專利名稱：一種受激拉曼和頻激光波長轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種激光波長轉換裝置，具體的涉及一種受激拉曼和頻激光波長轉換直O背景技術
通常固體激光器的輸出激光波長來自于激光材料的能級躍遷，可實際應用的固體 激光材料不是很多，每種固體激光材料也只有少數可用的激光躍遷譜線，因此能夠實用的 單譜線波長不能滿足不斷增長的需求。
隨著非線性光學頻率轉換技術及相應的非線性光學晶體的研究發展，通過非線性 光學頻率轉換技術可以把來自于激光晶體能級躍遷的波長轉換為新的激光波長，這些技術 分別稱為非線性光學倍頻、和頻、差頻和光學參量變換等技術。在非線性光學和頻技術中， 最常用的是參與和頻的兩個不同波長的激光都是來自于激光材料的能級躍遷，如美國專 利技術No. 5. 345. 457的兩個子諧振腔通過兩個激光晶體的能級躍遷分別產生1064nm和 1318nm兩個不同波長的基頻光，這兩個基頻光束再通過諧振腔公共重合部分的和頻晶體產 生了 589nm的波長輸出。類似的國內技術有申請號為200410010917. 6的授權發明專利，該 專利技術提出了一種腔內和頻的折疊腔結構。通過和頻技術獲得新波長的專利技術還有美 國專利No. :US20040125834A1，該專利技術中參與和頻的兩個不同波長的基頻光中一個由 固體激光材料的準三能級躍遷獲得，另一個由固體激光材料的四能級躍遷獲得。
激光頻率轉換的另一種方法是受激拉曼散射技術，該技術是通過拉曼散射介質的 受激拉曼散射引起的頻移，把入射并通過拉曼散射介質的基頻光轉換為新波長的激光。這 種新波長的激光又可繼續通過非線性光學的倍頻技術再轉換為另一個波長的激光。中國專 利申請了這種拉曼激光的倍頻技術，申請號分別為200810138022. 9和200720(^9555. 4等。發明內容
本發明的目的是結合以上背景技術，提出了一種受激拉曼和頻激光波長轉換裝 置，進一步拓寬可用的單譜線激光波長數量。
為了解決上述技術問題，實現上述目的，本發明通過如下技術方案實現
—種受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，包括一產生第一波長為λ工的受激拉曼頻 移激光的拉曼諧振腔、一產生第二波長為λ 2的激光能級躍遷激光的激光諧振腔，在所述第 一波長為λ工的受激拉曼頻移激光光束和所述第二波長為λ2的激光能級躍遷激光光束的 公共重疊部分設置有產生第三波長為λ3的和頻激光的非線性和頻晶體。
當所述第一波長為λ工的受激拉曼頻移激光和第二波長為λ 2的激光能級躍遷激 光同時通過所述非線性和頻晶體5時，產生第三波長為λ 3的和頻激光。
進一步的，所述拉曼諧振腔包括在一光路上依次安置的第一諧振腔鏡、第一激光 增益介質、受激拉曼散射介質和第一輸出耦合鏡；所述激光諧振腔包括在另一光路上依次 安置的第二諧振腔鏡、第二激光增益介質、第一平面合束鏡和第二輸出耦合鏡。
進一步的，所述第一平面合束鏡、非線性和頻晶體、第一輸出耦合鏡和第二輸出耦 合鏡依次排列安置。
本發明的受激拉曼和頻激光波長轉換裝置的工作原理如下
當所述拉曼諧振腔內的第一激光增益介質被外部光源發出的泵浦光泵浦時，產生 了躍遷波長為λ ^的激光，并在所述第一諧振腔鏡和第一輸出耦合鏡之間的拉曼諧振腔內 傳播振蕩。所述波長為λ ^的激光光束通過所述受激拉曼散射介質時，由于受激拉曼散射 效應使波長λ ^的激光頻移產生了第一波長為X1的受激拉曼頻移激光光束，并也在所述第 一諧振腔鏡和第一輸出耦合鏡之間的拉曼諧振腔內傳播振蕩。
當所述激光諧振腔內的第二增益介質被外部光源產生的泵浦光泵浦時，產生了第 二波長為λ 2的激光能級躍遷激光光束，并通過所述第一平面合束鏡在所述第二諧振腔鏡 和第二輸出耦合鏡之間的激光諧振腔內傳播振蕩。
由于所述第一平面合束鏡對所述第一波長為λ工的受激拉曼頻移激光光束和波長 為λ 2的激光能級躍遷激光光束具有合光束作用，使這兩個光束能夠共線或非共線但有重 疊的通過所述非線性和頻晶體。當第一波長為λ工的受激拉曼頻移激光和第二波長為λ2 的激光能級躍遷激光同時入射并通過所述非線性和頻晶體時，由于非線性光學和頻相互作 用，產生了不同于第一波長為A1和第二波長為λ2的新的第三波長為入3的和頻激光，并 通過所述第一輸出耦合鏡和第二輸出耦合鏡輸出。
其中，所述λ ρ λ 2和λ 3應滿足和頻關系1/ λ 3 = 1/ λ 2+1/ λ lt)所述非線性和頻晶 體需要按所述入工和λ 2的非線性和頻相互作用產生波長為λ3的位相匹配方向切割，使所 述入2、入3和λ工在所述非線性和頻晶體中傳播時滿足位相匹配關系S3A3=S1A1+ 2/λ2， 其中，S1、Sjnfi3都是矢量，并分別是所述波長為X1的受激拉曼頻移激光、波長為入2的 激光能級躍遷激光和波長為λ3的和頻激光在所述非線性和頻晶體中傳播時的折射率。
通過上述技術的應用，本發明的受激拉曼和頻激光波長轉換裝置可以有效拓寬可 用的單譜線激光波長數量。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。 本發明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。
下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
圖1是本發明的受激拉曼和頻激光波長轉換裝置一實施例的結構示意圖。
圖2是圖1中揭露的實施例的進一步改進的結構示意圖。
圖3是本發明的受激拉曼和頻激光波長轉換裝置另一實施例的結構示意圖
圖中標號說明1、第一諧振腔鏡，2、第一激光增益介質，3、受激拉曼散射介質，4、 第一平面合束鏡，5、非線性和頻晶體，6、第一輸出耦合鏡，7、第二諧振腔鏡，8、第二激光增 益介質，9、第二輸出耦合鏡，10、自受激拉曼散射介質，11、第一平面反射鏡，12、第二平面反 射鏡。
具體實施方式
實施例1
參見圖1所示，一種受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，包括一產生第一波長為λ工 的受激拉曼頻移激光的拉曼諧振腔、一產生第二波長為λ 2的激光能級躍遷激光的激光諧 振腔，在所述第一波長為λ工的受激拉曼頻移激光光束和所述第二波長為λ 2的激光能級躍 遷激光光束的公共重疊部分設置有產生第三波長為λ 3的和頻激光的非線性和頻晶體5。
進一步的，所述拉曼諧振腔包括在一光路上依次安置的第一諧振腔鏡1、第一激光 增益介質2、受激拉曼散射介質3和第一輸出耦合鏡6 ；所述激光諧振腔包括在另一光路上 依次安置的第二諧振腔鏡7、第二激光增益介質8、第一平面合束鏡4和第二輸出耦合鏡9。
進一步的，所述第一平面合束鏡4、非線性和頻晶體5、第一輸出耦合鏡6和第二輸 出耦合鏡9依次排列安置。
優選的，本實施列中，所述第一激光增益介質2和受激拉曼散射介質3由一自受激 拉曼散射介質10取代，如圖2所示。
進一步的，第一諧振腔鏡1的靠近自受激拉曼散射介質10的表面可以是平面或凹面， 制備對波長為1063nm和1173nm的光束反射率大于99. 5%的反射膜，對波長為808nm的光束透 過率大于90%的多層介質膜，另一面制備對波長為808nm的光束透過率大于99%的增透膜。
進一步的，自受激拉曼散射介質10采用波長為1063nm躍遷譜線的摻有稀土元素 的激光晶體，如NchGdVO4激光晶體，兩個通光面制備有對1063nm和1173nm的雙波長光束 透過率大于99 %的增透膜，其中，靠近第一諧振腔鏡1表面的增透膜同時要對808nm的波長 光束增透，透過率大于90%。
進一步的，第二諧振腔鏡7的靠近第二激光增益介質8的表面制備有對波長為 1123nm的光束反射率大于99. 5%、對波長為808nm和1064nm的光束透過率分別大于90% 和80%的多層介質膜，另一面制備對波長為808nm的光束透過率大于99%的增透膜。
進一步的，第二激光增益介質8采用波長為1123nm躍遷譜線的Nd:YAG激光晶體， 介質的兩個通光面制備對1123nm波長的光束增透膜，透過率大于99%，其中靠近第二諧振 腔鏡7表面的增透膜同時要對波長為808nm的光束增透，透過率大于90%。
進一步的，第一平面合束鏡4的一個面制備對波長為1063nm和1173nm的光束增 透膜，透過率大于99% ；另一個面制備對波長為1063nm和1173nm的光束透過率大于98% 和對波長為1123nm的光束反射率大于99%的多層介質膜。
進一步的，非線性和頻晶體5采用LBO、BiBO, KTP或KTA等非線性和頻晶體，按 1173nm波長與1123nm波長和頻產生574nm波長的位相匹配方向切割，晶體的兩個通光面都 制備對波長為1063nm、1123nm，1173nm和574nm等四個波長的光束增透膜。
進一步的，第一輸出耦合鏡6的靠近非線性和頻晶體5表面的膜系制備要求對 1063nm和1173nm波長的光束反射率大于99. 5%，對1123nm波長的光束透過率大于99. 5% 和對574nm波長的光束透過率大于95%，另一面的膜系制備要求對1123nm波長的光束透過 率大于99. 5%和對574nm波長的光束透過率大于98%。
進一步的，第二輸出耦合鏡9的靠近第一輸出耦合鏡6的表面的膜系制備要求對 1123nm波長的光束反射率大于99. 5%，對574nm波長的光束透過率大于95%，另一面的膜 系制備要求對574nm波長的光束透過率大于98%。5
當拉曼諧振腔內的NchGdVO4激光晶體被外部光源發出的泵浦光泵浦時，產生了波 長為1063nm的激光躍遷，并在第一諧振腔鏡1和第一輸出耦合鏡6之間傳播振蕩。波長為 1063nm的激光束通過NchGdVO4激光晶體時，由于受激拉曼散射效應使1063nm波長的激光 束轉換為波長為1173nm的激光，也在第一諧振腔鏡1和第一輸出耦合鏡6之間傳播振蕩； 激光諧振腔內的Nd:YAG被外部的光源泵浦時，產生了 1123nm波長的激光躍遷，并通過腔內 第一平面合束鏡4在第二諧振腔鏡7和第二輸出耦合鏡9之間傳播振蕩；由于第一平面合 束鏡4對波長1173nm和波長1123nm的兩個光束的合光束作用，通過調節可使這兩個光束 能夠共線或非共線但有部分重疊的通過非線性和頻晶體5。當這兩個光束同時通過非線性 和頻晶體5時，由于非線性光學和頻相互作用，產生了波長為574nm的新波長激光，并由第 一輸出耦合鏡6和第二輸出耦合鏡9輸出。
實施列2
參見圖3所示，一種受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，包括一產生第一波長為入工 的受激拉曼頻移激光的拉曼諧振腔、一產生第二波長為λ 2的激光能級躍遷激光的激光諧 振腔，在所述第一波長為λ工的受激拉曼頻移激光光束和所述第二波長為λ 2的激光能級躍 遷激光光束的公共重疊部分設置有產生第三波長為λ 3的和頻激光的非線性和頻晶體5。
所述拉曼諧振腔包括在一光路上依次安置的第一諧振腔鏡1、第一激光增益介質 2、受激拉曼散射介質3和第一輸出耦合鏡6，所述拉曼諧振腔后設置有第一平面反射鏡11 ； 所述激光諧振腔包括在另一光路上依次安置的第二諧振腔鏡7、第二激光增益介質8和第 二輸出耦合鏡9 ；所述激光諧振腔后設置有第二平面反射鏡12。
進一步的，所述第一平面反射鏡11處于所述第二平面反射鏡12的反射光路上，所 述非線性和頻晶體5設置在所述第一平面反射鏡11后面。
本實施例的技術方案基本同實施例1，所不同之處在于
第一平面合束鏡4改為第一平面反射鏡11，并與非線性和頻晶體5都移到了諧振 腔外，并增加了第二平面反射鏡12。
當拉曼諧振腔內的第一激光增益介質2被外部光源發出的泵浦光泵浦時，產生了 躍遷波長為λ ^的激光，并在第一諧振腔鏡1和第一輸出耦合鏡6之間的拉曼諧振腔內傳 播振蕩。波長為λ ^的激光光束通過受激拉曼散射介質3時，由于受激拉曼散射效應使波 長為λ ^的激光頻移產生了第一波長為X1的受激拉曼頻移激光，并通過第一輸出耦合鏡6 輸出到腔外，然后通過第一平面反射鏡11透射后入射到非線性和頻晶體5內。
當激光諧振腔內的第二激光增益介質8被外部光源產生的泵浦光泵浦時，產生了 第二波長為λ 2的激光能級躍遷激光，在第二諧振腔鏡7和第二輸出耦合鏡9之間的激光諧 振腔內傳播振蕩，通過第二輸出耦合鏡9部分的輸出到腔外，并由第二平面反射鏡12和第 一平面反射鏡U反射后，入射到非線性和頻晶體5內。當第一波長為λ工的受激拉曼頻移 激光和第二波長為λ 2的激光能級躍遷激光同時入射并通過非線性和頻晶體5時，由于非 線性和頻相互作用，產生了不同于第一波長為X1和第二波長為λ2的新的第三波長為λ3 的和頻激光。
上述實施例只是為了說明本發明的技術構思及特點，其目的是在于讓本領域內的 普通技術人員能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡 是根據本發明內容的實質所作出的等效的變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，包括一產生第一波長為λ工的受激拉曼頻移 激光的拉曼諧振腔、一產生第二波長為λ2的激光能級躍遷激光的激光諧振腔，其特征在 于在所述第一波長為λ i的受激拉曼頻移激光光束和所述第二波長為λ 2的激光能級躍遷 激光光束的公共重疊部分設置有產生第三波長為λ 3的和頻激光的非線性和頻晶體(5)。
2.根據權利要求1所述的受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，其特征在于所述拉曼諧 振腔包括在一光路上依次安置的第一諧振腔鏡(1)、第一激光增益介質O)、受激拉曼散射 介質C3)和第一輸出耦合鏡(6)；所述激光諧振腔包括在另一光路上依次安置的第二諧振 腔鏡(7)、第二激光增益介質(8)、第一平面合束鏡(4)和第二輸出耦合鏡(9)。
3.根據權利要求2所述的受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，其特征在于所述第一平 面合束鏡G)、非線性和頻晶體(5)、第一輸出耦合鏡(6)和第二輸出耦合鏡(9)依次排列 安置。
4.根據權利要求1所述的受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，其特征在于所述拉曼諧 振腔包括在一光路上依次安置的第一諧振腔鏡(1)、第一激光增益介質O)、受激拉曼散射 介質C3)和第一輸出耦合鏡(6)，所述拉曼諧振腔后設置有第一平面反射鏡(11)；所述激光 諧振腔包括在另一光路上依次安置的第二諧振腔鏡(7)、第二激光增益介質(8)和第二輸 出耦合鏡(9)；所述激光諧振腔后設置有第二平面反射鏡(12)。
5.根據權利要求4所述的受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，其特征在于所述第一平 面反射鏡(11)處于所述第二平面反射鏡(12)的反射光路上，所述非線性和頻晶體(5)設 置在所述第一平面反射鏡(11)后面。
6.根據權利要求2至5中任意一項所述的受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，其特征在 于所述非線性和頻晶體(5)為LB0、BiB0、KTP或KTA非線性和頻晶體中的任意一種。
7.根據權利要求2至5中任意一項所述的受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，其特征在 于所述第二激光增益介質(8)采用摻有稀土元素的激光晶體。
8.根據權利要求1至5中任意一項所述的受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，其特征在 于當所述第一波長為X1的受激拉曼頻移激光和第二波長為λ 2的激光能級躍遷激光同時 通過所述非線性和頻晶體5時，產生第三波長為λ 3的和頻激光。
全文摘要
本發明公開了一種受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，包括一產生第一波長為λ1的受激拉曼頻移激光的拉曼諧振腔、一產生第二波長為λ2的激光能級躍遷激光的激光諧振腔，在所述第一波長為λ1的受激拉曼頻移激光光束和所述第二波長為λ2的激光能級躍遷激光光束的公共重疊部分設置有產生第三波長為λ3的和頻激光的非線性和頻晶體。當波長為λ1的受激拉曼頻移激光和波長為λ2的激光能級躍遷激光同時通過非線性和頻晶體時，產生波長為λ3的和頻激光。本發明的受激拉曼和頻激光波長轉換裝置可以有效拓寬可用的單譜線激光波長數量。
文檔編號H01S3/16GK102044838SQ20101054949
公開日2011年5月4日 申請日期2010年11月18日 優先權日2010年11月18日
發明者崔錦江, 施燕博, 檀慧明, 王帆, 田玉冰, 董寧寧, 高靜 申請人:蘇州生物醫學工程技術研究所