NO303996B1 - Stimulert Ramanspredende (SRS) laserapparat - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et laserapparat til frembringelse av en høykvalitets optisk stråle med lav divergens og en bølgelengde som forskyves fra den for en optisk inngangspumpe-stråle ved en Stokes forskyvning på grunn av stimulert Ramansprednlng (SRS ).

Det kreves av laserkilder for forskjellige anvendelser at de sender ut høykvalitets samlede stråler ved en bølgelengde som ikke vil skade det menneskelige øyet. Bølgelengden på 1.54 mikron er stort sett godtatt som "øye-sikker". Det er imidlertid vanskelig direkte å frembringe en laserstråle med denne bølgelengde ved bruk av vanlige lasere.

En Nd:YAG laser som er i omfattende bruk kan frembringe en høykvalitetsstråle ved 1,06 mikron som ligger utenfor det øye-slkre området. Råman laseranordninger som benytter Stokes forskyvning i et Ramanspredende medium kan benyttes til å omdanne laserstråling med en bølgelengde til en lenger bølgelengde. Metan er et Ramanmedium med en vibrasjonsmessig Stokes frekvensforskyvning på 2916 cm-<1>som muliggjør omdannelse av en 1,06 mikron stråle til en 1,54 mikron stråle. Denne omdannelse kan foregå som beskrevet f.eks. i US patent nr. 4.821.272 med tittelen "SINGLE MIRROR INTEGRAL RÅMAN LASER" fra 11. april 1989.

Ramansprednlng av en optisk inngangsstråle i et egnet medium skaper SRS bølger som forplanter seg både foroverrettet og tllbakerettet som beskrevet i en grunnleggende avhandling om stimulert Ramansprednlng som finnes i "Tunable Lasers" av J.C. White, Springer Series Topics in Applied Physics, bind 59, Springer, Berlin, Heidelberg, 1987, sidene 115-207. Denne anordning som er beskrevet i det nevnte patent, er kjent som en "Råman halvresonator" og frembringer en Råman-forskjøvet utmatning ved bruk av den foroverrettede SRS bølge. Stråle-divergensen for denne type laser er av en størrelsesorden på to ganger pumpestrålens divergens, noe som er uønsket for visse anvendelser.

Den tllbakerettede SRS bølge blir på nytt reflektert tilbake til inngangspumpestrålen. Dette reduserer antallet av optiske elementer som innvirker på utgangsstrålens innretning i en tllbakerettet Ramanlaser. I tillegg blir den tllbakerettede SRS bølge ikke parametrisk koblet til anti-Stokes stråling, mens den foroverrettede SRS bølge gjør det. Denne kobling av SRS-bølgen til anti-Stokes strålingen fører ifølge rapporter til en effektiv reduksjon av forsterkningen for modi for den lavere orden av den foroverrettede SRS bølge og derfor øker den foroverrettede Råman stråledivergens som omhandlet f.eks. i publikasjonen av Perry et al., med tittelen "Stimulated Råman Scattering With a Tightly Focused Pump Beam", Optics Letters, bind 10, nr. 3, 146 (1985).

EP-A-0393528 omhandler et laserapparat som frembringer Raman-forskjøvet utmatning ved bruk av tilbakereflektert foroverrettet SRS bølge.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer, ifølge krav 1, et apparat som forbedrer den bakoverrettede SRS laser med enkelt brennpunkt ved å anordne minst ett ytterligere brennpunkt i Ramanmediet til frembringelse av en tllbakerettet SRS bølge som forplanter seg tilbake inn i det første brennpunkt for å virke som en kime til SRS. Kimestrålen har en styrke som er mye større enn kimen fra spontan Ramansprednlng i det første brennpunkt. Denne kimestråle virker sammen med og blir forsterket av pumpestrålen ved det første brennpunkt for å frembringe en tllbakerettet SRS utgangsbølge med en høyere virkningsgrad for omdannelsen enn det som kan oppnås med enkelt brennpunkt. Dessuten kan foreliggende oppfinnelse arbeide effektivt med meget lavere pumpeinngangs-effekt enn en tllbakerettet SRS laser med ett enkelt

brennpunkt. Den foreliggende oppfinnelse har også fordelene fra en tllbakerettet SRS laser med enkelt brennpunkt ved at følsomheten overfor optisk feilinnretting blir redusert og

utgangsstrålen har lav divergens som er sammenlignbar med pumpe st rål en.

Laserapparatet for stimulert Raman-spredning omfatter, ifølge oppf innelsen: (a) en pumpelaser-anordning for frembringelse av en optisk pumpestråle, (b) Råman celleanordning anbragt for gjennomgående forplantning av pumpestrålen, (c) en første fokuseringsanordning hensiktsmessig anbragt ved siden av Råman celleanordningen for fokusering av den optiske pumpestrålen inn i Ramancellen ved et første brennpunkt der en første foroverrettet SRS bølge og en første tllbakerettet SRS bølge frembringes, og (d) utgangsanordninger som er plassert mellom pumpelaser-anordningen og Ramancelle-anordningen for å rette den første tllbakerettede SRS bølge ut av apparatet, (e) en andre fokuseringsanordning hensiktsmessig plassert ved siden av det første brennpunkt for å refokusere utmatningen fra det første brennpunkt mot et andre brennpunkt innenfor Ramancelle-anordningen, der en andre foroverrettet SRS bølge og en andre tllbakerettet SRS bølge frembringes, og der den andre tllbakerettede SRS bølge forplantes tilbake og danner kime for frembringelsen av den første tilbakerettede SRS bølge for derved å øke energien i den første tilbakerettede SRS bølgeutmatningen fra Ramancelle-anordningen.

De første og andre eller påfølgende brennpunkter kan være plassert i samme Ramanceller eller i adskilte Ramanceller.

Disse og andre trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil være åpenbare for en fagmann på basis av den etterfølgende beskrivelse sammen med tegningene, der like henvisningstall viser til like deler og der: Fig. 1 skjematisk viser et tllbakerettet Råman laserapparat med en enkel celle og to brennpunkter ifølge en foretrukket utførelsesform for denne oppfinnelse, Fig. 2 viser skjematisk komponentbølgene i Råman laserapparatet på Fig. 1. Fig. 3 viser skjematisk et tllbakerettet Råman laserapparat med to celler og to brennpunkter i henhold til en alternativ utførelsesform for denne oppfinnelse. Fig. 4 er en grafisk fremstilling av virkemåten for apparatet på Fig. 1 sammenlignet med teknikkens stand. Fig. 5 og 6 er grafiske fremstillinger som viser strålediver-gensen for komponentbølgene i laserapparatet på Fig. 1 ved drift med henholdsvis lav og høy puls-repetisjonsfrekvens. Fig. 7 er en grafisk fremstilling som viser den tllbakerettede Råman energi for et Råman laserapparat som vist på Fig. 3 med to brennpunkter og to celler, sammenlignet med en laser med ett enkelt brennpunkt; og Fig. 8 og 9 er histogrammer som viser energiene i komponent-bølgene i en tllbakerettet Råman laser med tre brennpunkter ifølge oppfinnelsen som en funksjon av energien i laserens inngangspumpestråle uten og med en kubisk hjørnereflektor. Fig. 1 viser et tllbakerettet Råman laserapparat med en enkel celle og to brennpunkter i henhold til en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen og apparatet er generelt betegnet med 10. Det innbefatter en pumpelaser 12 til frembringelse av en samlet optisk pumpestråle 14. Selv om oppfinnelsen ikke er begrenset til drift ved en eller annen bestemt bølgelengde til frembringelse av en øyesikker utgangsstråle ved 1,54 mikron kan laserstrålen 12 i et typisk eksempel være en Q-veksler Nd:YAG laser som frembringer pumpestrålen 14 med en bølgelengde på 1,06 mikron. Denne

oppfinnelsen kan benyttes sammen med en hvilken som helst laser som er kjent benyttet sammen med Ramanceller og et hvilket som helst Ramanmedium.

Laseren 12 er plassert slik at pumpestrålen 14 bringes til å forplante seg gjennom et brennpunkt 34 i en første Ramancelle og et brennpunkt 36 i en andre Ramancelle i Ramancellen 16. I henhold til det som er vanlig, vil forplantning fra venstre mot høyre på figuren bli betraktet som foroverrettet, mens forplantning fra høyre mot venstre er tllbakerettet.

Cellen 16 er fylt med et Ramanmedium 20 som frembringer SRS effekten. Flate vinduer 21 og 23 er anordnet for å holde Ramanmediet på plass i cellen 16. Det foretrukne medium til frembringelse av en øyesikker utgangsstråle ved 1,54 mikron er metangass under trykk selv om deuterium som har en vibrasjonsmessig Stokes frekvensforskyvning på 2991 cm-<1>også er brukbart.

Der mediet 20 er metangass vil den bli holdt under et trykk i området fra omtrent 42,2 til 70,3 kilo pr. cm<2>som er valgt for å befordre SRS og undertrykke stimulert Brillouin spredning (SBS). SRS forsterkningen blir utilstrekkelig ved trykk lavere enn 42,2 kg/cm<2>mens SBS forsterkningen blir for stor ved trykk over 70,3 kg/cm<2>. Drift med øket pulsrepe-tisjonsfrekvens (PRF) kan lettes ved sirkulasjonen av mediet 20 ved brennpunktene 34 og 36 ved hjelp av en gass-sirkula-sjonsenhet 24. Da omtrent all SRS finner sted ved det første brennpunkt 34, vil sirkulasjon av gassformede Ramanmedium 20 bare ved det første brennpunkt 34 vanligvis være tilstrekkelig-

En samlelinse 26 fokuserer pumpestrålen 14 inn i cellen 16 for å skape tilstrekkelig styrke til å overskride Raman-terskelen i cellen 16 og gjøre det mulig for SRS å oppstå. En andre linse 28 refokuserer pumpestrålen 14 i cellen 16. En tredje linse 32 re-kollimatiserer strålen etter forover rettet forplantning gjennom cellen 16. Den følgende omtale av forplantningen av bølger gjennom apparatet på Fig. 1 vil være lettere å forstå ved henvisning til Fig. 2 som er et diagram med gjengivelse av komponentbølgene som er frembragt i apparatet 10. Foroverrettede og bakoverrettede SRS bølger blir frembragt i samvirkningsområdene ved brennpunktene 34 og 36 med pumpestrålen 14. I henhold til foreliggende oppfinnelse vil den tllbakerettede SRS bølge som frembringes ved brennpunktet 36 i Ramancellen 16 forplante seg tllbakerettet og virke som en kime for tllbakerettet SRS ved brennpunktet 34. Styrken på den tllbakerettede kime er meget større enn den spontane Ramansprednlng ved brennpunktet 34 og dermed blir den tllbakerettede SRS bølge forsterket ved brennpunktet 34 ved samvirkningen med den tllbakerettede kime og pumpestrålen 14. Der Ramanmediet 20 er metangass og bølgelengden for pumpestrålen 14 er 1,06 mikron, vil den tllbakerettede SRS bølge ha den øyesikre bølgelengde på 1,54 mikron på grunn av den vibrasjonsmessige Stokes forskyvning som frembringes av SRS. Forbedret drift oppnås ved å redusere avstanden mellom brennpunktene 34 og 36 og dermed overføringstiden mellom disse så meget som mulig.

Den tllbakerettede SRS bølge som utgjør utgangsstrålen fra apparatet 10, og er betegnet med 38 på Fig. 1, blir trukket ut av en utmatningsanordning som f.eks. en dikroisk stråledeler 40 som retter utgangsstrålen 38 ut av apparatet 10 til bruk for den ønskede anvendelse. Stråledeleren 10 er et vanlig bølgelengde-følsomt optisk element som er beregnet for å slippe gjennom 1,06 mikron pumpestrålen 14 og reflektere den tllbakerettede SRS stråle på 1,54 mikron samt utgangsstrålen 38.

Den tllbakerettede SRS bølge blir innvendig tilbakereflektert mot pumpestrålen 14 i cellen 16 uansett bevegelse eller mistilpasning av mellomliggende optiske komponenter. Dette utelukker de optiske komponenter i Ramancellen fra å innvirke på innretningen for utgangsstrålen og dermed forenkles oppbygningen av apparatet og dets fremstillingsomkostninger reduseres. I tillegg har utgangsstrålen 38 en lav divergens av en størrelsesorden på 1,3 ganger divergensen for pumpestrålen 14 sammenlignet med en faktor på 2 for tidligere kjente oppbygninger som Råman halvresonator.

Den foroverrettede SRS bølge som frembringes i cellen 16 kan være ubenyttet og kan slippe ut fra apparatet 10 ved cellen 16 eller kan absorberes ved kjente anordninger (ikke vist). Som et foretrukket alternativ kan imidlertid den foroverrettede SRS bølge reflekteres tllbakerettet gjennom cellen 16 for ytterligere å øke den tllbakerettede SRS kimstråle. Denne funksjonen kan utføres av en reflektor som f.eks. en hjørnekubus 42 anbragt foroverrettet på nedstrømssiden av cellen 16. Den foretrukne stilling for hjørnekubusen 42 er så nær inntil den tilstøtende ende av cellen 16 som mulig selv om egenskapene ikke forringes særlig om kubusen 42 beveges bort fra cellen 16 et forholdsvis kort stykke.

Den tllbakerettede SRS polarisasjon er identisk med pumpestrålens polarisasjon selv om hjørnekubusen 42 depolariserer den foroverrettede SRS bølge. Dette viser at Raman-omdannelsen så godt som fullstendig finner sted som tllbakerettet SRS. Bare den Råman kimkomponent som er polarisert på samme måte som pumpestrålen 14 har forsterkning. Det ligger innenfor rammen av denne oppfinnelse å bytte ut hjørnekubusen 42 med en alternativ reflektor som f.eks. et plant speil (ikke vist). Dette resulterer i en ennå høyere virkningsgrad for Råman-omdanneIsen siden et plant speil ikke depolariserer den tilbakeførte stråle.

En pumpestrålesamler i form av en dikroisk stråledeler 44 er anbragt mellom cellen 16 og hjørnekubusen 42 for å hindre stråleresten eller en uttømt pumpestråle, her betegnet som 46, lå komme inn i cellen 16 og pumpelaseren 12 på nytt. Stråledeleren 44 virker på samme måte som stråledeleren 40 og er beregnet på å slippe gjennom den foroverrettede SRS strålen på 1,54 mikron og å reflektere den uttømte pumpestråle 46 på 1.06 mikron ut av apparatet 10. Hvis hjørne-kubusen 42 ikke benyttes, er pumpestrålesamleren ikke nødvendig.

Ytterligere komponenter kan tas med for å lette driften av apparatet 10 som er vist på Fig. 1. En optisk isolator som er generelt betegnet med 48 kan anordnes for å hindre SBS bølgen 50 som frembringes i cellen 16 i å forplante seg tilbake inn i pumpelaseren 12. Enheten 48 kan innbefatte en polarisator 52 og en kvartbølge-plate 54. Fremgangsmåten for isolasjon er ikke begrenset til denne bestemte anordningen og kan innbefatte andre kjente isolasjonsmidler såsom en polarisator og en Faraday-rotator kombinasjon. Pumpestrålen 14 er opprinnelig lineært polarisert og slipper gjennom polarisatoren 52. Polarisasjonen av pumpestrålen 14 blir omdannet til sirkulær polarisasjon av kvartbølgeplaten 54. Polarisasjonen av SBS bølgen 50 som forplanter seg tilbake er også sirkulært polarisert, men med motsatt dreieretning. Denne blir ortogonal i forhold til den for pumpestrålen 14 etter å ha passert gjennom kvartbølgeplaten. SBS bølgen 50 blir dermed reflektert av polarisatoren 52 ut av apparatet 10. Selv om apparatet på Fig. 1 viser to brennpunkter, er foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til dette og kan omfatte tre eller flere brennpunkter i en enkelt Ramancelle. Fig. 3 viser en alternativ utførelse av foreliggende oppfinnelse med et Råman laserapparat med to celler og to brennpunkter, generelt betegnet 60. De samme henvisningstallene benyttes for de samme komponenter på Fig. 3 som på Fig. 1. Fig. 3 skiller seg fra Fig. 1 bare ved at den enkle Råman celle 16 på Fig. 2 er erstattet med to Ramanceller 16' og 18 fylt med Ramanmedia 20' og 22. Flate vinduer 21' og 23' i cellen 16' og flate vinduer 25 og 27 i cellen 18 er anordnet for å holde Ramanmediet inne i de respektive celler. Brennpunktet 34 befinner seg i cellen 16' og brennpunktet 36 i cellen 18. I tillegg er linsen 28 i cellen 16 på Fig. 1 erstattet av linser 28' og 30 på Fig. 3. Linsen 28' re-kollimatiserer strålen etter forplantning gjennom cellen 16'. Linsen 30 fokuserer strålen inn i cellen 18. Driften av apparatet på Fig. 3 er den samme som driften av apparatet på

Fig. 1 som tidligere er beskrevet.

Selv om apparatet på Fig. 3 ér vist med bare to Ramanceller 16' og 18, er foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til dette og selv om det ikke er spesielt vist, kan tre eller flere Ramanceller anordnes med et brennpunkt i hver celle. Selv om cellene på Fig. 3 er vist stilt opp på linje, kan de videre anbringes i et foldet mønster eller et mønster med forskyvning på tvers (periskop) selv om dette ikke er vist.

Tllbakerettede Raman-oppbygninger med to og tre brennpunkter i henhold til oppfinnelsen ble vurdert ved bruk av metangass som Ramanmedium ved fyll ingstrykk på fra 28,1 til 70,3kg/cm<2>. Drift ved redusert trykk senket Ramanforsterkningen, men reduserte SBS forsterkningen med en større verdi siden redusert trykk senker konkurransen fra SBS. Fylletrykk på42,2 kg/cm<2>var tilstrekkelig for effektiv Raman-omdannelse. Virkningsgrader på 35% for omdannelsen ble oppnådd ved eksperimenter med metan.

En enkel celleoppbygning med to brennpunkter ble drevet ved 10 Hz med gass-sirkulasjon bare ved det første brennpunkt som omhandlet i Eksempel 1. Driften ved 10 Hz var sammenlignbar med den ved lav PRF (1 Hz) drift, selv om gassen ikke ble sirkulert ved det andre brennpunkt. Dette viser at Råman omdannelsen foregår nesten i sin helhet ved første brennpunkt. Disse forsøksdata er gjengitt på Figurene 4, 5 og 6 og blir omhandlet i Eksempel 1. En oppbygning med to celler og to brennpunkter ble prøvet som omhandlet i Eksempel 2. Prøve-data som er omhandlet i Eksempel 2 er gjengitt på Fig. 7.

En encellet tllbakerettet Råman oppbygning med tre brennpunkter ble også prøvet som omhandlet i Eksempel 3 under anvend else av deuterium som Ramanmedium ved et trykk på 140,6kg/cm<2>. Den vibrasjonsmessige Stokes forskyvning for deuterium er 2991 cm~<l>, nesten det samme som for metan (2916 cm--'-) slik at et laserapparatet som benytter deuterium også kan produsere en øyesikker utgangsstråle drevet av en pumpestråle på 1,06 mikron. Formålet med disse forsøk var å redusere SBS. SBS forsterkningen i forhold til SRS er lav for deuterium og lite SBS ble funnet i eksperimentene. Problemet med deuterium er at Råman forsterkningen er halv-parten av den for metan. Oppbygning med tre brennpunkter og høyere trykk vil delvis motvirke den reduserte forsterkningen. Den målte SBS var liten sammenlignet med den fra metaneksperimentene med Råman forsterkningen var ikke stor nok til å være lik metanets virkningsgrad for omdannelsen. Virkningsgrader for omdannelsen av størrelsesorden 30% ble oppnådd ved deuteriumforsøkene. Forsøksdata er gjengitt på

Fig. 8 og 9 som er omhandlet under Eksempel 3.

Eksempler på utøvelse av oppfinnelsen følger.

EKSEMPEL 1

Et apparat som vist på Fig. 1 ble bygget og prøvet og besto av en enkel Ramancelle med to brennpunkter. Den pumpede inn-gangsenergi var 163 millijoule (mJ) med en pulsbredde på 17 nanosekunder og en PRF på 10 Hz. Gasscellen var fylt med metan under et trykk på 70,3 kg/cm<2>). Gassen ved første brennpunkt 34 ble sirkulert mens formgivningen og konstruk-sjonen av apparatet ikke tillot sirkulasjon av gassen ved det andre brennpunkt 36. f/tallene for brennpunktene 34 og 36 var henhv. F/33 og F/20. Når hjørnekubus ble benyttet, var den tllbakerettede Ramanutgang 55 mJ og SBS energien var 47 mJ. Uten hjørnekubus var den tllbakerettede Ramanutgang 40 mJ og SBS var 57 mJ.

Fig. 4 viser virkemåten for apparatet på Fig. 1 med to brennpunkter sammenlignet med en tidligere kjent Råman halvresonator (betegnet som "1/2 resonator") i forholdet til pumpebølgen. Den horisontale akse representerer den fulle divergeringsvinkel i milliradianer (mrad) i det fjerne felt. Den vertikale akse representerer brøkdelen av den totale energi i en stråle eller bølge på 1,54 mikron som befinner seg innen den tilsvarende fjerne feltvinkel. Man ser av Fig.

4 at en større brøkdel av den totale energi i den nåværende

tllbakerettede SRS bølge er inneholdt i en mindre vinkel enn for tidligere kjente oppbygninger. Dette er et mål på strålens divergens og viser at en lavere og derfor mer ønskelig verdi for strålens divergens er oppnåelig med foreliggende oppfinnelse enn med den tidligere kjente oppbygning.

Fig. 5 og 6 svarer til Fig. 4, men gjengir divergenser for pumpestrålen og den tllbakerettede SRS stråle i det foreliggende apparat ved lav PRF (mindre enn 1 Hz) og ved 10 Hz. Selv om strålens divergens øker med PRF, kan resultatene godtas for mange praktiske anvendelser selv ved 10 Hz. Denne økning skyldes virvler som oppstår ved at gassen ved det andre brennpunkt ikke sirkuleres. Sirkulering av gassen ved det andre brennpunkt ville redusere strålens divergens ved 10 Hz.

EKSEMPEL 2

Et apparat som vist på Fig. 3 ble bygget og prøvet med to gassceller med metan ved et trykk på 59,8 kg/cm<2>som Ramanmedium i begge celler. Bare gassen i den første celle ble sirkulert. Linsene 26 og 28' hadde brennvidder på 200 millimeter (mm) og fokuserte pumpestrålen 14 inn i den første Ramancelle 16' med et f/tall på F/33. Linsene 30 og 32 hadde brennvidder på 125 mm og fokuserte pumpestrålen 14 inn i den annen Ramancelle 18 med et f/tall på F/20. Energien i pumpeinngangs-strålen 14 var 155 mJ ved en PRF på 10 Hz. Energiene i komponentbølgene i apparatet ble målt til:

Tllbakerettet SRS (utmatning) - 52 mJ

Uttømt pumpe - 36 mJ

Foroverrettet SRS mellom cellene - 9 mJ

SBS - 26 mJ.

Sammenlignende målinger ble tatt med hjørnekubusen 42 utelatt ved samme inngangspumpe-energi på 155 mJ. Energiene i komponentbølgene er slik:

Tllbakerettet SRS (utmatning) - 38 mJ

Uttømt pumpe - 39 mJ

Foroverrettet SRS mellom cellene - 11 mJ

SBS - 39 mJ

Det skal påpekes at hjørnekubusen 42 frembragte det fordelak-tige resultat med økning av den tllbakerettede SRS energi sammen med reduksjonen av SBS energien.

Fig. 7 er en grafisk fremstilling som viser virkemåten for apparatet på Fig. 3 (betegnet som "2-brennpunkter") sammenlignet med en tllbakerettet Råman oppbygning med et enkelt brennpunkt som man får ved å utelate den andre Ramancelle 18 (betegnet som "1-brennpunkt"). En hjørnekubus ble benyttet for både ett brennpunkts og to brennpunkts oppbygningene for å reflektere tilbake den foroverrettede SRS. Det vil av Fig. 7 sees at det tllbakerettede SRS som en funksjon av pumpestrålens energi er betydelig høyere for den viste oppbygning med to brennpunkter enn for oppbygning med det enkle brennpunkt .

EKSEMPEL 3

Et laserapparat med en enkel Ramancelle med tre brennpunkter ble fremstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse. Cellen inneholdt metan ved et trykk på 42,2 kg/cm<2>. En pumpestråle ble fokusert inn i cellen ved f/tallene på F/48, F/37 og F/31. Fig. 8 og 9 viser utgangsenergiene i komponentbølgene som en funksjon av inngangslaser-pumpestrålens energi, uten og med en hjørnekubus. Det fremgår at energien i den tllbakerettede SRS bølge som utgjør apparatets utgang ble økt betydelig i forhold til energien i SBS bølgen ved tilføyelse av hjørnekubusen. I tillegg førte det lavere metantrykk til redusert SBS mens virkningsgraden for Råman omdannelsen var god som resultat av tilførelsen av et tredje brennpunkt.

Claims (10)

1. Stimulert Ramanspredende (SRS) laserapparat, omfattende: (a) en pumpelaser-anordning (12) til frembringelse av en optisk pumpestråle (14), (b) en Ramancelle-anordning (16; 16', 18) plassert for gjennomgående forplantning av pumpestrålen, (c) en første fokuseringsanordning (26) hensiktsmessig anbragt ved siden av Ramancelle-anordningen (16; 16', 18) for fokusering av den optiske pumpestrålen (14) inn i Ramancellen (16; 16', 18) ved et første brennpunkt (34) der en første foroverrettet SRS bølge og en første tllbakerettet SRS bølge frembringes, (d) utgangsanordninger som er plassert mellom pumpelaser-anordningen (12) og Ramancelle-anordningen (16; 16', 18) for å rette den første tllbakerettede SRS bølge (38) ut av apparatet (10; 60), karakterisert ved(e) en andre fokuseringsanordning (28; 28'; 30) hensiktsmessig plassert ved siden av det første brennpunkt (34) for å refokusere utmatningen fra det første brennpunkt (34) mot et andre brennpunkt (36) innenfor Ramancelle-anordningen, der en andre foroverrettet SRS bølge og en andre tllbakerettet SRS bølge frembringes, og der den andre tllbakerettede SRS bølge forplantes tilbake og danner kime for frembringelsen av den første tllbakerettede SRS bølge for derved å øke energien i den første tllbakerettede SRS bølge-utmatning fra Ramancelle-anordningen ( 16 ; 16', 18).

2. Apparat som angitt i krav 1,karakterisertved at det første brennpunktet, den andre fokuseringsanordningen (28) og det andre brennpunkt (36) er plassert innenfor én Ramancelle-anordning(16).

3. Apparat som angitt i krav 1,karakterisertved at det omfatter en andre Ramancelle-anordning (18) plassert for gjennomgående forplantning av utmatningen fra Ramancelle-anordningen der den andre fokuseringsanordningen (28, 30) er plassert for å danne det andre brennpunkt (36) i den andre Ramancelle-anordningen (18).

4. Apparat som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-3, k arakterisert ved at det omfatter en tredje fokuseringsanordning hensiktsmessig plassert ved det andre brennpunkt for å refokusere utmatningen fra det andre brennpunkt til et tredje brennpunkt der en tredje foroverrettet SRS bølge og en tredje tllbakerettet SRS bølge frembringes og der den tredje tllbakerettede SRS bølge forplanter seg tilbake og danner kime for frembringelsen av den andre tllbakerettede SRS bølge.

5. Apparat som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-4,karakterisert vedat utgangsanordningen omfatter en dikroisk stråledeler-anordning (40) som slipper igjennom pumpestrålen (14) og reflekterer den første tllbakerettede SRS bølge derfra.

6. Apparat som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-5,karakterisert vedat det omfatter reflektoranordning (42) for refleksjon av den første foroverrettede SRS bølge og den andre foroverrettede SRS bølge tilbake gjennom Ramancelle-anordningen (16; 16', 18) for å øke den optiske forsterkning i denne.

7. Apparat som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-6, k arakterisert ved at det omfatter en optisk isolatoranordning (48) mot stimulert Brillouin spredning (SBS) anbragt mellom pumpelaser-anordningen (12) og Ramancelle-anordningen (16; 16', 18) for å lede ut av apparatet (10; 60) en SBS bølge (50) frembragt i Ramancelle-anordningen (16; 16', 18) med forplantningsretning fra denne mot pumpelaser-anordningen (12).

8. Apparat som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-7,karakterisert vedat det omfatter en pumpestråle-samleanordning for å rette pumpestrålen (14) ut av apparatet (10; 60)) etter at den har forplantet seg gjennom Ramancelle-anordningen (16; 16', 18).

9. Apparat som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-8, k arakterisert ved at Ramancelle-anordningen (16; 16', 18) omfatter et gassformet Ramanmedium (20;

20', 22) ved et trykk som er valgt for å befordre SRS og undertrykke stimulert Brillouinspredning (SBS).

10. Apparat som angitt i krav 9,karakterisertved at Ramanmediet (20; 20', 22) omfatter et materiale som er valgt fra gruppen bestående av metan og deuterium.