CN114552351A - 一种离散镜多程池气体受激拉曼散射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种离散镜多程池气体受激拉曼散射装置，包括：泵浦激光器和沿着泵浦激光器激光输出的方向上依次设置的λ/2片、偏振分光棱镜、λ/4片、拉曼池、分光棱镜以及分离挡板；所述拉曼池中沿激光入射方向依次设置有聚焦透镜和激光反射镜组，所述聚焦透镜将入射激光会聚到拉曼池中心位置，所述激光反射镜组被配置为能够调整激光在拉曼池中的反射次数；所述拉曼池内填充拉曼活性气体。本发明设计了多程池结构，设计简单，调试便捷，有效提高了气体中拉曼光的转化率，可以广泛的应用在激光变频领域。
Description
技术领域
本发明涉及非线性激光变频技术领域，具体而言，尤其涉及一种离散镜多程池气体受激拉曼散射装置。
背景技术
受激拉曼是一种拓宽高峰值功率激光器光谱范围的有效方法。气体和固体介质均可用于受激拉曼转化，但固体的损伤阈值往往较低，且拉曼频移也比较小，在1000cm-1左右；而气体拉曼活性介质具有较好的光学均匀性和较大的损伤阈值，且拉曼位移比较大，如氢气的振动模式拉曼频移为4415cm-1，甲烷为2917cm-1，而二氧化碳为1388cm-1。因此，气体受激拉曼激光的光谱往往覆盖范围广，光谱更为丰富。
多程池是一种改变受激拉曼散射输出的重要手段。目前，Herriott型多程池是应用最广泛的多程池之一，但这种多程池只能在透镜腔面上形成圆形或椭圆形的分布，无法充分利用腔面的面积。而本发明中提到的
发明内容
根据上述提出的无法充分利用腔面面积的技术问题，而提供一种离散镜多程池气体受激拉曼散射装置。本发明主要利用离散镜多程池，依靠镜片的轻微离散，在腔面上形成更密集的分布，从而取得了更多的反射次数，有效的利用了腔镜面积，可得到的光程有明显的增加。
本发明采用的技术手段如下：
本发明提供了一种离散镜多程池气体受激拉曼散射装置，包括：泵浦激光器和沿着泵浦激光器激光输出的方向上依次设置的λ/2片、偏振分光棱镜、λ/4片、拉曼池、分光棱镜以及分离挡板；
所述拉曼池中沿激光入射方向依次设置有聚焦透镜和激光反射镜组，所述聚焦透镜将入射激光会聚到拉曼池内部，所述激光反射镜组被配置为能够调整激光在拉曼池中的反射次数；
所述拉曼池内填充拉曼活性气体。
进一步地，所述聚焦透镜为圆形聚焦透镜或者单个柱面聚焦透镜。
进一步地，所述聚焦透镜为非球面聚焦透镜。
进一步地，所述聚焦透镜为两个柱面聚焦透镜组合构成的聚焦模块，所述两个柱面聚焦透镜以母线方向正交的方式放置。
进一步地，所述激光反射镜组包括平凹反射镜Ⅰ和平凹反射镜Ⅱ，所述平凹反射镜Ⅰ和平凹反射镜Ⅱ均采用离散凹面反射镜。
所述离散凹面反射镜为单个柱面反射镜或者非球面离散反射镜构成。
进一步地，所述离散凹面反射镜表面镀有高反膜。
进一步地，所述拉曼池内充入惰性气体；所述惰性气体为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气以及氮气中的一种或者几种。
进一步地，所述泵浦激光器生成的泵浦光为紫外光、可见光或者红外光。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明公开的离散镜多程池可以在腔面上形成更密集的分布，更有效地利用腔面面积，从而使得到的光程数大大增加，并且光程数调节便捷，易于操作，还可以进一步缩小装置体积，有利于装置的小型化集成化。同时，多程池的应用还能降低气体受激拉曼散射产生的阈值，可以用于低气压，低能量，低拉曼增益等情况的受激拉曼转化。
2、本发明通过离散镜可调节若干个聚焦光斑处的光强分布，使激光光强分布更均匀，影响拉曼增益，改善拉曼放大。相比于同样焦距的非离散镜，离散镜聚焦能够抑制气体的击穿，承受更高的泵浦能量(峰值功率)，同时击穿的抑制，减少等离子体的产生，减弱其对泵浦光子和拉曼光子的吸收，有利于拉曼转化效率的提高。离散镜还能用于改善光束质量较差的泵浦光(例如，准分子激光)，还可以调整泵浦光的光强分布，进而影响拉曼转化。较相同焦距的圆透镜，离散镜的焦点体积更大，用于产生拉曼作用的粒子数密度更大，抑制或防止强泵浦时的粒子数耗尽效应，有利于拉曼光的产生，同时增大的焦点区域面积还能增大产热区域，有利于热扩散，对热透镜效应有更强的抵抗力，有望改善高重复频率气体受激拉曼散射的转化。
3、本发明通过改变泵浦光输出能量、脉宽、偏振态、重复频率，缓冲气体种类、压力等条件，拉曼池内往返光程数，气体压力，聚焦参数，均能改变拉曼光的转换效率。
4、本发明产生的多光谱可以涵盖紫外、可见、红外激光，通过改变泵浦光波长、拉曼介质种类改变拉曼光波长范围，而且装置设计简单，波长变换跨度比较大，可变波长丰富。
基于上述理由本发明可在激光变频领域广泛推广。
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为本发明实施例中离散镜多程池气体受激拉曼散射装置的结构示意图。
图中：1、泵浦激光器；2、λ/2片；3、偏振分光棱镜；4、λ/4片；5、聚焦透镜；6、平凹反射镜Ⅰ；7、拉曼池；8、平凹反射镜Ⅱ；9、分光棱镜；10、分离挡板。
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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
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。
如图1所示，本发明提供了一种离散镜多程池气体受激拉曼散射装置包括本发明提供了一种离散镜多程池气体受激拉曼散射装置，包括：泵浦激光器和沿着泵浦激光器激光输出的方向上依次设置的λ/2片、偏振分光棱镜、λ/4片、拉曼池、分光棱镜以及分离挡板；
拉曼池中沿激光入射方向依次设置有聚焦透镜和激光反射镜组，所述聚焦透镜将入射激光会聚到拉曼池中心位置，所述激光反射镜组被配置为能够调整激光在拉曼池中的反射次数。其中，所述λ/2片和偏振分光棱镜的组合保证泵浦激光能量的连续可调；所述λ/4片用于改变泵浦激光的偏振角度。所述分光棱镜和分离挡板对拉曼池的输出光进行分离。
优选地，所述激光反射镜组包括平凹反射镜Ⅰ和平凹反射镜Ⅱ，所述平凹反射镜Ⅰ和平凹反射镜Ⅱ均采用离散凹面反射镜，间距可调。优选地，聚焦透镜可以是普通的圆形聚焦透镜，也可以由单个柱面聚焦透镜或非球面聚焦透镜构成，或者由两个柱面聚焦透镜组合而成。所述非球面聚焦透镜，x轴,y轴方向上的曲率半径可变；所述两个柱面聚焦透镜组合，(母线方向)正交放置，焦距可调，间距可调。所述离散凹面反射镜表面镀有高反膜。进一步地，平凹反射镜Ⅰ的入光口可根据需要打孔在镜片的任意位置；平凹反射镜Ⅱ的出光口也可根据需要打孔在镜片的任意位置。平凹反射镜Ⅰ和平凹反射镜Ⅱ的倾斜角度可调，两者之间的间距可调。
优选地，拉曼池密封性好，可填充单种或多种拉曼活性气体，气体压力可大范围调节；拉曼池长度可调。可额外向拉曼池充入惰性气体；所述惰性气体为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氮气。
优选地，泵浦激光器的泵浦光可以为紫外光，可见光或红外光，所属泵浦光的光束质量，脉宽，输出能量，重复频率可调。
优选地，λ/4片的偏转角度可以任意改变。
下面通过具体的应用实例，对本发明的方案和效果做进一步说明。
实施例1
本实施例采用纳秒级脉冲Nd:YAG激光器倍频光532nm激光作为泵浦激光，脉宽为10ns，偏振态为竖直偏振，最高出射能量为200mJ，重复频率为1赫兹。泵浦光通过填充有CO2的拉曼池7。长度为1000mm的拉曼池7中填充1MPa CO2；旋转λ/4片4角度使入射光偏振态变为圆偏振；聚焦透镜5为普通圆透镜，其焦距为500mm，两面平凹反射镜由单个柱面镜构成，焦距均为250mm；通过控制入射光角度和反射镜倾斜角度控制拉曼池7内光程数为5次。该装置将532nm泵浦光主要转换为574nm、624nm、683nm三束拉曼激光。
实施例2
本实施例采用用皮秒级脉冲Nd:YAG激光器基频光1064nm激光作为泵浦激光，脉宽为100ps，偏振态为竖直偏振，重复频率为100赫兹，并且此时入射激光半径非常小。1064nm泵浦光依次通过填充有H2的拉曼池7。长度为2000mm的拉曼池7中填充1MPa H2和1MPa的氦气；旋转λ/4片4角度使入射光偏振态为水平偏振；聚焦透镜5由两面正交放置的柱面镜构成，焦距均为1000mm，间隔为30mm；两面平凹反射镜由相同的非球面离散镜构成，其x,y方向上的曲率半径分别为240mm和260mm；通过控制入射光角度和反射镜倾斜角度控制拉曼池7内光程数为100次。该装置将1064nm泵浦光主要转换为1.9μm、9.2μm拉曼激光。
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 (8)
1.一种离散镜多程池气体受激拉曼散射装置，其特征在于，包括：泵浦激光器和沿着泵浦激光器激光输出的方向上依次设置的λ/2片、偏振分光棱镜、λ/4片、拉曼池、分光棱镜以及分离挡板；
所述拉曼池中沿激光入射方向依次设置有聚焦透镜和激光反射镜组，所述聚焦透镜将入射激光会聚到拉曼池内部，所述激光反射镜组被配置为能够调整激光在拉曼池中的反射次数；
所述拉曼池内填充拉曼活性气体。
2.根据权利要求1所述的离散镜多程池气体受激拉曼散射装置，其特征在于，所述聚焦透镜为圆形聚焦透镜或者单个柱面聚焦透镜。
3.根据权利要求1所述的离散镜多程池气体受激拉曼散射装置，其特征在于，所述聚焦透镜为非球面聚焦透镜。
4.根据权利要求1所述的离散镜多程池气体受激拉曼散射装置，其特征在于，所述聚焦透镜为两个柱面聚焦透镜组合构成的聚焦模块，所述两个柱面聚焦透镜以母线方向正交的方式放置。
5.根据权利要求1所述的离散镜多程池气体受激拉曼散射装置，其特征在于，所述激光反射镜组包括平凹反射镜Ⅰ和平凹反射镜Ⅱ，所述平凹反射镜Ⅰ和平凹反射镜Ⅱ均采用离散凹面反射镜。
所述离散凹面反射镜为单个柱面反射镜或者非球面离散反射镜构成。
6.根据权利要求5所述的离散镜多程池气体受激拉曼散射装置，其特征在于，所述离散凹面反射镜表面镀有高反膜。
7.根据权利要求1所述的离散镜多程池气体受激拉曼散射装置，其特征在于，所述拉曼池内充入惰性气体；所述惰性气体为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气以及氮气中的一种或者几种。
8.根据权利要求1所述的离散镜多程池气体受激拉曼散射装置，其特征在于，所述泵浦激光器生成的泵浦光为紫外光、可见光或者红外光。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220527 |
|
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