[發(fā)明專利]一種縮束多光程拉曼激光器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410583137.4
• 申請日: 2014-10-27
• 公開（公告）號: CN105633791B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭敬為;蔡向龍;劉金波;周燦華;金玉奇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: H01S3/30
• 分類號: H01S3/30;H01S3/081
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發(fā)明提供了一種縮束多光程拉曼激光器，包括泵浦激光器、棱鏡、刮刀鏡、腔鏡一、拉曼池、腔鏡二；腔鏡二、拉曼池、刮刀鏡和腔鏡一同軸放置構(gòu)成負(fù)支共焦非穩(wěn)定腔；拉曼池和腔鏡一間設(shè)有刮刀鏡，刮刀鏡的鏡面與負(fù)支共焦非穩(wěn)定腔光軸呈45°放置；負(fù)支共焦非穩(wěn)定腔外部，刮刀鏡的一側(cè)向外依次放置有棱鏡和泵浦激光器；棱鏡和泵浦激光器的光軸與非穩(wěn)腔的光軸垂直。本發(fā)明的優(yōu)點為：負(fù)支共焦非穩(wěn)腔中泵浦激光有實聚焦點，這樣能有效地降低拉曼閾值；負(fù)支共焦非穩(wěn)腔對激光具有縮束效果，泵浦激光和拉曼激光在腔內(nèi)振蕩的過程中不斷的被縮束同時光功率密度被提高，提高拉曼的增益放大效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種縮束多光程拉曼激光器。本發(fā)明提供的一種新型的外腔拉曼激光器，主要是利用泵浦光注入到受激拉曼諧振腔以實現(xiàn)對泵浦激光的高效轉(zhuǎn)換。與其他方法的不同的是該設(shè)計腔外泵浦激光環(huán)狀光斑注入，腔內(nèi)多次縮束和聚焦以實現(xiàn)降低受激拉曼低閾值和實現(xiàn)低泵浦功率條件下實現(xiàn)更高的拉曼轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)背景

激光是一種特殊光源，具有很好的單色性，但是目前的激光器并不能產(chǎn)生所有的波長，為了一些特殊的波長要求，就需要對目前現(xiàn)有的激光波長加以轉(zhuǎn)換，來產(chǎn)生需要的波長。激光波長轉(zhuǎn)換的方法有倍頻、受激拉曼、光學(xué)參量振蕩等。其中倍頻是向短波長轉(zhuǎn)化，受激拉曼和光學(xué)參量是向長波長轉(zhuǎn)化。光學(xué)參量振蕩在轉(zhuǎn)化率和光束質(zhì)量等方面都要明顯比受激拉曼差很多。目前對單光程，多光程和腔內(nèi)拉曼激光器做了相應(yīng)的研究。1.單光程設(shè)計由于對泵浦光的損耗較小，所以采用長聚焦時拉曼的效率轉(zhuǎn)換可以達(dá)到80％左右，但是其缺點就是拉曼閾值比較高，不適合應(yīng)用于低功率的泵浦激光。2.腔內(nèi)拉曼雖然可以非常有效地降低閾值，提高受激拉曼的轉(zhuǎn)化率，但需要對激光器的光學(xué)諧振腔有非常大的修改。所以并不是所有激光器都適合腔內(nèi)拉曼：例如光纖激光器和納秒級別以下脈沖激光器等。3.Herriot多光程受激拉曼可以有效的降低對泵浦激光的閾值0.178MW(在1064nm泵浦，3.9MPa的H₂作為拉曼介質(zhì))，而且可以達(dá)到可觀的轉(zhuǎn)換效率，但是Herriot多光程的設(shè)計復(fù)雜、調(diào)節(jié)困難、對實驗裝置的機(jī)械振動很敏感(與激光的光程次數(shù)呈正相關(guān)的關(guān)系)等等缺點。

發(fā)明內(nèi)容：

針對以上技術(shù)難題，本發(fā)明提供了一種縮束多光程拉曼激光器，采用泵浦激光腔外注入式用來減小泵浦光的損耗。利用負(fù)支共焦非穩(wěn)定腔的多次振蕩和聚焦延長了受激拉曼的有效作用長度用來達(dá)到降低閾值提高轉(zhuǎn)換效率的目的。在負(fù)支共焦非穩(wěn)定腔中，光束不斷的被壓縮，其拉曼轉(zhuǎn)換效率會大幅提升。

光束壓縮能促進(jìn)受激拉曼增益的原理，可以參考穩(wěn)態(tài)受激拉曼散射過程，受激拉曼光小信號放大滿足：

I_s(z)＝I_s(0)exp(gI_pz)

其中：I_s(z)為放大后的拉曼激光強(qiáng)，I_s(0)為拉曼種子激光強(qiáng)，g為穩(wěn)態(tài)增益系數(shù)，I_p為泵浦光強(qiáng)，z浦光作用長度。

光束的壓縮的相當(dāng)于I_p增大和有效作用長度z增長。因此利用負(fù)支共焦非穩(wěn)定腔的光束壓縮特性在受激拉曼波長轉(zhuǎn)換中是有效的方法。

為了實現(xiàn)泵浦光腔外注入式腔內(nèi)受激拉曼，本發(fā)明使用現(xiàn)有的激光作為泵浦光源，經(jīng)過棱鏡后將泵浦光的圓形實心光斑變換為環(huán)狀空心光斑。在負(fù)支共焦非穩(wěn)腔中安放刮刀鏡，其用途是將激光導(dǎo)入到負(fù)支共焦非穩(wěn)定腔中。在負(fù)支共焦非穩(wěn)定腔內(nèi)，對環(huán)狀光斑來回振蕩，振蕩的過程中光斑的半徑不斷的被縮小和多次聚焦，該種設(shè)計有利于增加拉曼轉(zhuǎn)換的有效長度，能實現(xiàn)提高受激拉曼轉(zhuǎn)換效率的目的。本發(fā)明中腔鏡一和腔鏡二組成的負(fù)支共焦非穩(wěn)腔中只有被轉(zhuǎn)換的拉曼激光才會被鏡一耦合輸出，該種設(shè)計的可以實現(xiàn)對泵浦激光的最大化利用。

本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案如下：