[發明專利]固體材料拉曼增益系數測量系統及方法

無效

• 申請號: 201010114131.4
• 申請日: 2010-01-29
• 公開（公告）號: CN101799419A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 張行愚;薛嶠;王青圃;徐慧華;范書振;李雷
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/01;G02B27/09
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種拉曼增益系數的測量方法，尤其涉及一種固體材料拉曼增益系數測量系 統及方法。

背景技術

應用拉曼材料的激光變頻技術在科學研究和現代化生產中得到廣泛應用。作為拉曼材料 重要參數之一的拉曼增益系數成為衡量拉曼材料性能的主要標準。測量該值對于拉曼激光材 料的選擇顯得尤為重要。

目前，國外已經有關于固體拉曼材料增益系數的報道。他們主要采用三種方式來實現： 一是采用自發拉曼光譜測量方法(Raman?band?intensities?of?tellurite?glasses，《OPTICS LETTERS》，Vol.30，2005，1156-1158)，二是使用激光單脈沖受激拉曼方法(Efficient?Raman shifting?of?picosecond?pulses?using?BaWO₄?crystal，《Optics?Communications》，Vol.177，2000， 397-404)。三是采用激光雙脈沖受激拉曼的方法(Raman?gain?measurements?in?bulk?glass samples，《J.Opt.Soc.Am.B》，Vol.22，2005，1861-1867)。第一種方法利用待測樣品的自發 拉曼光譜和標準材料的自發拉曼光譜相對比得到待測樣品拉曼增益系數，實驗過程必須依托 標準材料(一般是二氧化硅)的參量常數得到待測樣本的增益系數，而無法在沒有標準樣本 的情況下通過實驗得到拉曼增益系數。第二種方法利用皮秒或納秒脈沖單程通過拉曼材料的 受激拉曼現象得到增益系數，數據處理過程中用了一些假設的參量(如假設自發輻射噪聲參 數)，這些假設沒有考慮到材料的不同對結果的影響，而把不同材料的參量不加區別統一對待。 第三種方法利用兩個光束通過待測樣本時發生受激拉曼現象產生能量轉移得到拉曼增益系 數，實驗過程復雜且調節難度很大(尤其是兩脈沖時間空間高度重疊的條件很難得到滿足)。

發明內容

本發明的目的就是為解決上述問題，提供一種具有不用參照標準樣品(實驗只是利用兩 塊同種材料待測樣本)、不用假設參量和常數(根據測量結果直接代入公式計算)、光路調節 簡單且測量方便(只是單光束準直且直接利用能量計、CCD測量得到實驗結果)等優點的測 量系統及方法。

一種固體材料拉曼增益系數測量系統，它包括激光泵浦源，在激光泵浦源后方依次設置 至少一個光束偏振和強度調節裝置、至少一個光束縮束系統、至少一個部分反射鏡、至少兩 個待測樣本、至少一個光束分離器和更換式測量裝置II，其中部分反射鏡則與更換式測量裝 置I配合。

所述激光泵浦源為皮秒或納秒脈沖激光器。

所述光束偏振和強度調節裝置可以有多種選擇，例如兩個依次布置的偏振片或半波片和 極化器等其他組合。

所述待測樣本為長度不同的兩塊同種材料樣本，兩者的長度差異控制在20％以內。

所述待測樣本是可以應用到拉曼激光器中的固體材料：如鎢酸鹽類、釩酸鹽類、硝酸鹽 類、碘酸鹽類等；待測樣本兩個端面均鍍有泵浦光波段及相應的stokes波段增透膜。

所述光束縮束系統有多種選擇，如兩個凸透鏡或凸透鏡加凹透鏡等其他組合。

所述更換式測量裝置I和更換式測量裝置II均為能量計、CCD。

一種固體材料拉曼增益系數測量系統的測量方法，它的過程為：

步驟1，利用激光泵浦源產生納秒或者皮秒脈沖激光，經過光束偏振和能量調節系統和 光束縮束系統調整后入射到部分反射鏡；

步驟2，部分反射鏡提取部分泵浦光，用能量計I測量輸入脈沖能量，同時用能量計II 測輸出脈沖能量，然后相應的用CCD測量光束橫向尺寸(為了盡量減少儀器位置的變動，可 以用CCD分別在圖中擺放兩能量計的位置進行測量)；

測量實驗數據，在實驗中按照每秒增加一到十微焦的速率緩慢調節泵浦光脈沖能量(可 以直接增大激光器功率也可以調節光束偏振和能量調節系統)，直至開始觀察到第一塊樣本 (長度較短的)發生受激拉曼效應，這時用兩個能量計同時測量入射前的泵浦能量和輸出的 stokes能量；然后用CCD分別測量樣本入射前和出射后的脈沖橫向尺寸；在保持實驗裝置位 置不變的情況下，用第二塊樣本(長度較長的)代替第一塊樣本后，在相同實驗條件下測量 另一組實驗數據，代入公式進行計算；