[發(fā)明專利]一種窄線寬紫外拉曼激光器

有效

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• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113381279B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白振旭;蔡云鵬;丁潔;齊瑤瑤;王雨雷;呂志偉
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/108;H01S3/109;H01S3/30
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李林娟

本發(fā)明公開了一種窄線寬紫外拉曼激光器，包括：激光發(fā)射部，用于發(fā)射具有可調(diào)諧的第一預(yù)設(shè)功率以及第一預(yù)設(shè)波長的第一光信號，且所述第一光信號透過所述輸入鏡進(jìn)入所述金剛石晶體；所述金剛石晶體，用于利用SRS效應(yīng)，使所述第一光信號轉(zhuǎn)換為Stokes光信號并經(jīng)所述第一反射鏡進(jìn)入所述第一倍頻晶體；所述第一倍頻晶體，用于利用二階非線性效應(yīng)，使所述Stokes光信號轉(zhuǎn)換為倍頻光信號，并經(jīng)過所述輸出鏡輸出；所述鎖腔倍頻部，用于對所述倍頻光信號進(jìn)行二次倍頻從而產(chǎn)生并輸出穩(wěn)定的窄線寬紫外激光。所述Stokes光在由輸入鏡、第二反射鏡和輸出鏡組成的拉曼振蕩器中振蕩，透過第二反射鏡剩余的泵浦光經(jīng)過第三反射鏡后，重新進(jìn)入并聚焦在金剛石晶體中以提高泵浦光的利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及拉曼激光器領(lǐng)域，尤其涉及一種窄線寬紫外拉曼激光器。

背景技術(shù)

紫外波段的激光擁有波長短、更好的聚焦效果、高單光子能量等特點(diǎn)，因此紫外激光器在工業(yè)加工、科學(xué)研究、軍事及醫(yī)療等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。具有窄線寬的激光器在激光雷達(dá)、計(jì)量學(xué)和量子物理等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。目前獲得窄線寬紫外波段的方法為先利用倍頻效應(yīng)，然后再利用和頻效應(yīng)，最后獲得紫外激光。但是這種獲得紫外激光的方式需要進(jìn)行兩次頻率變換，最終會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率過低，且光束質(zhì)量降低的情況。隨著非線性技術(shù)的發(fā)展，拉曼介質(zhì)的分子振動引起的受激拉曼散射(SRS)效應(yīng)成為實(shí)現(xiàn)大的激光頻率變換的重要手段。基于SRS的拉曼激光器具有諸多優(yōu)勢：通過拉曼頻移可以實(shí)現(xiàn)稀土離子發(fā)射截面空缺波長的激光輸出，目前人們利用拉曼轉(zhuǎn)換已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從深紫外到中波紅外的輸出；拉曼頻移只和介質(zhì)晶格振動相關(guān)，與泵浦光的頻率無關(guān)，因此調(diào)諧泵浦光頻率可以得到相同頻率調(diào)諧范圍的拉曼光；拉曼增益正比于泵浦光強(qiáng)，沒有飽和效應(yīng)及空間燒孔效應(yīng)，拉曼激光輸出功率直接取決于泵浦光功率，可實(shí)現(xiàn)接近量子效率極限的能量轉(zhuǎn)化和窄線寬的輸出。

目前研究人員已經(jīng)通過直腔和環(huán)形腔實(shí)現(xiàn)了拉曼激光輸出，然而在高功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，諧振腔內(nèi)拉曼介質(zhì)吸收殘余泵浦光而產(chǎn)生熱效應(yīng)，對于諧振腔的穩(wěn)定性有很大的干擾。同時(shí)，Stokes的返回光無法與泵浦光分離，導(dǎo)致其直接返回泵浦光源位置，容易對其造成損傷并對穩(wěn)定性造成影響，因此很大程度上限制了拉曼激光器功率的提升及應(yīng)用。此外，目前針對空間環(huán)境探測，對窄線寬波長范圍可調(diào)的紫外拉曼激光器具有重要的需求，但基于傳統(tǒng)的固體激光器的非線性頻率變換很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)窄線寬和紫外波長可調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種窄線寬紫外拉曼激光器，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了窄線寬和紫外波長的可調(diào)，詳見下文描述：

本發(fā)明提供了一種窄線寬紫外拉曼激光器，所述激光器包括：泵浦源、光隔離器、二分之一波片、聚焦透鏡、輸入鏡、金剛石晶體、第一反射鏡、第一倍頻晶體、輸出鏡、第二反射鏡、整形透鏡、鎖腔倍頻器和二向色鏡，所述輸入鏡、所述第一反射鏡與所述輸出鏡構(gòu)成V型腔結(jié)構(gòu)；所述金剛石晶體位于輸入鏡與第一反射鏡之間，第一倍頻晶體位于第一反射鏡與輸出鏡之間；

所述鎖腔倍頻器由鎖腔輸入鏡、第一鎖腔反射鏡、第二鎖腔反射鏡、第二倍頻晶體和鎖腔輸出鏡組成；

泵浦源發(fā)射具有可調(diào)諧的第一預(yù)設(shè)功率以及第一預(yù)設(shè)波長的第一光信號，即頻率為ω_P的泵浦光，泵浦光經(jīng)二分之一波片、光隔離器、聚焦透鏡和輸入鏡后，聚焦在金剛石晶體的中心，泵浦光將金剛石晶體的基態(tài)原子激發(fā)到虛擬拉曼上能級，產(chǎn)生一頻率為ω_S的拉曼光子以及一頻率為ω_R的光學(xué)聲子，且滿足ω_P＝ω_S+ω_R；

所述金剛石晶體，用于利用SRS效應(yīng)，使所述第一光信號轉(zhuǎn)換為Stokes光信號；Stokes光信號在由輸入鏡、第一反射鏡和輸出鏡組成的拉曼振蕩器中振蕩，透過第一反射鏡剩余的泵浦光經(jīng)過第二反射鏡反射后，重新進(jìn)入并聚焦在金剛石晶體中以提高泵浦光的利用率；