CN114498280B - 一种红光激光器、激光频率变换装置以及生成红光激光的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种红光激光器、激光频率变换装置以及生成红光激光的方法。激光器包括：泵浦激光器，其用以生成泵浦激光光束；振荡级拉曼池，其用以将所述泵浦激光光束并转换为具有拉曼种子光和剩余泵浦激光的第一激光光束；激光反射镜组，将1248nm波长激光反射至拉曼光放大结构；拉曼光放大结构，其用以对1248nm波长激光进行放大，并由拉曼光放大结构的出射光束中分离出来生成第二激光光束，所述第二激光光束投射至倍频晶体；倍频晶体，其用以对所述第二激光光束实现倍频效果，生成624nm波长的红光激光。本发明解决了现有技术中红光激光一直无法实现大功率输出的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体而言，尤其涉及一种红光激光器、激光频率变换装置以及生成红光激光的方法。
背景技术
近年来，随着激光在交通、测量、医疗、国防和工农业等众多应用领域不断地发展，开发特殊的激光波长已经越来越引起人们的兴趣。这些特殊的激光波长可以通过新的激光工作物质产生，也可以通过气体或晶体材料等非线性光学频率转换产生。其中，红光激光在国防领域如测距、雷达、激光陀螺、光电对抗等有着重要的作用。然而，由于技术不成熟、无合适的增益介质，红光激光一直无法实现大功率输出。
受激拉曼散射技术是实现激光波长变换的重要技术手段。气体拉曼介质浓度较低，增益较小，但具有较好的热管理性、较高的损伤阈值(更可能实现大能量拉曼激光输出)、高拉曼振动模(大拉曼频移)和窄拉曼线宽等优点，因此也得到了广泛深入的研究。
发明内容
本发明提供了一种红光激光器、激光频率变换装置以及生成红光激光的方法。采用高纯CO2气体(纯度为99.999％)作为拉曼介质，1064nm激光器为泵浦激光，输出的拉曼光1248nm经过激光倍频晶体可以输出624nm大功率红光激光。解决了现有技术中红光激光一直无法实现大功率输出的技术问题。
本发明采用的技术手段如下：
一种红光激光器，包括：
泵浦激光器，其用以生成泵浦激光光束；
透镜，其用以将所述泵浦激光光束聚焦至振荡级拉曼池；
振荡级拉曼池，其用以将所述泵浦激光光束并转换为具有拉曼种子光和剩余泵浦激光的第一激光光束；
介质膜凹面反射镜，其用以对所述第一激光光束进行整形，消除泵浦激光和拉曼种子光的色差；
激光反射镜组，其用以改变第一激光光束的传播方向，并将1248nm波长激光反射至拉曼光放大结构；
拉曼光放大结构，其用以对1248nm波长激光进行放大，并由拉曼光放大结构的出射光束中分离出来生成第二激光光束，所述第二激光光束投射至倍频晶体；
倍频晶体，其用以对所述第二激光光束实现倍频效果，生成624nm波长的红光激光；
其中，所述泵浦激光器输出的泵浦源激光光束经振荡级拉曼池转换为具有拉曼种子光和剩余泵浦激光的第一激光光束；经介质膜凹面反射镜和激光反射镜组作用后，将1248nm波长激光反射至拉曼光放大结构中进行放大和分光，生成的第二激光光束通过倍频生成624nm波长的红光激光。
基于上述方案，进一步优选的，所述拉曼光放大结构包括至少一级放大级拉曼池以及对所述放大级拉曼池的出射光束进行分光的二相色镜，所述二相色镜用以反射分离出1248nm波长激光；
当拉曼光放大结构具有的放大级拉曼池多于一个级时，则将前级二相色镜分离出的激光光束做为后级放大级拉曼池的入射激光光束。
基于上述方案，进一步优选的，各所述所述放大级拉曼池配备泵浦光源。
基于上述方案，进一步优选的，所述放大级拉曼池内充纯度不小于99.999％的高压CO2气体。
基于上述方案，进一步优选的，所述二相色镜为对1064nm波长激光増透和对1248nm波长激光反射的平面镜。
基于上述方案，进一步优选的，所述激光反射镜组包括：
一片入射角度为45度的对1064nm波长激光増透和对1248nm波长激光反射的平面镜；以及
一片入射角度为45度的对1248nm波长激光反射的平面镜。
基于上述方案，进一步优选的，所述介质膜凹面反射镜的透射波长覆盖1064nm和1248nm。
基于上述方案，进一步优选的，所述振荡级拉曼池内充0.5MP CO2气体和4MP的稀有气体，所述稀有气体包括：氦气、氖气、氩气、氪气、或者氙气中的任意一种。
本发明还提供一种激光频率变换装置，包括上述任意一项所述的红光激光器。
本发明还提供一种624nm波长的红光激光生成方法，步骤包括：
S1、通过泵浦激光器生成泵浦激光光束；
S2、通过透镜将所述泵浦激光光束聚焦至振荡级拉曼池；
S3、通过振荡级拉曼池将所述泵浦激光光束并转换为具有拉曼种子光和剩余泵浦激光的第一激光光束；
S4、通过介质膜凹面反射镜对所述第一激光光束进行整形，消除泵浦激光和拉曼种子光的色差；
S5、通过激光反射镜组改变第一激光光束的传播方向，并将1248nm波长激光反射至拉曼光放大结构；
S6、通过拉曼光放大结构对1248nm波长激光进行放大，并由拉曼光放大结构的出射光束中分离出来生成第二激光光束，所述第二激光光束投射至倍频晶体；
S7、通过倍频晶体通过对所述第二激光光束实现倍频效果，生成624nm波长的红光激光；
其中，所述拉曼光放大结构包括至少一级放大级拉曼池以及对所述放大级拉曼池的出射光束进行分光的二相色镜，所述二相色镜用以反射分离出1248nm波长激光，当拉曼光放大结构具有的放大级拉曼池多于一个级时，则将前级二相色镜分离出的激光光束做为后级放大级拉曼池的入射激光光束，所述放大级拉曼池内充纯度不小于99.999％的高压CO2气体，所述振荡级拉曼池内充0.5MP CO2气体和4MP的稀有气体，所述稀有气体包括氦气、氖气、氩气、氪气或者氙气中的任意一种。
与传统的红光激光器相比，依据本发明的可用于大功率红光激光器有如下优点：气体相比固体介质不容易受热效应影响，使用气体作为拉曼介质可以承受更高的泵浦能量，获得更高能量的拉曼激光输出，采用高纯CO2气体(纯度为99.999％)作为拉曼介质，1064nm激光器为泵浦激光，输出的拉曼光1248nm经过激光倍频晶体可以输出624nm大功率红光激光。
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做以简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中红光激光器结构示意图。
图2为实施例2中红光激光器结构示意图。
图中，1、透镜；2、振荡级拉曼池；3、介质膜凹面透射镜；4、激光反射镜组；5、放大级拉曼池；6、二相色镜；7、激光倍频晶体。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如上所述，为了解决现有技术中红光激光一直无法实现大功率输出的技术问题，本发明提供了一种大功率红光激光器，其包括：
泵浦激光器，其用以泵浦源激光光束；；
透镜1，其用以将所述泵浦激光光束聚焦至振荡级拉曼池；
振荡级拉曼池2，其用以将所述泵浦激光光束并转换为具有拉曼种子光和剩余泵浦激光的第一激光光束；
介质膜凹面反射镜3，其用以对所述第一激光光束进行整形，消除泵浦激光和拉曼种子光的色差；
激光反射镜组4，其用以改变第一激光光束的传播方向，并将1248nm波长激光反射至拉曼光放大结构；
拉曼光放大结构，其用以对1248nm波长激光进行放大，并由拉曼光放大结构的出射光束中分离出来生成第二激光光束，所述第二激光光束投射至倍频晶体；
倍频晶体7，其用以对所述第二激光光束实现倍频效果，生成624nm波长的红光激光；
其中，所述泵浦激光器输出的泵浦源激光光束经振荡级拉曼池2转换为具有拉曼种子光和剩余泵浦激光的第一激光光束；经介质膜凹面反射镜3和激光反射镜组4作用后，将拉曼光(也就是1248nm波长激光)反射至拉曼光放大结构中进行放大和分光，生成的第二激光光束通过倍频生成624nm波长的红光激光。
基于上述方案，进一步的优选例1，所述泵浦激光器的输出波长为1064nm，其对应的脉宽可以为纳秒、皮秒或者飞秒，重复频率可以为一赫兹至几百兆赫兹中的任意一种。
基于上述优选例1，进一步的优选例2，所述振荡级拉曼池2左右两端分别带镀膜窗口片，其内充0.5MP CO2和4MP的稀有气体。所述的激光泵浦光经拉曼池后产生拉曼种子光。稀有气体包括：氦气、氖气、氩气、氪气或者氙气中的一种。
基于上述优选例2，进一步的优选例3，所述拉曼光放大结构包括至少一级放大级拉曼池5以及对所述放大级拉曼池的出射光束进行分光的二相色镜6，所述二相色镜6用以反射分离出1248nm波长激光。当拉曼光放大结构具有的放大级拉曼池5多于一个级时，则将前级二相色镜分离出的激光光束做为后级放大级拉曼池的入射激光光束。其中，放大级拉曼池两侧具有带镀膜窗口片，可以续接多个拉曼放大池实现多级放大，对应每个放大拉曼池配备泵浦光源。放大级拉曼池内充纯度不小于99.999％的高压CO2气体。泵浦激光和拉曼种子光经放大拉曼池后将1248nm激光放大。所述二相色镜为对1064nm波长激光増透和对1248nm波长激光反射的平面镜。
基于上述优选例3，进一步的优选例4，所述激光反射镜组4包括：
一片入射角度为45度的对1064nm波长激光増透和对1248nm波长激光反射的平面镜；以及一片入射角度为45度的对1248nm波长激光反射的平面镜。
基于上述优选例4，进一步的优选例5，所述介质膜凹面反射镜的透射波长覆盖1064nm和1248nm。
本发明还提供一种激光频率变换装置，包括上述任意一项所述的红光激光器。
本发明还提供一种624nm波长的红光激光生成方法，步骤包括：
S1、通过泵浦激光器生成泵浦激光光束；
S2、通过透镜将所述泵浦激光光束聚焦至振荡级拉曼池；
S3、通过振荡级拉曼池将所述泵浦激光光束并转换为具有拉曼种子光和剩余泵浦激光的第一激光光束；
S4、通过介质膜凹面反射镜对所述第一激光光束进行整形，消除泵浦激光和拉曼种子光的色差；
S5、通过激光反射镜组改变第一激光光束的传播方向，并将1248nm波长激光反射至拉曼光放大结构；
S6、通过拉曼光放大结构对1248nm波长激光进行放大，并由拉曼光放大结构的出射光束中分离出来生成第二激光光束，所述第二激光光束投射至倍频晶体；
S7、通过倍频晶体通过对所述第二激光光束实现倍频效果，生成624nm波长的红光激光；
其中，所述拉曼光放大结构包括至少一级放大级拉曼池以及对所述放大级拉曼池的出射光束进行分光的二相色镜，所述二相色镜用以反射分离出1248nm波长激光，当拉曼光放大结构具有的放大级拉曼池多于一个级时，则将前级二相色镜分离出的激光光束做为后级放大级拉曼池的入射激光光束，所述放大级拉曼池内充纯度不小于99.999％的高压CO2气体，所述振荡级拉曼池内充0.5MP CO2气体和4MP的稀有气体，所述稀有气体包括氦气、氖气、氩气、氪气和氙气。
本发明通过受激拉曼散射激光放大的特点，将多束激光通过SRS合并为一束拉曼激光，获得一束高能量的激光输出。下面通过具体实施例，对发明的方案做进一步阐述。
实施例1
如图1所示，一种大功率红光激光器包括透镜1，左右两端分别带镀膜窗口片的振荡级拉曼池2，介质膜凹面反射镜3，反射波长覆盖1064和1248nm，两片45度角1248nm反射镜4，第二级带镀膜窗口片的放大拉曼池5，45度角1064透射1248nm反射的二相色镜6，激光倍频晶体7。1064nm泵浦激光光束经透镜1聚焦至两端分别带镀膜窗口片的内充0.5MP CO2和4MP的稀有气体振荡级拉曼池2后产生1248nm的拉曼种子光。1248nm拉曼种子光与剩余1064nm泵浦激光通过介质膜凹面反射镜3后经两片45°1064nm、1248nm反射镜4后进入第二级带镀膜窗口片的充有4MP放大拉曼池5放大，经放大后的1248nm的拉曼激光经45°1248nm反射、1064nm透射的二向色镜6后，经倍频晶体7倍频后产生624nm大功率红激光。
实施例2
如图2所示，在实施例1的基础上，本发明还提供了能够实现多级放大的大功率红光激光器结构，具体包括透镜1，左右两端分别带镀膜窗口片的振荡级拉曼池2，介质膜凹面透射镜3，反射波长覆盖1064nm和1248nm，由一片45度角1248nm反射镜和一片1248nm激光反射、1064nm激光透射的二向色镜组成4，第二级带镀膜窗口片的放大拉曼池5，45度角1064透射1248nm反射的二相色镜6，激光倍频晶体7。1064nm泵浦激光光束经透镜1聚焦至两端分别带镀膜窗口片的内充0.5MP CO2和4MP的稀有气体振荡级拉曼池2后产生1248nm的种子光。1248nm拉曼种子光与剩余1064nm泵浦激光通过介质膜凹面透射镜3后，再经由一片45度角1248nm反射镜、1064nm激光透射的二向色镜和一片1248nm激光反射镜组成的4后进入充有4MP放大拉曼池5放大，另一束泵浦激光从经45°1248nm反射、1064nm透射的二向色镜6进入放大级拉曼池5，经放大后的1248nm经二向色镜6后经倍频晶体7倍频产生624nm大功率红光激光。
实施例3
如图2所示，本发明还提供了另一个能够实现红光激光器的途径，结构包括透镜1，左右两端分别带镀膜窗口片的振荡级拉曼池2，介质膜凹面透射镜3，反射波长覆盖1064nm和1248nm，由一片45度角1248nm反射镜和一片1248nm激光反射、1064nm激光透射的二向色镜组成4，第二级带镀膜窗口片的放大拉曼池5，45度角1064透射1248nm反射的二相色镜6，激光倍频晶体7。1064nm泵浦激光光束经透镜1聚焦至两端分别带镀膜窗口片的内充0.5MPCO2和4MP的稀有气体振荡级拉曼池2后产生1248nm的种子光。1248nm拉曼种子光与剩余1064nm泵浦激光通过介质膜凹面透射镜3后，再经由一片45度角1248nm反射镜、1064nm激光透射的二向色镜和一片1248nm激光反射镜组成的4后进入充有4MP放大拉曼池5放大，另一束泵浦激光从经45°1248nm高反、1064nm高透的二向色镜6进入放大级拉曼池5，可连续接多个放大级拉曼池，对于每个放大级拉曼池配备泵浦源。经过多次放大后的1248nm拉曼激光经二向色镜6后经倍频晶体7倍频产生624nm大功率红光激光。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种红光激光器，其特征在于，包括：
泵浦激光器，其用以生成泵浦激光光束；
透镜，其用以将所述泵浦激光光束聚焦至振荡级拉曼池；
振荡级拉曼池，其用以将所述泵浦激光光束转换为具有拉曼种子光和剩余泵浦激光的第一激光光束，所述振荡级拉曼池内充0.5MP CO2气体和4MP的稀有气体，所述稀有气体为氦气、氖气、氩气、氪气或者氙气中的任意一种；
介质膜凹面反射镜，其用以对所述第一激光光束进行整形，消除泵浦激光和拉曼种子光的色差；
激光反射镜组，其用以改变第一激光光束的传播方向，并将1248nm波长激光反射至拉曼光放大结构；
拉曼光放大结构，其用以对1248nm波长激光进行放大，并由拉曼光放大结构的出射光束中分离出来生成第二激光光束，所述第二激光光束投射至倍频晶体，所述拉曼光放大结构包括至少一级放大级拉曼池以及对所述放大级拉曼池的出射光束进行分光的二相色镜，所述二相色镜用以反射分离出1248nm波长激光，当拉曼光放大结构具有的放大级拉曼池多于一个级时，则将前级二相色镜分离出的激光光束做为后级放大级拉曼池的入射激光光束，所述放大级拉曼池内充纯度不小于99.999％且压强不小于3.5MP的CO2气体；
倍频晶体，其用以对所述第二激光光束实现倍频效果，生成624nm波长的红光激光；
其中，所述泵浦激光器输出的泵浦源激光光束经振荡级拉曼池转换为具有拉曼种子光和剩余泵浦激光的第一激光光束；经介质膜凹面反射镜和激光反射镜组作用后，将1248nm波长激光反射至拉曼光放大结构中进行放大和分光，生成的第二激光光束通过倍频生成624nm波长的红光激光。
2.根据权利要求1所述的红光激光器，其特征在于，各所述所述放大级拉曼池配备泵浦光源。
3.根据权利要求1所述的红光激光器，其特征在于，所述二相色镜为对1064nm波长激光増透和对1248nm波长激光反射的平面镜。
4.根据权利要求1所述的红光激光器，其特征在于，所述激光反射镜组包括：
一片入射角度为45度的对1064nm波长激光増透和对1248nm波长激光反射的平面镜；以及
一片入射角度为45度的对1248nm波长激光反射的平面镜。
5.根据权利要求1所述的红光激光器，其特征在于，所述介质膜凹面反射镜的透射波长覆盖1064nm和1248nm。
6.一种激光频率变换装置，其特征在于，包括权利要求1-5任意一项权利要求所述的红光激光器。
7.一种624nm波长的红光激光生成方法，其特征在于，包括：
S1、通过泵浦激光器生成泵浦激光光束；
S2、通过透镜将所述泵浦激光光束聚焦至振荡级拉曼池；
S3、通过振荡级拉曼池将所述泵浦激光光束并转换为具有拉曼种子光和剩余泵浦激光的第一激光光束；
S4、通过介质膜凹面反射镜对所述第一激光光束进行整形，消除泵浦激光和拉曼种子光的色差；
S5、通过激光反射镜组改变第一激光光束的传播方向，并将1248nm波长激光反射至拉曼光放大结构；
S6、通过拉曼光放大结构对1248nm波长激光进行放大，并由拉曼光放大结构的出射光束中分离出来生成第二激光光束，所述第二激光光束投射至倍频晶体；
S7、通过倍频晶体通过对所述第二激光光束实现倍频效果，生成624nm波长的红光激光；
其中，所述拉曼光放大结构包括至少一级放大级拉曼池以及对所述放大级拉曼池的出射光束进行分光的二相色镜，所述二相色镜用以反射分离出1248nm波长激光，当拉曼光放大结构具有的放大级拉曼池多于一个级时，则将前级二相色镜分离出的激光光束做为后级放大级拉曼池的入射激光光束，所述放大级拉曼池内充纯度不小于99.999％且压强不小于3.5MP的CO2气体，所述振荡级拉曼池内充0.5MP CO2气体和4MP的稀有气体，所述稀有气体包括氦气、氖气、氩气、氪气或者氙气中的任意一种。
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