CN112886370B - 金刚石拉曼长波激光装置及本征吸收带预填充方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金刚石拉曼长波激光装置及本征吸收带预填充方法，其中，金刚石拉曼长波激光装置包括光学共轴放置的泵浦源、金刚石晶体、金刚石晶体热沉和光学器件，金刚石拉曼长波激光装置还包括原子预振模块；与现有技术相比，本专利技术可以本征吸收带预填充降低泵浦光损耗，实现穿越泵浦带泵浦，从而实现高功率高光束质量长波红外及太赫兹激光。

Description

金刚石拉曼长波激光装置及本征吸收带预填充方法

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种金刚石拉曼长波激光装置及本征吸收带预填充方法。

背景技术

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，是非常具有发展潜力的拉曼增益介质。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光谱覆盖范围拓展研究主要以技术相对成熟的532nm以及1064nm激光源为中心，激发金刚石晶体产生斯托克斯光实现长波方向光谱覆盖范围拓展，或者产生反斯托克斯光实现短波方向光谱覆盖范围拓展。目前，金刚石晶体拉曼激光技术波长覆盖范围为266nm-3.8μm。短波方向以及长波方向继续拓展为金刚石拉曼激光技术重要研究方向。

发明内容

(一)要解决的技术问题

现有金刚石拉曼激光光谱覆盖范围拓展研究存在以下问题：

由于本征吸收，金刚石晶体在3.5μm-6.5μm波段存在多光子吸收带，该吸收带形成长波产生“壁垒”，导致基于金刚石晶体拉曼激光6.5μm-48μm暂时无法产生。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种金刚石拉曼长波激光装置，包括光学共轴放置的泵浦源、金刚石晶体、金刚石晶体热沉和光学器件，还包括原子预振模块；

泵浦源用于发射泵浦激光提供泵浦能量；

金刚石晶体用于产生拉曼激光，且金刚石晶体[110]方向平行于光轴方向；金刚石晶体具有前泵浦面、后泵浦面、至少一个预振面、以及监控面；预振面为除前泵浦面、后泵浦面以外的金刚石晶体的一个或多个侧面；前泵浦面、后泵浦面或侧面复用为监控面；

金刚石晶体热沉用于固定支撑金刚石晶体及为金刚石晶体散热；

光学器件用于调整拉曼激光，使拉曼激光实现激光光束整形、分光、偏振态控制或形成激光反馈振荡中的一种或多种；

原子预振模块用于本征吸收带预填充以降低泵浦光损耗，原子预振模块包括：波长反馈精控器、探测器、预振激光模块和预振监控器，探测器、预振激光模块和预振监控器均与波长反馈精控器通信连接；

探测器置于金刚石晶体的前侧方，用于探测金刚石晶体前泵浦面反射的部分泵浦激光的波长，并将波长信息传输至波长反馈精控器；

预振激光模块置于金刚石晶体的预振面且垂直放置，波长反馈精控器将从前泵浦面接收的波长信息设置为预振激光模块的波长参数，并控制预振激光模块根据波长参数输出预振激光，以使预振激光对准至少一个预振面进行预振；

预振监控器置于监控面的侧方，用于监测监控面的温度场分布，并将温度场分布数据传输至波长反馈精控器；

波长反馈精控器接收温度场分布数据，并根据温度场分布数据调整预振激光模块输出的预振激光的功率。

可选地，预振激光模块包括：预振激光器和预振激光整形器；

预振激光器用于产生预振激光；

预振激光整形器用于将预振激光器产生的预振激光整形为均匀的预振激光，以使均匀的预振激光对至少一个预振面进行预振。

可选地，预振激光的波长精度小于2nm。

可选地，预振激光的波长为3.5μm-6.5μm。

可选地，预振激光器线宽小于0.5nm。

可选地，探测器波长精度小于2nm。

可选地，预振激光整形器为波导或者透镜组。

可选地，预振激光模块发射的预振激光覆盖每个预振面的面积均大于90％。

可选地，预振激光模块的数量与预振面的数量一致，且预振激光模块与预振面一一对应设置。

另一方面，本发明实施例还提供了一种金刚石本征吸收带预填充方法，用于上述任一实施例的金刚石拉曼长波激光装置，该方法包括：

波长定位探测步骤：探测器探测金刚石晶体前泵浦面反射的部分泵浦激光的波长，并将波长信息传输至波长反馈精控器；

预振激光模块启动优化步骤：波长反馈精控器接收波长信息，将波长信息设置为预振激光模块的波长参数并启动预振激光模块，预振激光模块按照所设置的波长参数输出预振激光，以使预振激光对准至少一个预振面进行预振，预振过程中，预振监控器监测监控面的温度场分布，并将温度场分布数据传输至波长反馈精控器，波长反馈精控器接收并根据温度场分布数据调整预振激光模块的输出功率；

平衡态稳定工作步骤：重复预振激光模块启动优化步骤，直至温度场分布数据满足预设要求。

(三)有益效果

本发明实施例的金刚石拉曼长波激光装置增加原子预振模块，通过原子预振模块的预振激光模块产生预振激光对金刚石晶体的预振面进行预振，能够填充金刚石晶体的本征吸收带，对应C-C键振动吸收峰，进而使目标波长的泵浦激光通过金刚石晶体，降低泵浦激光损耗，实现穿越泵浦带泵浦，从而实现高功率高光束质量长波红外及太赫兹激光。并且通过波长精控器对探测器、预振激光模块以及预振监控器获取的参数进行分析，能够实现对预振激光模块输出的预振激光的功率和/或波长的精确调整，提高金刚石拉曼激光的输出功率和光束质量。

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是本发明实施例提供的一种金刚石拉曼长波激光装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种金刚石拉曼长波激光装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的又一种金刚石拉曼长波激光装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的再一种金刚石拉曼长波激光装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种金刚石本征吸收带预填充方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的一种预振激光模块与金刚石晶体位置的结构示意图。

附图标记：

泵浦源1、泵浦激光1-1、金刚石晶体2、金刚石晶体热沉3、光学器件4，原子预振模块5；

金刚石晶体2：前泵浦面2-11、后泵浦面2-12；

原子预振模块5：波长反馈精控器5-1、探测器5-2、预振激光模块5-3、预振监控器5-4；

预振激光模块5-3：预振激光器5-31、预振激光5-32、预振激光整形器5-33；

光学器件4：4-1、4-2光学透镜，4-3偏振片、4-4拉曼激光谐振腔输入镜，4-5拉曼激光谐振腔输出镜。

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。

图1为本发明实施例提供的一种金刚石拉曼长波激光装置的结构示意图。本发明实施例的金刚石拉曼长波激光装置包括光学共轴放置的泵浦源1、金刚石晶体2、金刚石晶体热沉3和光学器件4，还包括原子预振模块5。

泵浦源1用于发射泵浦激光提供泵浦能量。

金刚石晶体2用于产生拉曼激光，且金刚石晶体2[110]方向平行于光轴方向。金刚石晶体2具有前泵浦面2-11、后泵浦面2-12、至少一个预振面以及监控面。预振面为金刚石晶体2的除前泵浦面2-11和后泵浦面2-22以外的金刚石晶体2的任意一个或多个侧面；金刚石晶体2的后泵浦面2-12、预振面或与预振面垂直的面中任意一个面可以复用为监控面。也即金刚石晶体2的连接前泵浦面2-11和后泵浦面2-22的任意一个或多个侧面可以作为预振面，金刚石晶体2的任意一个面可以作为监控面。

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，防止金刚石晶体2温度过高而损坏晶体。金刚石晶体热沉3具有与金刚石2对应的结构，能够保证金刚石晶体2固定于金刚石晶体热沉3上，且保证金刚石晶体2的预振面至少部分裸露，以使预振激光可以入射至预振面。

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、偏振态控制或形成激光反馈振荡中的一种或多种。

原子预振模块5用于本征吸收带预填充以降低泵浦光损耗。原子预振模块5包括波长反馈精控器5-1、探测器5-2、预振激光模块5-3和预振监控器5-4，其中，探测器5-2、预振激光模块5-3、预振监控器5-4均与波长反馈精控器5-1通信连接。例如，可以无线连接也可以通过信号线5-5连接。

探测器5-2置于金刚石晶体2的前侧方，用于探测金刚石晶体2前泵浦面2-11反射的部分泵浦激光的波长，并将波长信息传输至波长精控器5-1。预振激光模块5-3置于金刚石晶体2的预振面且垂直放置，以保证预振激光模块5-3发射的预振激光5-32能够垂直预振面入射，波长反馈精控器5-1将从前泵浦面2-11接收的波长信息设置为预振激光模块5-3的波长参数，并控制预振激光模块5-3根据波长参数输出预振激光，以使预振激光5-32对准至少一个预振面进行预振。预振监控模块5-4置于监控面的侧方，用于监测监控面的温度场分布，并将温度场分布数据传输至波长反馈精控器5-1。波长反馈精控器5-1接收温度场分布数据，并根据温度场分布数据调整预振激光模块5-3输出的预振激光5-32的功率。在一些实施例中，波长反馈精控器5-1分析温度场分布数据，当温度场分布均匀度小于预设值时，波长反馈精控器5-1控制并增大预振激光模块5-3输出的预振激光5-32的功率；当温度场分布均匀度大于预设值时，波长反馈精控器5-1控制并减小预振激光模块5-3输出的预振激光5-32的功率。预设值可以由技术人员根据实际需求确定。

本发明实施例的金刚石拉曼长波激光装置增加原子预振模块5，通过原子预振模块5的预振激光模块5-3产生预振激光5-32对金刚石晶体2的预振面进行预振，能够填充金刚石晶体2的本征吸收带，对应C-C键振动吸收峰，进而使目标波长的泵浦激光通过金刚石晶体2，降低泵浦激光损耗，实现穿越泵浦带泵浦，从而实现高功率高光束质量长波红外及太赫兹激光。并且本实施例中，通过波长精控器5-1对探测器5-2、预振激光模块5-3以及预振监控器5-4获取的参数进行分析，能够实现对预振激光模块5-3输出的预振激光5-32的功率和/或波长的精确调整，提高金刚石拉曼激光的输出功率和光束质量。

在另一些实施例中，请参阅图2所示，图2为本发明实施例提供的另一种金刚石拉曼长波激光装置的结构示意图。本实施例中，预振激光模块5-3包括预振激光器5-31和预振激光整形器5-33。预振激光器5-31用于产生预振激光5-32。预振激光整形器5-33用于将预振激光器5-31产生的预振激光5-32整形为准直平行的预振激光5-32，以使准直平行的预振激光5-32对至少一个预振面进行垂直均匀预振，从而可以提高预振激光对于金刚石晶体的预振效果。

进一步的，在一些实施例中，预振激光整形器5-33可以为波导或者透镜组。

在一些实施例中，预振激光模块5-3发射的预振激光5-32覆盖每个预振面的面积均大于90％，以保证对金刚石晶体2的每个预振面进行充分预振，提高预振效果，降低泵浦激光的损耗，实现穿越泵浦带泵浦，实现高功率高光束质量长波红外及太赫兹激光。

在一些实施例中，预振激光模块5-3与预振面的数量一致，且一一对应设置，每个预振面均通过对应的预振激光模块5-3进行预振，能够保证预振效果。

在一些实施例中，预振激光5-32的波长精度小于2nm，保证预振激光5-32与泵浦激光1-1的波长基本一致，提高预振效果。

在一些实施例中，预振激光5-32的波长为3.5μm-6.5μm，覆盖金刚石晶体2的多光子吸收带，满足泵浦激光1-1的波长范围。

在一些实施例中，预振激光器5-31的线宽小于0.5nm，提高对金刚石本征吸收带填充的精确度。

在一些实施例中，探测器5-2波长精度小于2nm，提高探测精确度。

在一些实施例中，请参阅图3所示，图3是本发明实施例提供的又一种金刚石拉曼长波激光装置，光学器件4可以包括光学透镜4-1、4-2和偏振片4-3，光学透镜4-1、4-2和偏振片4-3依次设置在泵浦源1之后，金刚石晶体2之前，且均与泵浦源1和金刚石晶体2同轴放置，通过光学透镜4-1、4-2和偏振片4-3调整泵浦激光1-1的光斑尺寸及偏振态。

进一步的，在另一些实施例中，请参阅图4所示，图4为本发明实施例提供的再一种金刚石拉曼长波激光装置的结构示意图。光学器件4还可以包括拉曼激光谐振腔输入镜4-4和拉曼激光谐振腔输出镜4-5，拉曼激光谐振腔输入镜4-4设置在金刚石晶体2之前，拉曼激光谐振腔输出镜4-5设置在金刚石晶体2之后，通过拉曼激光谐振腔输入镜4-4和拉曼激光谐振腔输出镜4-5的设置可以实现拉曼振荡。

本发明实施例还提供了一种金刚石本征吸收带预填充方法，可以用于上述任一实施例的金刚石拉曼长波激光装置，请参阅图5所示，本发明实施例的金刚石本征吸收带预填充方法包括波长定位探测步骤100，预振激光模块启动优化步骤200和平衡态稳定工作步骤300。

波长定位探测步骤100包括：探测器5-2探测金刚石晶体2前泵浦面2-11反射的部分泵浦激光的波长，并将波长信息传输至波长反馈精控器5-1。

预振激光模块启动优化步骤200包括：波长反馈精控器5-1接收波长信息，将波长信息设置为预振激光模块5-3的波长参数并启动预振激光模块5-3，预振激光模块5-3按照所设置的波长参数输出预振激光5-32，以使预振激光5-32对准至少一个预振面进行预振，预振过程中，预振监控器5-4监测监控面的温度场分布，并将温度场分布数据传输至波长反馈精控器5-1，波长反馈精控器5-1接收并根据温度场分布数据调整预振激光模块5-3的输出功率。

平衡态稳定工作步骤300：重复预振激光模块5-3启动优化步骤200，直至温度场分布数据满足预设要求。

在一些可选的实施例中，波长反馈精控器5-1分析温度场分布数据，当温度场分布均匀度小于预设值时，波长反馈精控器5-1控制并增大预振激光模块5-3输出的预振激光5-32的功率；当温度场分布均匀度大于预设值时，波长反馈精控器5-1控制并减小预振激光模块5-3输出的预振激光5-32的功率。

本发明实施例的金刚石本征吸收带预填充方法，先进行波长定位探测步骤100，将探测器5-2获取的波长信息传输至波长反馈精控器5-1；再进行预振激光模块5-3启动优化步骤200，通过波长反馈精控器5-1将波长信息设置为预振激光模块5-3的波长参数并启动预振激光模块5-3，预振激光模块5-3按照所设置的波长参数输出预振激光5-32，并且在预振过程中，预振监控器5-4监测监控面的温度场分布数据，波长反馈精控器5-1根据温度场分布数据调整激光模块5-3的输出功率；最后进行平衡态稳定工作步骤300，重复预振激光模块启动优化步骤200，直至温度场分布数据满足预设要求。通过该方法能够精确调控预振激光模块5-3输出的预振激光5-32，实现对于金刚石晶体本征吸收带的填充。

下面通过具体实施例对本发明的金刚石拉曼长波激光器及本征吸收带与填充方法进行说明。

实施例1

本实施例提供单通式工作的一种金刚石拉曼长波红外及太赫兹激光装置及方法，如图3所示，包括光学共轴放置的泵浦源1、金刚石晶体2、金刚石晶体热沉3和光学器件4，还包括原子预振模块5；

泵浦源1为4μm激光器，用于提供泵浦能量，其性能参数为：重频100Hz，脉宽30ps，单脉冲能量100mJ，圆偏振；

金刚石晶体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，其设计需留出1个预振面；

将金刚石晶体2的其中一个侧面作为预振面，金刚石晶体2的后泵浦面2-12作为监控面；

光学器件4为光束整形器件以及光学偏振器，由焦距为f200的正透镜4-1，焦距为f100的正透镜4-2，以及偏振片4-3组成；

原子预振模块5用于本征吸收带预填充降低泵浦光损耗。包括波长反馈精控器5-1、探测器5-2、预振激光模块5-3、预振监控器5-4以及信号线5-5。预振激光模块5-3包括预振激光器5-31和预振激光整形器5-33。

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、偏振片4-3、金刚石晶体2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；

探测器5-2置于所述金刚石晶体2的前侧方、预振激光模块5-3置于金刚石晶体2的预振面且垂直放置、预振监控器5-4置于所述金刚石晶体2的后侧方；探测器5-2、预振激光模块5-3、预振监控器5-4分别通过信号线5-5与波长反馈精控器5-1连接；

本实施例提供的金刚石拉曼长波红外激光装置，其工作过程及原子预振模块工作方法为：

泵浦源1发射4μm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、4-2进行光学整形，经偏振片4-3调整为线偏振光后垂直于金刚石晶体2的4×1mm²光学平面入射并通过金刚石晶体2实现拉曼激光激发；所述预振激光模块5-3发射预振激光5-32垂直于金刚石晶体2的预振面泵浦金刚石晶体2，实现本征吸收带预填充降低泵浦光损耗；所述泵浦激光1-1经金刚石晶体2前泵浦面2-11部分反射至探测器5-2，所述监控面2-12的温度场分布接收至预振监控器5-4。

波长定位探测过程100：所述探测器5-2探测所述金刚石晶体2前泵浦面2-11反射的部分泵浦激光的波长，并将所述波长信息通过所述信号线5-5传输至所述波长反馈精控器5-1；

预振激光模块5-3启动优化过程200：所述波长反馈精控器5-1接收所述波长信息，将其设置为所述预振激光模块5-3的工作参数并启动所述预振激光模块5-3；所述预振激光模块5-3启动后，所述预振激光器5-31按照所述设置的波长参数输出预振激光5-32；所述预振激光5-32经所述预振激光整形器5-33传输并整形为均匀的预振激光5-32；所述均匀的预振激光5-32垂直对准所述预振面，进行预振；预振过程中，所述预振监控器5-4监测所述监控面2-12的温度场分布，并将温度场分布数据通过所述信号线5-5传输至所述波长反馈精控器5-1；所述波长反馈精控器5-1接收并分析所述温度场分布数据，当所述温度场分布均匀度小于90％时，波长反馈精控器5-1控制并增大预振激光器5-31的输出功率，每次输出功率增加2W；

平衡态稳定工作过程300：重复所述预振激光模块5-3启动优化过程，所述温度场分布均匀度满足设计预设要求时例如达到90％时，所述预振激光器5-31的输出功率为最佳功率。

本实施例探测器5-2精度为0.1nm，输出的拉曼激光波长为8.5μm，功率为1W。

实施例2

本实施例提供外腔式工作的一种金刚石拉曼长波红外及太赫兹激光装置及方法；本实施例提供的装置的结构与实施例1提供的装置的结构基本相同，如图4所示，不同之处在于：

1.泵浦源1为4.9μm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.金刚石晶体热沉3用于金刚石晶体2散热及固定支撑，其设计需留2个预振面；

3.将金刚石晶体2的其中任意2个侧面作为预振面，金刚石晶体2的2个预振面均作为监控面；

4.光学器件4为光束整形器件、光学偏振器以及拉曼激光谐振腔腔镜，由焦距为f200的正透镜4-1，焦距为f100的正透镜4-2，偏振片4-3及拉曼激光谐振腔输入镜4-4、拉曼激光谐振腔输出镜4-5组成。拉曼激光谐振腔输入镜4-4镀有4.9μm透过率大于90％的增透膜以及14.2μm反射率大于90％的高反膜，拉曼激光谐振腔输出镜4-5镀有4.9μm反射率大于90％的高反膜以及14.2μm反射率等于90％的部分输出膜；拉曼激光谐振腔输入镜4-4、拉曼激光谐振腔输出镜4-5组成拉曼谐振腔；

5.泵浦源1、光学器件4的正透镜4-1以及4-2、偏振片4-3、拉曼激光谐振腔输入镜4-4、金刚石晶体2、拉曼激光谐振腔输出镜4-5依次光学共轴放置，且金刚石晶体[110]方向平行于光轴方向；

6.本实施例中原子预振模块5数量为2，分别置于金刚石晶体2的2个预振面且垂直预振面放置；

7.2个预振监控器5-4分别置于所述金刚石晶体2的监控面方。

本实施例提供的一种外腔式工作的金刚石拉曼长波红外激光装置，其工作过程及原子预振模块工作方法为：

泵浦源1发射4.9μm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、4-2进行光学整形，经偏振片4-3调整为线偏振光后经拉曼激光谐振腔输入镜4-4传输，并垂直于金刚石晶体2的4×1mm²光学平面入射并通过金刚石晶体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传输至拉曼激光谐振腔输出镜4-5，剩余的泵浦激光1-1以及拉曼中90％的部分经拉曼激光谐振腔输出镜4-5反射，拉曼激光中10％的部分经拉曼激光谐振腔输出镜4-5透射，形成双程泵浦的拉曼激光谐振器；所述2个预振激光模块5-3发射泵浦光5-34分别垂直于金刚石晶体2的预振面泵浦金刚石晶体2，实现本征吸收带预填充降低泵浦光损耗；所述2个监控面的温度场分布分别接收至2个预振监控器5-4。

本实施例的金刚石本征吸收带预填充方法与实施例1相同。

本实施例探测器5-2精度为0.5nm，输出的拉曼激光波长为14.2μm，功率为10W。

实施例3

本实施例提供外腔式工作的另一种金刚石拉曼长波红外及太赫兹激光装置及方法；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，不同之处在于：

1.泵浦源1为6.5μm激光器，用于提供泵浦能量，其性能参数为:重频1kHz，脉宽20ns，单脉冲能量500mJ，圆偏振；

2.金刚石晶体热沉3用于金刚石晶体2散热及固定支撑，其设计需留4个预振面。

3.将金刚石晶体2的4个侧面作为预振面，金刚石晶体2预振面垂直的平面作为监控面；

4.本实施例中原子预振模块5数量为4，分别置于金刚石晶体2的预振面且垂直预振面放置；

5.4个预振监控器5-4分别置于所述金刚石晶体2的监控面方。

请参阅图6所示，图6是本发明实施例提供的一种预振激光模块与金刚石晶体位置的结构示意图，图6是金刚石晶体2垂直于[110]方向的截面图，4个预振激光模块5-3分别位于截面的上、下、左、右四个方位，并垂直于金刚石晶体2的4个侧面放置。

本实施例的金刚石本征吸收带预填充方法与实施例1相同。

本实施例探测器5-2精度为2nm，输出的拉曼激光波长为48μm，功率为150W。

Claims (10)

1.一种金刚石拉曼长波激光装置，包括光学共轴放置的泵浦源(1)、金刚石晶体(2)、金刚石晶体热沉(3)和光学器件(4)，其特征在于，还包括原子预振模块(5)；

所述泵浦源(1)用于发射泵浦激光(1-1)提供泵浦能量；

所述金刚石晶体(2)用于产生拉曼激光，且所述金刚石晶体[110]方向平行于光轴方向；所述金刚石晶体(2)具有前泵浦面(2-11)、后泵浦面(2-12)、至少一个预振面、以及监控面；所述预振面为除前泵浦面(2-11)、后泵浦面(2-12)以外的所述金刚石晶体(2)的一个或多个侧面；所述前泵浦面(2-11)、后泵浦面(2-12)或侧面复用为监控面；

所述金刚石晶体热沉(3)用于固定支撑所述金刚石晶体及为所述金刚石晶体散热；

所述光学器件(4)用于调整拉曼激光，使拉曼激光实现激光光束整形、分光、偏振态控制或形成激光反馈振荡中的一种或多种；

所述原子预振模块(5)用于本征吸收带预填充以降低泵浦光损耗，所述原子预振模块(5)包括：波长反馈精控器(5-1)、探测器(5-2)、预振激光模块(5-3)和预振监控器(5-4)，所述探测器(5-2)、预振激光模块(5-3)和预振监控器(5-4)均与所述波长反馈精控器(5-1)通信连接；

所述探测器(5-2)置于所述金刚石晶体(2)的前侧方，用于探测所述金刚石晶体(2)前泵浦面(2-11)反射的部分泵浦激光的波长，并将波长信息传输至所述波长反馈精控器(5-1)；

所述预振激光模块(5-3)置于所述金刚石晶体(2)的预振面且垂直放置，以使所述预振激光模块(5-3)发射的预振激光能够垂直预振面入射，所述波长反馈精控器(5-1)将从所述前泵浦面(2-11)接收的波长信息设置为所述预振激光模块(5-3)的波长参数，并控制所述预振激光模块(5-3)根据所述波长参数输出预振激光，以使所述预振激光对准至少一个所述预振面进行预振；

所述预振监控器(5-4)置于监控面的侧方，用于监测所述监控面的温度场分布，并将所述温度场分布数据传输至所述波长反馈精控器(5-1)；

所述波长反馈精控器(5-1)接收所述温度场分布数据，当温度场分布均匀度小于90％时，控制所述预振激光模块(5-3)增大输出的预振激光的功率，直至温度场分布均匀度达到90％。

2.根据权利要求1所述的金刚石拉曼长波激光装置，其特征在于，所述预振激光模块(5-3)包括：预振激光器(5-31)和预振激光整形器(5-33)；

所述预振激光器(5-31)用于产生预振激光；

所述预振激光整形器(5-33)用于将所述预振激光器(5-31)产生的预振激光整形为均匀的预振激光，以使均匀的预振激光对至少一个所述预振面进行预振。

3.根据权利要求1所述的金刚石拉曼长波激光装置，其特征在于，所述预振激光的波长精度小于2nm。

4.根据权利要求1所述的金刚石拉曼长波激光装置，其特征在于，所述预振激光的波长为3.5μm-6.5μm。

5.根据权利要求2所述的金刚石拉曼长波激光装置，其特征在于，所述预振激光器(5-31)线宽小于0.5nm。

6.根据权利要求1所述的金刚石拉曼长波激光装置，其特征在于，所述探测器(5-2)波长精度小于2nm。

7.根据权利要求2所述的金刚石拉曼长波激光装置，其特征在于，所述预振激光整形器(5-33)为波导或者透镜组。

8.根据权利要求1所述的金刚石拉曼长波激光装置，其特征在于，所述预振激光模块(5-3)发射的预振激光覆盖每个所述预振面的面积均大于90％。

9.根据权利要求2所述的金刚石拉曼长波激光装置，其特征在于，所述预振激光模块(5-3)的数量与所述预振面的数量一致，且所述预振激光模块(5-3)与预振面一一对应设置。

10.一种金刚石本征吸收带预填充方法，用于权利要求1至9任一项所述的金刚石拉曼长波激光装置，其特征在于，所述方法包括：

波长定位探测步骤：所述探测器(5-2)探测所述金刚石晶体(2)前泵浦面(2-11)反射的部分泵浦激光(1-1)的波长，并将波长信息传输至所述波长反馈精控器(5-1)；

预振激光模块启动优化步骤：所述波长反馈精控器(5-1)接收所述波长信息，将所述波长信息设置为所述预振激光模块(5-3)的波长参数并启动所述预振激光模块(5-3)，所述预振激光模块(5-3)按照所设置的波长参数输出预振激光，以使所述预振激光对准至少一个预振面进行预振，预振过程中，所述预振监控器(5-4)监测所述监控面的温度场分布，并将温度场分布数据传输至所述波长反馈精控器(5-1)，所述波长反馈精控器(5-1)接收所述温度场分布数据，当温度场分布均匀度小于90％时，调整所述预振激光模块(5-3)增大输出的预振激光功率；

平衡态稳定工作步骤：重复所述预振激光模块启动优化步骤，直至温度场分布均匀度达到90％。

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