[發明專利]一種基頻光種子注入的窄線寬內腔拉曼激光器

有效

• 申請號: 201710458772.3
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107248695B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 蘇鑫;盛泉;崔新
• 申請（專利權）人: 蘇州十一方生物科技有限公司
• 主分類號: H01S3/30
• 分類號: H01S3/30;H01S3/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發明公開了一種基頻光種子注入的窄線寬內腔拉曼激光器，包括：激光增益介質吸收泵浦光，形成粒子數反轉產生激光增益，在諧振腔反射鏡、諧振腔折疊鏡和輸出鏡構成的激光諧振腔正反饋作用下形成1064nm基頻激光振蕩；基頻激光種子源發射1064nm的單頻種子光，通過隔離器并經過種子光耦合透鏡聚焦、分束鏡反射后耦合進入激光諧振腔；單頻種子光高效耦合進入激光諧振腔，實現種子注入；1064nm基頻激光經過激光增益介質和拉曼增益介質時產生拉曼增益，當拉曼增益大于諧振腔反射鏡、諧振腔折疊鏡和輸出鏡構成的斯托克斯光諧振腔損耗后，發生受激拉曼散射，在斯托克斯光諧振腔內形成穩定的1176nm斯托克斯光振蕩。

技術領域

本發明涉及激光器領域，尤其涉及一種基頻光種子注入的窄線寬內腔拉曼激光器。

背景技術

受激拉曼散射(SRS)是重要的非線性光學頻率變換技術之一，基于SRS的拉曼激光器具有自動相位匹配(automatic phase matched)特性和光束凈化(beam cleanup)特性，易于獲得高光束質量的穩定輸出，在紫外、可見光、近紅外至中紅外波段光源中均有應用。特別是內腔拉曼激光器，包括：自拉曼激光器，具有結構簡單緊湊、成本經濟等優點，是近年來激光技術領域的研究熱點，應用也較為廣泛。

現有技術中的內腔拉曼激光器在高功率運轉狀態下存在基頻光光譜展寬、影響SRS轉換效率的問題：SRS過程中能量由基頻激光場向斯托克斯光場的耦合相當于對基頻激光的非線性損耗，激光發射峰附近光強較強處SRS較強，因而損耗較大，而光強較弱處耦合較弱，即損耗較小，這樣相當于基頻激光的實際凈增益線型相對于其本身受激發射截面線型發生了展寬，甚至于中心產生凹陷的情況，從而導致原本被增益競爭抑制的縱模開始起振，基頻激光的光譜展寬，其激發的斯托克斯光也相應發生展寬的現象。在Opt.Express 15(11),7038–7046(2007)和Appl.Phys.B94(4),553–557(2009)等文獻中均報道觀察到了明顯的基頻光線寬展寬現象。

當基頻光線寬加寬至可與拉曼增益線寬相比擬時，拉曼激光器實際的有效拉曼增益系數g_eff并不是拉曼增益介質本身的穩態拉曼增益系數g_R，而是g_R和介質的歸一化自發拉曼散射線寬R(ν)、歸一化基頻激光線型F(ν)、歸一化斯托克斯光線型S(ν)共同決定的。對于非線性增益對基頻光產生等效損耗，導致基頻光線寬展寬的情況，基頻光的光譜線型F(ν)及其所激發的斯托克斯光的光譜線型S(ν)均不是理想的洛倫茲線型，此時的有效拉曼增益系數可表示為：

g_eff＝g_R∫[R(ν)*F(ν)]S(ν)dν

從該公式可以看出基頻光線寬的展寬會導致有效拉曼增益系數的g_eff的下降，從而影響拉曼激光器的轉換效率。Opt.Express 22(7),7492–7502(2014)中，為克服這一問題，采用了基頻光諧振腔和斯托克斯光諧振腔部分分離的復合腔結構，在基頻光諧振腔內插入兩塊標準具以壓窄基頻光線寬，從而提高SRS轉換效率的技術方法。

該方法盡管實現了激光器整體效率的提升，但由于腔內插入多個元件，插入損耗無可避免，且插入元件所需要的空間使得諧振腔的設計非常繁復。

發明內容

本發明提供了一種基頻光種子注入的窄線寬內腔拉曼激光器，本發明解決了現有內腔拉曼激光器高功率下基頻光線寬加寬導致有效拉曼增益系數g_eff下降，影響拉曼激光器轉換效率的問題，詳見下文描述：

一種基頻光種子注入的窄線寬內腔拉曼激光器，包括：

激光增益介質吸收泵浦光，形成粒子數反轉產生激光增益，在諧振腔反射鏡、諧振腔折疊鏡和輸出鏡構成的激光諧振腔正反饋作用下形成1064nm基頻激光振蕩；