时对所述谐振腔内所产生的损耗进行调制并与高反镜、平凸镜组件共同组成受激拉曼泵浦光S0的振荡光路。
基于上述方案，进一步优选的，
所述平凸镜组件至少包括：
第一平凸镜，其被置于所述拉曼池入射端一侧；
第二平凸镜，其被置于所述拉曼池出射端一侧；
其中，所述第一平凸镜与第二平凸镜的平面结构相对设置于所述拉曼池两侧，使得所述拉曼池长度方向的中心位置与所述第一平凸镜与第二平凸镜的中心位置位于同一直线上且所述平凸镜组件、高反镜所组成的受激拉曼泵浦光S0的振荡光路与所述平凸镜组件所组成的阶反斯托克斯激光AS1振荡光路在功率密度最大处基本保持重合。
基于上述方案，进一步优选的，
所述第一平凸镜平面结构上镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料，其凸面结构上镀附对一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均高度反射、对受激拉曼泵浦光S0增透的膜材料；
所述第二平凸镜平面结构上镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料，其凸面结构上镀附对一阶斯托克斯激光S1以及受激拉曼泵浦光S0均高度反射、对一阶反斯托克斯激光AS1增透的膜材料。
基于上述方案，进一步优选的，
所述拉曼池至少包括：
中部充装拉曼介质的主体端；
以及分别位于主体端左右两侧的入射端与出射端；
其中，所述入射端与出射端上均镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料。
基于上述方案，进一步优选的，
所述激光晶体选择使用Nd：YAG晶体或者Yb：YAG晶体。
基于上述方案，进一步优选的，
所述拉曼介质采用氢气、甲烷、乙烷中的任意一种介质。
本发明的还要提供一种受激拉曼蓝移波长最大化输出方法，其特征在于，如下步骤：
S1、选定激光晶体并设置泵浦光注入结构，即将泵浦源和波导连接在一起，以使得泵浦源发出的泵浦光均匀分布到所述激光晶体上从而使得所述激光晶体发出受激拉曼泵浦光S0；
S2、选择平凸镜组件以形成谐振腔使得拉曼池受激发出的一阶斯托克斯激光S1在所述谐振腔内振荡并与受激拉曼泵浦光S0相互作用产生一阶反斯托克斯激光AS1并输出所述一阶反斯托克斯激光AS1，其中，所述平凸镜组件包括被置于所述拉曼池入射端一侧的第一平凸镜以及被置于所述拉曼池出射端一侧的第二平凸镜，所述第一平凸镜与第二平凸镜的平面结构相对设置于所述拉曼池两侧，且所述平凸镜组件、高反镜所组成的受激拉曼泵浦光S0的振荡光路与所述平凸镜组件所组成的阶反斯托克斯激光AS1振荡光路在功率密度最大处基本保持重合；
S3、设置拉曼池位置即使得所述拉曼池的长度方向的中心位置与所述第一平凸镜与第二平凸镜的中心位置位于同一直线上，拉曼池的长度依据所述第一平凸镜与第二平凸镜的距离确定；
S4、设置反射受激拉曼泵浦光S0的高反镜以及对所述谐振腔内的损耗进行调制的可饱和吸收体，并依次将高反镜、激光晶体、可饱和吸收体、第一平凸镜、拉曼池、第二平凸镜设置在同一光轴上；
基于上述方案，进一步优选的，
所述振荡光路与所述振荡光路在功率密度最大处基本保持重合的实现方式为：使得所述第一平凸镜平面结构上镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料，其凸面结构上镀附对一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均高度反射、对受激拉曼泵浦光S0增透的膜材料；使得所述第二平凸镜平面结构上镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料，其凸面结构上镀附对一阶斯托克斯激光S1以及受激拉曼泵浦光S0均高度反射、对一阶反斯托克斯激光AS1增透的膜材料且所述第一平凸镜的材料的折射率趋近于2。
基于上述方案，进一步优选的，
所述激光晶体选择使用Nd：YAG晶体或者Yb：YAG晶体。
基于上述方案，进一步优选的，
所述拉曼介质采用氢气、甲烷、乙烷中的任意一种介质。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明有效解决了现有技术中不能最大化输出受激拉曼蓝移激光即一阶反斯托克斯激光的问题，本发明使用激光晶体激发出受激拉曼泵浦光，通过在平凸镜组件所形成谐振腔内来回振荡，并和拉曼池内的拉曼介质作用，产生一阶斯托克斯光和一阶反斯托克斯光，并通过平凸镜腔型选择和镀膜的方法减少一阶斯托克斯光S1的输出，使其在腔内振荡并产生较高比例的反斯托克斯光，从而输出一阶反斯托克斯光AS1的激光器，因此实现受激拉曼蓝移波长最大化输出。
附图说明
图1为本发明所涉及激光器的结构示意图；
图2为本发明所涉及震荡光路示意图；
图3为本发明所涉及振荡光路示意图；
图中：1、高反镜，2、可饱和吸收体，3、激光晶体，4、第一平凸镜，5、拉曼池，6、第二平凸镜，7、泵浦源，8、波导，4-1、第一平凸镜凸面结构，4-2、第一平凸镜平面结构，6-1、第二平凸镜平面结构，6-2、第二平凸镜凸面结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、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。
鉴于现有技术中不能最大化输出受激拉曼蓝移激光的问题，如图1-图3，本发明提供了一种腔内可输出一阶反斯托克斯光(AS1)的激光器，其特征在于，包括：激光晶体3；泵浦源7，该泵浦源7设置在激光晶体的侧边通过波导8连接激光晶体3，其用以使得所述激光晶体发出受激拉曼泵浦光S0；波导8，其用以使得泵浦源7发出的泵浦光均匀分布到所述激光晶体3上；拉曼池5；其用以受激产生一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1；平凸镜组件，其用以形成谐振腔使得所述一阶斯托克斯激光S1在所述谐振腔内振荡并并与受激拉曼泵浦光S0相互作用产生一阶反斯托克斯激光AS1并输出所述一阶反斯托克斯激光AS1；可饱和吸收体2，其用以对所述谐振腔内的损耗进行调制；以及用以反射受激拉曼泵浦光S0的高反镜1；其中，所述泵浦源7通过波导8将所发出的泵浦光均匀分布到所述激光晶体3上；所述激光晶体3受激所发出的受激拉曼泵浦光S0通过拉曼池受激产生一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1，且所述一阶斯托克斯激光S1在所述谐振腔内振荡、所述一阶斯托克斯激光S1与受激拉曼泵浦光S0相互作用产生一阶反斯托克斯激光AS1后通过平凸镜组件输出；所述可饱和吸收体2同时对所述谐振腔内所产生的损耗进行调制并与高反镜1、平凸镜组件共同组成受激拉曼泵浦光S0的振荡光路。
基于上述方案，进一步的优选例1，所述平凸镜组件至少包括：第一平凸镜4，其被置于所述拉曼池5入射端一侧；第二平凸镜6，其被置于所述拉曼池5出射端一侧；其中，所述第一平凸镜4与第二平凸镜6的平面结构相对设置于所述拉曼池5两侧，使得所述拉曼池长度方向的中心位置与所述第一平凸镜与第二平凸镜的中心位置位于同一直线上且所述平凸镜组件、高反镜所组成的受激拉曼泵浦光S0的振荡光路与所述平凸镜组件所组成的阶反斯托克斯激光AS1振荡光路在功率密度最大处基本保持重合；如可以通过使得第一平凸镜与第二平凸镜的曲率半径相等，且略微小于第一平凸镜与第二平凸镜的距离的一半，具体值由实验人员按照实际情况进行微调，优选百分之五以内，且选择第一平凸镜4的材料时，取折射率接近于2的材料，这样就能使得S0光透射过第一平凸镜4和AS1光从第二平凸镜6反射回来的焦点相重合相关的功率密度最大的地方也恰好完全重合。优选的第一平凸镜4的材料有多种选择，本例尽量挑选折射率最接近2的材料制作透镜(色散较小的光学材料)即可。这样就可以通过第一平凸镜4与第二平凸镜6构成拉曼激光的共心腔，由于第一平凸镜4对透射的S0光起聚焦作用，在折射率为2时，恰好第一平凸镜4焦距等于第一平凸镜4凸面的曲率半径，也正好等于第一平凸镜4与第二平凸镜6距离的一半。
基于上述优选例1，进一步的优选例2，所述第一平凸镜平面结构4-2上镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料，其凸面结构4-1上镀附对一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均高度反射、对受激拉曼泵浦光S0增透的膜材料；所述第二平凸镜平面结构6-1上镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料，其凸面结构6-2上镀附对一阶斯托克斯激光S1以及受激拉曼泵浦光S0均高度反射、对一阶反斯托克斯激光AS1增透的膜材料；其中，所述的高度反射的反射率为90％以上，增透膜透过率可以达到99％以上，这样的材料设置能够使得受激拉曼泵浦光S0在高反镜和第二平凸镜之间振荡，一阶斯托克斯光在第一平凸镜4和第二平凸镜6之间来回振荡即谐振腔内来回振荡，并与后续的受激拉曼泵浦光S0相互作用作用，产生一阶反斯托克斯光。
基于上述优选例2，进一步的优选例3，所述拉曼池6至少包括：中部充装拉曼介质的管状的主体端；以及分别位于主体端左右两侧的入射端与出射端；其中，所述入射端与出射端上均镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料。
基于上述优选例3，进一步的优选例4，所述激光晶体选择使用Nd：YAG晶体或者Yb：YAG晶体，具体的若采用Nd：YAG晶体(受激拉曼泵浦光(S0)1064nm)，则对应的S1波长为1907nm，AS1波长为738nm；若采用Yb：YAG晶体(谱线1030nm)，则对应的S1和AS1波长分别为1800.65nm和721.29nm，
或者是Nd：YAG的1319nm谱线，1319nm的Nd：YAG的S1和AS1波长分别为2899.09nm和850.36nm。
基于上述优选例4，进一步的优选例5，所述拉曼介质采用氢气、甲烷、乙烷中的任意一种介质。
由上述优选例可知，通过对所述平凸镜组件采用镀膜和腔型设计的方法，可以输出最大化的受激拉曼蓝移激光即一阶反斯托克斯激光；具体的可通过腔镜的镀膜，使得一阶斯托克斯激光S1光不能输出，其只能在谐振腔内谐振，随后与后续的受激拉曼泵浦光S0光作用产生一阶斯托克斯激光S1光，最后输出到谐振腔外。因此可见采用受激拉曼泵浦光S0和一阶斯托克斯激光S1低损耗的光学谐振腔，能够有效提高受激拉曼泵浦光S0和一阶斯托克斯激光S1光强度，从而提高了四波混频产生一阶反斯托克斯激光AS1的效率，也就相应的产生了一种小型的反斯托克斯拉曼激光器。
本发明另一目的是要提供一种受激拉曼蓝移波长最大化输出方法，其特征在于，如下步骤：
S1、选定激光晶体并设置泵浦光注入结构，即将泵浦源和波导连接在一起，以使得泵浦源发出的泵浦光均匀分布到所述激光晶体上从而使得所述激光晶体发出受激拉曼泵浦光S0；
S2、选择平凸镜组件以形成谐振腔使得拉曼池受激发出的一阶斯托克斯激光S1在所述谐振腔内振荡并与受激拉曼泵浦光S0相互作用产生一阶反斯托克斯激光AS1并输出所述一阶反斯托克斯激光AS1，其中，所述平凸镜组件包括被置于所述拉曼池入射端一侧的第一平凸镜以及被置于所述拉曼池出射端一侧的第二平凸镜，所述第一平凸镜与第二平凸镜的平面结构相对设置于所述拉曼池两侧，且所述平凸镜组件、高反镜所组成的受激拉曼泵浦光S0的振荡光路与所述平凸镜组件所组成的阶反斯托克斯激光AS1振荡光路在功率密度最大处基本保持重合，对应到上例则使得1064nm激光和1907nm的激光的束腰重合；
S3、设置拉曼池位置即使得所述拉曼池的长度方向的中心位置与所述第一平凸镜与第二平凸镜的中心位置位于同一直线上以确保足够的增益体积，拉曼池的长度依据所述第一平凸镜与第二平凸镜的距离确定，如拉曼池长度尽可能接近于所述第一平凸镜与第二平凸镜之间的距离；
S4、设置反射受激拉曼泵浦光S0的高反镜以及对所述谐振腔内的损耗进行调制的可饱和吸收体，并依次将高反镜、激光晶体、可饱和吸收体、第一平凸镜、拉曼池、第二平凸镜设置在同一光轴(镜面中心轴或者晶体中心轴或者拉曼池长向的中心轴))上；之所以设置可饱和吸收体(对微光的吸收系数随入射光强增大而减小，当达到饱和值时对激光呈现透明，利用其这种饱和吸收特性对激光腔内的损耗(Q值)进行调制)是因为若二极管泵浦源激发的1064nm激光，则其功率密度需要高于氢气受激拉曼的阈值以参与被动调Q过程，由此可见本发明中的产生的泵浦激光功率密度将大于受激拉曼阈值。
基于上述方案，进一步的优选例6，所述振荡光路与所述振荡光路在功率密度最大处基本保持重合的实现方式为：使得所述第一平凸镜平面结构上镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料，其凸面结构上镀附对一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均高度反射、对受激拉曼泵浦光S0增透的膜材料；使得所述第二平凸镜平面结构上镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料，其凸面结构上镀附对一阶斯托克斯激光S1以及受激拉曼泵浦光S0均高度反射、对一阶反斯托克斯激光AS1增透的膜材料且所述第一平凸镜的材料的折射率趋近于2。优选的，所述第一平凸镜的材料采用日本住田光学的K-PSFn2型号玻璃，其对于1064nm的折射率为1.999，十分接近于2符合使用需求(其透射的焦点和从第二平凸镜上反射回来的焦点基本重合)。
基于上述优选例6，进一步的优选例7，所述激光晶体选择使用Nd：YAG晶体或者b：YAG晶体。
基于上述优选例7，进一步的优选例8，所述拉曼介质采用氢气、甲烷、乙烷中的任意一种介质。
基于上述优选例8，进一步的优选例9，还通过设置光路调节装置进行光路调节，如采用He-Ne激光对光路进行准直；如通过设置光路调节装置利用光路可逆原理让激光通过第一平凸镜、拉曼池、第二平凸镜观察谐振腔中聚焦的点后设置好腔镜的相对位置，再添加受激拉曼泵浦光S0(1064nm)的高反镜，进而从高反镜射入Nd：YAG晶体，再射入调节好的谐振腔中，最后调节高反镜的位置，使它们的中心在一条直线上，这样光路初始粗略调节完毕，随后用二极管泵浦Nd：YAG晶体发出激光，利用显色卡来进行精细调节。
下面以实际实验实施例对上述方案作以说明：
实施例1：
设计目的：产生高效率的一阶反斯托克斯激光AS1。
设计原理：(1)、利用泵浦源泵浦激光晶体，使其发出S0光；(2)、使得S0光在第一平凸镜和第二平凸镜之间存在一个束腰，且在该束腰处的功率密度最大，由于其光学谐振腔对S0光的损耗非常低，有利于大幅度地提高S0光的功率密度，从而可以实现受激拉曼散射产生S1光，S1光在第一平凸镜和第二平凸镜所形成的谐振腔内振荡，而且保证不输出，这样的设置就能够使得S1光功率密度的提高；从而，使得S0光和S1光发生四波混频产生AS1光的几率也会提高，进而产生较强的AS1光，而AS1光可以通过第二平凸镜输出到腔外，至此形成一个腔内反斯托克斯拉曼激光器。
其中，四波混频过程是：
由于参与该过程的是四个光子，分别为两个泵浦光光子，一个S1光子，产生一个AS1光子，其中认定泵浦光是大信号，S1和AS1是小信号，则可以得到：
Figure BDA0001594592020000091
Figure BDA0001594592020000092
从而可以得出：
Ns1＝Nas1
通过耦合波方程可以得出曼利-罗关系，其中，AS1的光子数应该等于参与四波混频的S1光子数；但是在本发明中由于S1的功率密度较大，且无法输出，所以所述一阶反斯托克斯激光器可以输出较高比例的AS1激光。
基于上述原理，则对应的实施方案为：
所述一阶反斯托克斯激光器，其包括二极管泵浦源(即泵浦源为808nm波长的半导体激光器)、1064nm高反镜、Cr：YAG可饱和吸收体、第一平凸镜、第二平凸镜、Nd：YAG晶体、氢气拉曼池、波导；并从左到右依次将1064nm高反镜、Nd：YAG晶体、Cr：YAG可饱和吸收体、第一平凸镜、氢气拉曼池、平凸镜二放在一条光轴上后将二极管泵浦源和光波导连接至Nd：YAG晶体处，形成1064nm的调Q激光。
其中，第一平凸镜被置于氢气拉曼池入射端一侧；第二平凸镜被置于所述拉曼池出射端一侧；且所述第一平凸镜与第二平凸镜的平面结构相对设置于所述拉曼池两侧，使得第一平凸镜与第二平凸镜的曲率半径相等，且略微小于第一平凸镜与第二平凸镜的距离的一半，具体值由实验人员按照实际情况进行微调，优选百分之五以内，且选择第一平凸镜4的材料时，取折射率接近于2的材料，这样就能使得S0光透射过第一平凸镜4和AS1光从第二平凸镜6反射回来的焦点相重合相关的功率密度最大的地方也恰好完全重合。优选的第一平凸镜4的材料有多种选择，本例尽量挑选折射率最接近2的材料制作透镜(色散较小的光学材料)即可。这样就可以通过第一平凸镜4与第二平凸镜6构成拉曼激光的共心腔，由于第一平凸镜4对透射的S0光起聚焦作用，在折射率为2时，恰好第一平凸镜4焦距等于第一平凸镜4凸面的曲率半径，也正好等于第一平凸镜4与第二平凸镜6距离的一半。基于上述实例，进一步的所述第一平凸镜平面结构4-2上镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料，其凸面结构4-1上镀附对一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均高度反射、对受激拉曼泵浦光S0增透的膜材料；所述第二平凸镜平面结构6-1上镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料，其凸面结构6-2上镀附对一阶斯托克斯激光S1以及受激拉曼泵浦光S0均高度反射、对一阶反斯托克斯激光AS1增透的膜材料；其中，所述的高度反射的反射率为90％以上，增透膜透过率可以达到99％以上，这样的材料设置能够使得受激拉曼泵浦光S0在高反镜和第二平凸镜之间振荡，一阶斯托克斯光在第一平凸镜4和第二平凸镜6之间来回振荡即谐振腔内来回振荡，并与后续的受激拉曼泵浦光S0相互作用，产生一阶反斯托克斯光。
其中，氢气拉曼池为长条管状结构，使得拉曼池长度方向的中心位置处于平凸镜一和二构成的共心腔的中心位置；从而使得1907nm的光在第一平凸镜和第二平凸镜之间的振荡的功率密度最大的点也在拉曼池的中心位置，也正好在第一平凸镜和第二平凸镜的中心位置，也是1064nm的激光功率密度最大的地方，也就是说二者可以在功率密度最强的地方发生作用。之所以采用氢气作为拉曼介质，是因为其的二阶斯托克斯光波长较长(波长为9.2μm)，相较之下，一般情况下不易产生二阶斯托克斯光，进而其产生的一阶反斯托克斯光比率更多。
基于上述内容可知，所述一阶反斯托克斯激光器使用受激拉曼泵浦光波长为1064nm，其能够产生的一阶斯托克斯光为1907nm，一阶反斯托克斯光波长为738nm。其工作过程可以描述为：打开泵浦源，使得泵浦光注入激光晶体，从而产生受激拉曼泵浦光S0，然后S0光注入拉曼池，产生S1光，之后两个S0光子和一个S1光子发生四波混频作用，产生AS1光子；在这过程中，由于S1光在第一平凸镜4和第二平凸镜6之间振荡，这样就提高了S1光的功率密度，根据上述四波混频的公式，可以得出S1功率密度越大，AS1产生的也越多。这样产生的AS1光子也较一般的受激拉曼散射大出许多。
综上所述，本发明具有下述特征：1)平凸镜组件采用了共心腔和低损耗设计，在束腰处功率密度较大，易于发生受激拉曼；2)第一平凸镜4的材料时，采用了特殊的玻璃，如其取折射率接近于2的材料，使其在S1也形成共心腔，并且束腰与S0的重合，有利于提高AS1的产率；3)平凸镜组件采用对S1低损耗的膜系设计，从而大幅度地提高腔内S1的功率密度，有利于提高AS1产率；具体的利为用泵浦光和拉曼介质的作用，通过利用腔型选择和镀膜的方法，让一阶斯托克斯光(S1)在腔内振荡不得输出，和受激拉曼泵浦光(S0)继续作用，从而输出一阶反斯托克斯光(AS1)的激光器。总体说来本发明使用腔内拉曼来提高功率密度，提高增益体积；其使用激光晶体激发出受激拉曼泵浦光，在腔内来回振荡，并和拉曼介质作用，产生斯托克斯光和反斯托克斯光，减少斯托克斯光的输出，使其在腔内振荡并通过腔型选择和透镜镀膜使受激拉曼泵浦光的和斯托克斯光功率密度最大区域尽量重合，从而产生较高比例的反斯托克斯光。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种腔内反斯托克斯拉曼激光器，其特征在于，包括：
激光晶体；
泵浦源，其用以使得所述激光晶体发出受激拉曼泵浦光S0；
波导，其用以使得泵浦源发出的泵浦光均匀分布到所述激光晶体上；
拉曼池；其用以受激产生一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1；
平凸镜组件，其用以形成谐振腔使得所述一阶斯托克斯激光S1在所述谐振腔内振荡并并与受激拉曼泵浦光S0相互作用产生一阶反斯托克斯激光AS1并输出所述一阶反斯托克斯激光AS1；所述平凸镜组件至少包括：
第一平凸镜，其被置于所述拉曼池入射端一侧；
第二平凸镜，其被置于所述拉曼池出射端一侧；
其中，所述第一平凸镜与第二平凸镜的平面结构相对设置于所述拉曼池两侧，使得所述拉曼池长度方向的中心位置与所述第一平凸镜与第二平凸镜的中心位置位于同一直线上且所述平凸镜组件、高反镜所组成的受激拉曼泵浦光S0的振荡光路与所述平凸镜组件所组成的阶反斯托克斯激光AS1振荡光路在功率密度最大处基本保持重合；
所述第一平凸镜平面结构上镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料，其凸面结构上镀附对一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均高度反射、对受激拉曼泵浦光S0增透的膜材料；
所述第二平凸镜平面结构上镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料，其凸面结构上镀附对一阶斯托克斯激光S1以及受激拉曼泵浦光S0均高度反射、对一阶反斯托克斯激光AS1增透的膜材料；
可饱和吸收体，其用以对所述谐振腔内的损耗进行调制；
以及用以反射受激拉曼泵浦光S0的高反镜；
其中，所述泵浦源通过波导将所发出的泵浦光均匀分布到所述激光晶体上；所述激光晶体受激所发出的受激拉曼泵浦光S0通过拉曼池受激产生一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1，且所述一阶斯托克斯激光S1在所述谐振腔内振荡、所述一阶斯托克斯激光S1与受激拉曼泵浦光S0相互作用产生一阶反斯托克斯激光AS1后通过平凸镜组件输出；所述可饱和吸收体同时对所述谐振腔内所产生的损耗进行调制并与高反镜、平凸镜组件共同组成受激拉曼泵浦光S0的振荡光路。
2.根据权利要求1所述的腔内反斯托克斯拉曼激光器，其特征在于：
所述拉曼池至少包括：
中部充装拉曼介质的主体端；
以及分别位于主体端左右两侧的入射端与出射端；
其中，所述入射端与出射端上均镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料。
3.根据权利要求1所述的腔内反斯托克斯拉曼激光器，其特征在于：
所述激光晶体选择使用Nd：YAG晶体或者Yb：YAG晶体。
4.根据权利要求1所述的腔内反斯托克斯拉曼激光器，其特征在于：
所述拉曼介质采用氢气、甲烷、乙烷中的任意一种介质。
5.一种受激拉曼蓝移波长最大化输出方法，其特征在于，如下步骤：
一种受激拉曼蓝移波长最大化输出方法，其特征在于，如下步骤：
S1、选定激光晶体并设置泵浦光注入结构，即将泵浦源和波导连接在一起，以使得泵浦源发出的泵浦光均匀分布到所述激光晶体上从而使得所述激光晶体发出受激拉曼泵浦光S0；
S2、选择平凸镜组件以形成谐振腔使得拉曼池受激发出的一阶斯托克斯激光S1在所述谐振腔内振荡并与受激拉曼泵浦光S0相互作用产生一阶反斯托克斯激光AS1并输出所述一阶反斯托克斯激光AS1，其中，所述平凸镜组件包括被置于所述拉曼池入射端一侧的第一平凸镜以及被置于所述拉曼池出射端一侧的第二平凸镜，所述第一平凸镜与第二平凸镜的平面结构相对设置于所述拉曼池两侧，且所述平凸镜组件、高反镜所组成的受激拉曼泵浦光S0的振荡光路与所述平凸镜组件所组成的阶反斯托克斯激光AS1振荡光路在功率密度最大处基本保持重合；
S3、设置拉曼池位置即使得所述拉曼池的长度方向的中心位置与所述第一平凸镜与第二平凸镜的中心位置位于同一直线上，拉曼池的长度依据所述第一平凸镜与第二平凸镜的距离确定；
S4、设置反射受激拉曼泵浦光S0的高反镜以及对所述谐振腔内的损耗进行调制的可饱和吸收体，并依次将高反镜、激光晶体、可饱和吸收体、第一平凸镜、拉曼池、第二平凸镜设置在同一光轴上。
6.根据权利要求5所述的受激拉曼蓝移波长最大化输出方法，其特征在于：
所述振荡光路与所述振荡光路在功率密度最大处基本保持重合的实现方式为：使得所述第一平凸镜平面结构上镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料，其凸面结构上镀附对一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均高度反射、对受激拉曼泵浦光S0增透的膜材料；使得所述第二平凸镜平面结构上镀附对受激拉曼泵浦光S0、一阶斯托克斯激光S1以及一阶反斯托克斯激光AS1均增透的膜材料，其凸面结构上镀附对一阶斯托克斯激光S1以及受激拉曼泵浦光S0均高度反射、对一阶反斯托克斯激光AS1增透的膜材料且所述第一平凸镜的材料的折射率趋近于2。
7.根据权利要求6所述的受激拉曼蓝移波长最大化输出方法，其特征在于：
所述激光晶体选择使用Nd：YAG晶体或者Yb：YAG晶体。
8.根据权利要求6所述的受激拉曼蓝移波长最大化输出方法，其特征在于：
所述拉曼介质采用氢气、甲烷、乙烷中的任意一种介质。
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