[發(fā)明專利]一種基于氣體振動拉曼光泵浦產(chǎn)生其轉(zhuǎn)動拉曼光的拉曼激光器

在審

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• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN105742954A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周燦華;郭敬為;蔡向龍;周冬建;金玉奇
• 申請（專利權(quán)）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;H01S3/091
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及拉曼激光器，特別是一種基于氣體振動拉曼光泵浦產(chǎn)生其轉(zhuǎn)動拉曼光的拉曼激光器。

背景技術(shù)

近年來，隨著激光在交通、測量、醫(yī)療、國防和工農(nóng)業(yè)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域不斷地發(fā)展，開發(fā)特殊的激光波長已經(jīng)越來越引起人們的興趣。這些特殊的激光波長可以通過新的激光工作物質(zhì)產(chǎn)生，也可以通過氣體或晶體材料等非線性光學頻率轉(zhuǎn)換產(chǎn)生。在非線性光學領(lǐng)域，受激拉曼散射能夠用來對激光發(fā)射波長做特定頻率轉(zhuǎn)換(取決于拉曼介質(zhì)的拉曼振/轉(zhuǎn)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(shù)是實現(xiàn)激光波長變換的重要技術(shù)手段之一。

依據(jù)拉曼介質(zhì)的物質(zhì)形態(tài)不同，拉曼介質(zhì)通常可分為固體、液體和氣體。固體拉曼介質(zhì)一般體積小，拉曼介質(zhì)濃度高，故其拉曼增益和轉(zhuǎn)化率高。當前已研制出多種固體拉曼介質(zhì)，應(yīng)用十分廣泛，但固體拉曼介質(zhì)損傷閾值低，不易實現(xiàn)高能量激光輸出。液體拉曼介質(zhì)則由于液體介質(zhì)的揮發(fā)性，毒性或不穩(wěn)定性等缺陷，應(yīng)用范圍受到很大限制。相對而言，氣體拉曼介質(zhì)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(xiàn)大能量拉曼激光輸出)、高拉曼振動模和窄拉曼線寬等優(yōu)點，因此也得到了廣泛深入的研究。常用的氣體拉曼介質(zhì)有H₂，CH₄，O₂和N₂等。

目前，人們采用氣體介質(zhì)實現(xiàn)激光受激拉曼轉(zhuǎn)換主要基于氣體分子振動能差(V)產(chǎn)生其振動拉曼光，或者基于氣體分子轉(zhuǎn)動能差(R)產(chǎn)生其轉(zhuǎn)動拉曼光。然而常用的激光波長多數(shù)無法通過某種氣體單一的振動或者轉(zhuǎn)動能差實現(xiàn)受激拉曼變頻得到人們非常感興趣的波長，特別是中紅外波長。這些中紅外波長尤其在醫(yī)療和國防等領(lǐng)域需求較為突出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提出了一種結(jié)構(gòu)比較新穎的受激拉曼方式，即提供了一種基于氣體振動拉曼光泵浦產(chǎn)生其轉(zhuǎn)動拉曼光的拉曼激光器。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種基于氣體振動拉曼光泵浦產(chǎn)生其轉(zhuǎn)動拉曼光的拉曼激光器，主要包括一臺泵浦激光器，一套分光系統(tǒng)，第一個拉曼池，第二個拉曼池，一個二向色鏡、一個λ/4波片和一組分光棱鏡，其特征在于：泵浦激光器輸出的線偏振泵浦光通過分光系統(tǒng)調(diào)諧能量后，輸出第一束線偏振泵浦光；第一束線偏振泵浦光導(dǎo)入第一個拉曼池產(chǎn)生帶有前向一級斯托克斯線偏振振動拉曼光和剩余的線偏振泵浦光的混合光；混合光經(jīng)過二向色鏡分離出剩余的線偏振泵浦光，前向一級斯托克斯線偏振振動拉曼光繼續(xù)向前傳播，再經(jīng)過一個λ/4波片轉(zhuǎn)換為圓偏振振動拉曼光，圓偏振振動拉曼光作為第二束圓偏振泵浦光，第二束圓偏振泵浦光再導(dǎo)入第二個拉曼池產(chǎn)生帶有前向一級斯托克斯圓偏振轉(zhuǎn)動拉曼光和剩余的圓偏振振動拉曼光的混合光；最后該混合光通過分光棱鏡組分光得到單一的圓偏振轉(zhuǎn)動拉曼光。

其中，從分光系統(tǒng)輸出的第一束線偏振泵浦光依次通過第一高反鏡、第二高反鏡和第一聚焦透鏡聚焦導(dǎo)入第一個拉曼池，隨之產(chǎn)生帶有前向一級斯托克斯線偏振振動拉曼光和剩余的線偏振泵浦光的混合光，該混合光依次經(jīng)過第二聚焦透鏡和二向色鏡后，剩余的泵浦光P從垂直光傳播方向分離導(dǎo)入BeamDump消散；而線偏振振動拉曼光繼續(xù)向前傳播經(jīng)過λ/4波片，轉(zhuǎn)換為圓偏振振動拉曼光，作為第二束圓偏振泵浦光，通過第三聚焦透鏡聚焦導(dǎo)入第二個拉曼池，隨之產(chǎn)生帶有前向一級斯托克斯圓偏振轉(zhuǎn)動拉曼光和剩余的圓偏振振動拉曼光的混合光；最后，混合光先后通過第四聚焦透鏡準直和分光棱鏡組，把剩余的第二束泵浦光和圓偏振轉(zhuǎn)動拉曼光分開，從而得到單一的圓偏振轉(zhuǎn)動拉曼光。

其中，所述的分光棱鏡組是由沿光路上依次設(shè)置的二個三棱鏡構(gòu)成。

其中，所述的第一個拉曼池右側(cè)為入射窗口，左側(cè)為出射窗口，兩窗口分別為第一石英窗口片和第二石英窗口片，經(jīng)第一聚焦透鏡后的第一束線偏振泵浦光和隨之產(chǎn)生的前向一級斯托克斯線偏振振動拉曼光均先通過第一個拉曼池入射窗口再通過出射窗口透射出去。

其中，所述的第二個拉曼池右側(cè)為入射窗口，左側(cè)為出射窗口，兩窗口分別為第三石英窗口片和第四石英窗口片，經(jīng)第三聚焦透鏡后的第二束圓偏振泵浦光和隨之產(chǎn)生的前向一級斯托克斯圓偏振轉(zhuǎn)動拉曼光均先通過第二個拉曼池入射窗口再通過出射窗口透射出去。