[發明專利]一種雙氣室結構設計的氣體受激拉曼變頻裝置

在審

• 申請號: 202111474842.7
• 申請日: 2021-12-03
• 公開（公告）號: CN116247504A
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 蔡向龍;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;H01S3/07;H01S3/081;H01S3/22
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 白振宇

本發明屬于激光變頻領域，具體地說是一種雙氣室結構設計的氣體受激拉曼變頻裝置，泵浦激光源、45度反射鏡及聚焦透鏡均設置于拉曼池A的外部，拉曼池A的兩端分別設有拉曼池窗口A及拉曼池窗口C，拉曼池A的內部設有拉曼池B，拉曼池B的一端與拉曼池A的一端連接、并共用拉曼池窗口A，拉曼池B的另一端設有拉曼池窗口B；拉曼池A內長度方向的一端設有位于拉曼池B下方的平面反射鏡，拉曼池A長度方向的另一端設有凹面反射鏡及平面反射鏡，凹面反射鏡與該端的平面反射鏡沿拉曼池A的高度方向上下設置本發明實現了氣體拉曼變頻裝置的小型化。

技術領域

本發明屬于激光變頻領域，具體地說是一種雙氣室結構設計的氣體受激拉曼變頻裝置，應用在激光雷達對大氣成份的探測領域，也可以應用于其它對激光輸出波長有特殊要求的相關領域。

背景技術

紫外差分激光雷達是探測大氣臭氧的有力工具，該雷達需要一個雙波長輸出的激光器，利用其發射出的雙波長在大氣中的后向散射波信號實現差分計算獲得大氣中臭氧的濃度。可以采用266nm波長激光作為泵浦光源，通過受激拉曼轉換獲得臭氧雷達所需要的激光波長。受激拉曼是一種激光變頻方法，特別是氣體介質受激拉曼變頻具有成本低廉，可承受高峰值功率脈沖激光的泵浦，變頻介質無損傷問題的困擾，所以氣體介質受激拉曼變頻技術在某些特定的領域具有重要的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種雙氣室結構設計的氣體受激拉曼變頻裝置，通過Nd:YAG固體激光的四倍頻激光266nm波長的紫外激光泵浦拉曼池中的高壓氣體，實現紫外拉曼激光多波長輸出，采用多波長紫外激光可以實現大氣中一些有害氣體分布的探測與量化分析。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明包括泵浦激光源、波長變換器及氣體充裝系統，其中波長變換器包括45度反射鏡、聚焦透鏡、拉曼池A、拉曼池B、凹面反射鏡及平面反射鏡，所述泵浦激光源、45度反射鏡及聚焦透鏡均設置于拉曼池A的外部，所述拉曼池A的兩端分別設有拉曼池窗口A及拉曼池窗口C，所述拉曼池A的內部設有拉曼池B，所述拉曼池B的一端與拉曼池A的一端連接、并共用所述拉曼池窗口A，所述拉曼池B的另一端設有拉曼池窗口B；所述拉曼池A內長度方向的一端設有位于拉曼池B下方的平面反射鏡，所述拉曼池A長度方向的另一端設有凹面反射鏡及平面反射鏡，所述凹面反射鏡與該端的平面反射鏡沿拉曼池A的高度方向上下設置；所述氣體充裝系統包括至少一個拉曼活性氣體瓶及至少一個惰性氣體瓶，所述拉曼活性氣體瓶及惰性氣體瓶分別通過氣管路與拉曼池A的內部相連通，并在所述拉曼活性氣體瓶與拉曼池A的氣管路上以及所述惰性氣體瓶與拉曼池A的氣管路上分別設有閥門，所述拉曼活性氣體瓶或拉曼活性氣體瓶和惰性氣體瓶向拉曼池A內充入高壓氣體；所述泵浦激光源發出的泵浦激光通過45度反射鏡反射后穿過聚焦透鏡后經拉曼池窗口A射入拉曼池B內，在所述拉曼池B內聚焦，再穿過所述拉曼池窗口B進入到所述拉曼池A內，經所述凹面反射鏡反射，再通過所述拉曼池A兩端的平面反射鏡交替反射，最終經過所述拉曼池窗口C后輸出到拉曼池A的外部，所述拉曼池A及拉曼池B內的泵浦激光在反射過程中實現激光波長的變換。

其中：所述泵浦激光源為泵浦激光器，所述泵浦激光器發出激光光束，以所述泵浦激光器發出的激光光束的中心軸為軸線，通過所述45度反射鏡反射后穿過聚焦透鏡后經過所述拉曼池窗口A進入拉曼池B內；或者，所述泵浦激光源采用紫外、可見、紅外波段的所有激光器的任意一種。

所述泵浦激光器采用1064nm波長固體Nd:YAG激光四倍頻激光266nm激光為泵浦激光。

所述泵浦激光源為光纖激光，所述光纖激光與45度反射鏡之間的光路上設有透鏡，所述光纖激光發射的發散光經所述透鏡整形為平行的激光光束或近平行的激光光束，整形后的激光通過所述45度反射鏡的反射后穿過聚焦透鏡后經拉曼池窗口A射入拉曼池B內。

所述45度反射鏡有兩個，分別為45度反射鏡A及45度反射鏡B，所述45度反射鏡B位于45度反射鏡A的下方、且與45度反射鏡A垂直設置。