[發明專利]一種窄脈寬高峰值功率高平均功率的中紅外拉曼激光器

在審

• 申請號: 202011005269.0
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN114256729A
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 沈陳誠;郭敬為;劉金波
• 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;H01S3/108;H01S3/102;H01S3/094
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 周媛媛;李馨

1.一種中紅外拉曼激光器，其特征在于，包括：

中紅外拉曼種子光產生系統，其包括調Q脈沖固體激光器一、拉曼池一和二向色鏡一；所述調Q脈沖固體激光器一用以輸出所需波長的泵浦激光；所述拉曼池一用以接收調Q脈沖固體激光器一輸出的泵浦激光，并轉換為中紅外拉曼種子光；所述二向色鏡一用以將中紅外拉曼種子光透射至多級放大系統；

多級放大系統，其包括一級放大單元和二級放大單元；所述一級放大單元包括調Q脈沖固體激光器二、二向色鏡二和拉曼池二；所述拉曼池二用以接收中紅外拉曼種子光和調Q脈沖固體激光器二輸出的與中紅外拉曼種子光傳播路線相反的泵浦激光，并輸出一級放大拉曼光；所述二向色鏡二用以反射一級放大拉曼光至二級放大單元；

所述二級放大單元包括調Q脈沖固體激光器三、二向色鏡四、拉曼池三和二向色鏡三；所述拉曼池三用以接收一級放大拉曼光和調Q脈沖固體激光器三輸出的與一級放大拉曼光傳播路線相反的泵浦激光，并經二向色鏡四輸出中紅外拉曼光；所述二向色鏡三用以將一級放大拉曼光反射至拉曼池三；

時間同步系統，其包括時間延遲器，用以調控調Q脈沖固體激光器一、調Q脈沖固體激光器二和調Q脈沖固體激光器三輸出泵浦激光的時間。

2.根據權利要求1所述的激光器，其特征在于，所述多級放大系統包含多級放大單元；每級放大單元均包括調Q脈沖固體激光器、拉曼池，并由二向色鏡將放大后的拉曼光分離輸出。

3.根據權利要求1所述的激光器，其特征在于，所述拉曼池一、拉曼池二和拉曼池三選用單程池、三程池、五程池或2N+1程池；所述拉曼池二和拉曼池三的長度大于泵浦激光脈寬×光速/拉曼池程數。

4.根據權利要求1所述的激光器，其特征在于，所述二向色鏡一鍍有中紅外拉曼光波長透過率高于99％的增透膜和泵浦激光波長反射率高于99％的高反膜；所述二向色鏡二、二向色鏡三和二向色鏡四鍍有泵浦激光波長透過率高于99％的增透膜和中紅外拉曼光波長反射率高于99％的高反膜。

5.根據權利要求1所述的激光器，其特征在于，所述調Q脈沖固體激光器一輸出的泵浦激光經過拉曼池一的入口后，經凹面反射鏡一匯聚后焦點聚于拉曼池一的中心，再通過凹面反射鏡二后成平行光束從拉曼池一的出口射出；中紅外拉曼種子光經拉曼池二的入口后，經直角棱鏡一和直角棱鏡二的反射后從拉曼池二出口射出；一級放大拉曼光經拉曼池三的入口后，經直角棱鏡三和直角棱鏡四的反射后從拉曼池三的出口射出；拉曼池中的凹面反射鏡與直角棱鏡均延激光傳播光軸方向放置。

6.一種產生高功率窄脈寬中紅外拉曼激光的方法，其特征在于，使用權利要求1所述激光器，在拉曼池一中充入由拉曼活性氣體和惰性氣體組成的混合氣體；調節調Q脈沖固體激光器一的輸出功率和拉曼池中拉曼活性氣體和惰性氣體的分壓，使得輸出功率剛超過拉曼活性氣體受激拉曼散射閾值；在拉曼池二和拉曼池三中充入同種拉曼活性氣體，氣體壓力在1MPa-10MPa之間。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述拉曼池一中拉曼活性氣體壓力小于1MPa；所述拉曼活性氣體分壓為10％-50％；所述惰性氣體包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣；所述拉曼活性氣體包括甲烷、氘氣和氫氣。

8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述調Q脈沖固體激光器一、調Q脈沖固體激光器二和調Q脈沖固體激光器三輸出的泵浦激光為波長和重復頻率相一致的近紅外波長激光。