[發明專利]一種基于空心玻璃管且自帶種子光的氣體受激拉曼放大器

在審

• 申請號: 201310691186.5
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN104716560A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 周燦華;郭敬為;周冬建;蔡向龍;劉金波;金玉奇
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01S3/30
• 分類號: H01S3/30;H01S3/094;H01S3/08
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 劉陽

技術領域

本發明涉及受激拉曼放大器，特別是一種基于空心玻璃管且自帶拉曼種子光的氣體受激拉曼放大器。

背景技術

近年來，隨著激光在交通、測量、醫療、國防和工農業等眾多應用領域不斷地發展，開發特殊的激光波長已經越來越引起人們的注意。這些特殊的激光波長可以通過新的激光工作物質產生，也可以通過氣體或光學材料（如晶體等）的非線性光學頻率轉換產生。在非線性光學領域，受激拉曼散射能夠用來對激光發射波長做特定頻率轉換（取決于拉曼介質的拉曼振/轉動模頻率），達到特定的激光波長輸出。因此，受激拉曼散射技術是實現激光波長變換的重要技術手段。

依據拉曼介質的物質形態不同，拉曼介質可分為固體、液體和氣體。固體拉曼介質一般體積小，拉曼介質濃度高，故其拉曼增益和轉化率高。當前已研制出多種固體拉曼介質，應用十分廣泛，但固體拉曼介質損傷閾值低，不易實現高能量激光輸出。液體拉曼介質則由于液體介質的揮發性，毒性或不穩定性等缺陷，應用范圍受到很大限制。相對而言，氣體拉曼介質濃度較低，增益較小，但具有較好的熱管理性、較高的損傷閾值（更可能實現大能量拉曼激光輸出）、高拉曼振動模（大拉曼頻移）和窄拉曼線寬等優點，因此也得到了廣泛深入的研究。常用的氣體拉曼介質有H₂，CH₄，O₂和N₂等。

目前，采用氣體介質實現激光受激拉曼轉換的經典方法主要是：泵浦激光器輸出的泵浦光經過透鏡聚焦，導入充滿氣體拉曼介質的單程拉曼池內發生受激拉曼散射過程，產生斯托克斯拉曼光，然后再通過準直透鏡、棱鏡分光得到拉曼放大光。在此過程中，只有在聚焦透鏡的焦點位置附近的一小段區域內激光功率密度可以達到受激拉曼散射閾值；也就是說，只有在此區域內才可以發生受激拉曼散射實現對泵浦光的頻率轉換。因此泵浦光與拉曼介質的有效相互作用區域很小，難以獲得較高的拉曼轉化效率。

此外，通常說的受激拉曼閾值是指拉曼振蕩池中通過受激拉曼散射來實現從自發拉曼散射產生的噪聲放大到可觀測程度時所需要的最小泵浦光強。經典的單程拉曼池的激光波長轉換，是自發拉曼散射為后續的受激拉曼散射提供了種子光。另外，由于氣體介質的粒子濃度小，這就意味著傳統的氣體增益系數比較小，受激拉曼散射閾值會比較高。為此，人們提出了一種自帶拉曼種子光的拉曼放大器，則自發拉曼散射的作用可以忽略不計，其受激拉曼散射過程實際上就不需要閾值。這樣一來，解決了氣體受激拉曼散射閾值較高的技術難題，泵浦光和拉曼種子光的有效相互作用區域也所有增大，但遠離焦點處的泵浦光功率密度下降很快，很難繼續進行受激拉曼放大過程，即有效相互作用區域仍然有所限制，因此還是難以獲得較高的拉曼轉化效率。

發明內容

本發明為解決上述背景技術中存在的技術問題，提供了一種基于空心玻璃管且自帶拉曼種子光的氣體受激拉曼放大器，能夠明顯增加泵浦光和拉曼種子光的有效相互作用長度，并且提高泵浦光的功率密度，顯著提高拉曼光轉化效率。

本發明的技術解決方案如下：

一種基于空心玻璃管且自帶種子光的氣體受激拉曼放大器，包括一臺泵浦激光器，一套分光系統，第一個拉曼池，第二個拉曼池，一根空心玻璃管和一組分光棱鏡，其特征在于：泵浦激光器輸出的泵浦光通過分光系統分成兩束泵浦光；第一束泵浦光通過第一個拉曼池產生后向斯托克斯光作為拉曼種子光，后向斯托克斯光作為拉曼種子光和第二束泵浦光同時以掠入射方式導入置于第二個拉曼池內的空心玻璃管內進行拉曼光受激放大。

其中，第一束泵浦光通過第一二相色鏡反射和第一聚焦透鏡聚焦導入第一個拉曼池，隨之產生后向斯托克斯拉曼種子光，該拉曼種子光按原光路返回、依次穿過第一聚焦透鏡、第一二相色鏡、第二聚焦透鏡和第二二相色鏡進入第二個拉曼池內置的空心玻璃管內，作為拉曼種子光；第二束泵浦光先后通過第一高反鏡、第三聚焦透鏡和第二高反鏡進行光路延遲，作為受激拉曼放大泵浦光，與后向斯托克斯拉曼種子光同時到達第二二相色鏡，然后經第二二相色鏡反射與后向斯托克斯拉曼種子光在空間上達到重合，后一起以掠入射方式導入置于第二個拉曼池內的空心玻璃管進行受激拉曼放大；最后，空心玻璃管輸出端口的輸出光先后通過準直透鏡和分光棱鏡組，把剩余的泵浦光P和放大拉曼光S1分開，從而得到單一的放大拉曼光。

其中，所述的拉曼種子光和第二束泵浦光分別通過第二聚焦透鏡和第三聚焦透鏡在空間上均聚焦到置于第二個拉曼池內的空心玻璃管的輸入端口。

其中，所述的拉曼種子光和第二束泵浦光分別通過各自光路在時間上同時到達第二二相色鏡上并進行合束。