專利名稱：一種雙波長躍遷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裝換裝置，具體的涉及一種雙波長躍遷受激拉曼和頻激 光波長轉換裝置。
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，提出了一種雙波長躍遷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
—種雙波長躍遷受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，包括依次設置的一共用諧振腔 鏡，一拉曼輸出耦合鏡和一激光輸出耦合鏡，所述共用諧振腔鏡與所述拉曼輸出耦合鏡之 間依次設置有一具有兩個能級以上激光躍遷的激光增益介質，一受激拉曼散射介質和一非 線性和頻晶體。
優選的，把共用諧振腔鏡的相關膜系制備在所述激光增益介質的輸入表面構成制 備有腔鏡的激光增益介質，從而取消單獨的透鏡，其中，所述制備有腔鏡的激光增益介質的 表面可以是凹面，也可以是平面或凸面。
優選的，所述制備有腔鏡的激光增益介質采用摻雜有稀土元素的激光晶體。
本發明的雙波長躍遷受激拉曼和頻激光波長轉換裝置的工作原理如下
當諧振腔內的激光增益介質被外部光源發出的泵浦光泵浦時，由于該激光增益介 質的不同能級躍遷分別產生了躍遷波長為λ ^的激光和第二波長為λ2的激光能級躍遷激 光。其中，所述波長為λ^的激光在共用諧振腔鏡與激光輸出耦合鏡傳播振蕩，所述第二波 長為λ2的激光能級躍遷激光在共用諧振腔鏡與拉曼輸出耦合鏡之間傳播振蕩。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，并在共用諧振腔鏡與拉曼輸出耦合 鏡之間傳播振蕩。當所述第一波長為λi的受激拉曼頻移激光光束和第二波長為λ2的激 光能級躍遷激光光束同時入射并通過非線性和頻晶體時，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λ 2的新的第三波長為λ 3的和頻激光。并由拉曼 輸出耦合鏡和激光輸出耦合鏡輸出。
其中，所述λ ρ人2和人3應滿足和頻關系1/λ3 = Ι/λ^Ι/λ^所述非線性和 頻晶體需要按所述λ 3的非線性和頻相互作用的位相匹配方向切割，使所述入工、 入2和λ 3在所述非線性和頻晶體中傳播時滿足位相匹配關系53、=S1A^fi2A2i其中， S1、Ajnfi3都是矢量，并分別是所述波長為λ工的受激拉曼頻移激光、波長為λ 2的激光 能級躍遷激光和波長為λ 3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，本發明的雙波長躍遷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是本發明的雙波長躍遷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。
圖中標號說明1、共用諧振腔鏡，2、激光增益介質，3、受激拉曼散射介質，4、非線 性和頻晶體，5、拉曼輸出耦合鏡，6、激光輸出耦合鏡，7、制備有腔鏡的激光增益介質。
具體實施方式
參見圖1所示，一種雙波長躍遷的受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，包括依次設 置的一共用諧振腔鏡1，一拉曼輸出耦合鏡5和一激光輸出耦合鏡6，所述共用諧振腔鏡1 與所述拉曼輸出耦合鏡5之間依次設置有一具有兩個能級以上激光躍遷的激光增益介質 2，一受激拉曼散射介質3和一非線性和頻晶體4。
優選的，參見圖2所示，把共用諧振腔鏡1的相關膜系制備在所述激光增益介質2 的輸入表面構成具有諧振腔鏡的激光增益介質7，從而取消單獨的透鏡，其中，所述具有諧 振腔鏡的激光增益介質7的表面可以是凹面，也可以是平面或凸面。
以下以優選的方案對本發明做進一步詳細的描述
其中，所述具有諧振腔鏡的激光增益介質7采用具有1064nm和1123nm波長的激4光躍遷譜線的摻雜有稀土元素的激光晶體，如Nd:YAG晶體，其與所述受激拉曼散射介質的 相反方向的表面可以是平面或曲面，制備對波長為1064nm、1123nm和1198nm的光束反射率 大于99. 5%，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 1064nm、1123nm和1198nm的光束透過率大于99%的增透膜。所述受激拉曼散射介質3采 用Ba(NO3)2晶體，兩個通光面制備對1064nm、1123nm和1198nm的雙波長增透膜，透過率大 于 99%。
進一步的，非線性和頻晶體4采用LBO、BiBO, KTP或KTA等非線性和頻晶體，按 1123nm波長與1198nm波長和頻產生580nm波長的位相匹配方向切割，非線性和頻晶體4的 兩個通光面都制備對1064nm、1123nm、1198nm和580nm等四個波長的光束的增透膜。
進一步的，拉曼輸出耦合鏡5的靠近非線性和頻晶體4的表面膜系制備要求為 對1064nm和1198nm兩個波長的光束的反射率大于99. 5 %的多層介質膜，對1123nm波長 的透過率大于99. 5%以及對580nm波長的透過率大于95%，的增透膜，另一面制備要求對 1123nm波長的透過率大于99.5%和對58011111波長的透過率大于95(%的增透膜。激光輸出耦 合鏡6的靠近拉曼輸出耦合鏡5表面的膜系制備要求對1123nm波長的反射率大于99.5%， 對580nm波長的透過率大于95%的多層介質膜，另一面制備對580nm波長的透過率大于 99%增透膜。
當諧振腔內的Nd:YAG晶體被外部光源泵浦時，產生了波長為1064nm和1123nm波 長的激光躍遷，分別在共用諧振腔鏡1和激光輸出耦合鏡6以及共用諧振腔鏡1和拉曼輸 出耦合鏡5之間傳播振蕩。當波長為1064nm波長的激光束通過Ba(NO3)2晶體時，由于受 激拉曼散射效應使1064nm波長的激光頻移產生了波長為1198nm波長的激光，該波長的激 光也在共用諧振腔鏡1和拉曼輸出耦合鏡5之間傳播振蕩。由于非線性和頻晶體4是按 1123nm與1198nm波長和頻產生580nm波長的位相匹配方向切割，當1123nm與1198nm波長 的激光同時入射并通過非線性和頻晶體4時，由于非線性光學和頻相互作用，產生了波長 為580nm的和頻激光，并由拉曼輸出耦合鏡5和激光輸出耦合鏡6輸出。
進一步的，所述拉曼輸出耦合鏡5與激光輸出耦合鏡6的位置可以對換，所述拉曼 輸出耦合鏡5與激光輸出耦合鏡6的位置對換后，所述受激拉曼散射介質3置于所述拉曼 輸出耦合鏡5與激光輸出耦合鏡6之間。
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
1.一種雙波長躍遷受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，包括依次設置的一共用諧振腔 鏡(1)，一拉曼輸出耦合鏡( 和一激光輸出耦合鏡(6)，其特征在于所述共用諧振腔鏡 (1)與拉曼輸出耦合鏡( 之間依次設置有一具有兩個能級以上激光躍遷的激光增益介質 O)，一受激拉曼散射介質C3)和一非線性和頻晶體G)。
2.根據權利要求1所述的雙波長躍遷受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，其特征在于 所述共用諧振腔鏡(1)的相關膜系制備在所述激光增益介質O)的輸入端表面，構成制備 有腔鏡的激光增益介質(7)。
3.根據權利要求2所述的雙波長躍遷受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，其特征在于 所述制備有腔鏡的激光增益介質(7)表面可以是凹面、平面或凸面中的任意一種。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的雙波長躍遷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(4)為LB0、BiB0、KTP或KTA非線性和頻晶體中的任 意一種。
5.根據權利要求2或3所述的雙波長躍遷受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，其特征在 于所述制備有腔鏡的激光增益介質(7)采用摻雜有稀土元素的激光晶體。
6.根據權利要求1或2或3所述的雙波長躍遷受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，其特 征在于其特征在于所述受激拉曼散射介質C3)為Ba(NO3)2晶體。
全文摘要
本發明公開了一種雙波長躍遷受激拉曼和頻激光波長轉換裝置，包括依次設置的一共用諧振腔鏡，一具有兩個能級以上激光躍遷的激光增益介質，一受激拉曼晶體，一非線性和頻晶體，一拉曼輸出耦合鏡和一激光輸出耦合鏡。本發明的雙波長躍遷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H01S3/06GK102044839SQ20101054957
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
發明者姜琛昱, 崔錦江, 施燕博, 檀慧明, 王帆, 田玉冰, 董寧寧 申請人:蘇州生物醫學工程技術研究所