[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

本發明提供一種窄脈寬高峰值功率高平均功率中紅外波段拉曼激光輸出方案，利用受激拉曼散射的脈寬壓窄特性，首先泵浦拉曼活性氣體產生窄脈寬的中紅外拉曼種子光，并利用多級放大系統，放大種子光，得到高峰值功率、高平均功率、窄脈寬的中紅外拉曼激光輸出。可有效地分散拉曼活性介質發生非線性效應過程中的產熱區域，改善熱管理，并具有優異的定標放大性和波長延展性。

技術領域

本發明涉及非線性激光變頻技術領域，具體而言，尤其涉及一種窄脈寬高峰值功率高平均功率的中紅外拉曼激光器。

背景技術

2-5μm的中紅外波段激光在醫療學科、大氣探測、光電對抗以及有機物檢測等領域有著重要的應用價值。通過受激拉曼散射的手段，可以實現激光頻率下轉換產生中紅外波段的拉曼激光。同時，以高損傷閾值、大拉曼頻移的氣體作為拉曼活性介質，并選擇合適的泵浦激光波長，可以實現高功率的中紅外拉曼激光輸出，該技術已經被證明是一種產生中紅外激光的有效手段。

高功率、高效率、窄脈寬的激光器一直是科研人員研究的熱點。通過光纖光柵對脈寬縮、孤子受激拉曼散射、交叉相位調制脈寬壓縮、和干涉儀脈寬壓縮等技術均可獲得窄脈寬的激光，而對于拉曼激光脈寬壓縮的研究報道則比較少，本發明利用受激散射光脈沖持續時間小于入射激光脈沖持續時間的脈寬壓縮特性，來獲得窄脈寬的激光輸出。

發明內容

基于受激拉曼散射的脈寬壓窄特性，本發明以剛超過受激拉曼散射閾值能量的泵浦激光進行泵浦拉曼活性介質氣體，發生受激拉曼散射，產生中紅外波段的拉曼激光，利用更少的有效泵浦激光脈沖時間而引起拉曼光的脈寬變窄；同時通過在拉曼池中摻入惰性氣體并降低拉曼活性氣體的分壓，導致拉曼線寬的增加及拉曼介質粒子數的減少從而使增益系數變小，提高其拉曼轉化的閾值功率密度，也可獲得窄脈寬的中紅外波段拉曼種子光；之后通過種子光放大手段，獲得窄脈寬、高功率的中紅外拉曼激光輸出。

本發明采用的技術手段如下：

一種中紅外拉曼激光器，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；調Q脈沖固體激光器一用以輸出所需波長的泵浦激光；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；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；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；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；二向色鏡二用以反射一級放大拉曼光至二級放大單元；

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；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；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，實現泵浦激光與拉曼光在時間上的同步傳輸。

進一步的，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。

進一步的，拉曼池選用氣密性好的單程池、三程池、五程池或2N+1程池，可填不同拉曼活性氣體，氣體壓力可在0.1MPa-10MPa之間進行調節；放大單元的拉曼池的長度要大于泵浦激光脈寬×光速/拉曼池程數。

進一步的，二向色鏡用于分離泵浦激光和中紅外拉曼光，其中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；多級放大系統中的二向色鏡二、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。