專利名稱：多波長雙級固體拉曼頻移器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種固體拉曼激光器，特別是一種多波長雙級固體拉曼頻移器及激光轉化輸出方法。
背景技術：
激光技術及應用領域發展快速，尋求新波長激光輸出一直是激光領域研究者的不懈追求。受激拉曼散射不需要相位匹配,產生的散射光光束質量好、脈寬窄,并且具有高的轉換效率，成為重要的變頻技術。其中由于晶體拉曼介質具有粒子濃度大、體積小、熱導性能好等優點，晶體中的受激拉曼散射過程成為研究熱點。外腔式固體拉曼激光器被廣泛用來產生斯托克斯光，實現頻率下轉換，拉曼介質 位于獨立于泵浦激光器的拉曼腔內，不需要改變泵浦激光器結構，因而設計、優化較為簡單，大大降低了受激拉曼散射的閾值，提高了轉換效率，通過對腔鏡反射率的控制可以有選擇地實現某階斯托克斯光的輸出，同時諧振腔使散射光的光束質量得到了提高。有人利用33mm長的BaWO4晶體采用外腔式結構，對皮秒激光脈沖實現一階斯托克斯光的光光轉換效率為85%，接近量子限；二階斯托克斯光的轉換效率高達50% (P. Cemy and H. Jelinkova,“Near-quantum-1imit efficiency of picosecond stimulated Raman scattering inBaffO4Crystal, ” Opt. Lett.，vol. 27, pp. 360-362, 2002)。一些公司也推出了商用外腔式固體拉曼激光器，例如白俄羅斯SOLAR TII公司生產的基于硝酸鋇晶體的拉曼變頻器，可以進行一階、二階和三階斯托克斯光的轉換輸出，最大轉換效率分別為35%、30%和20%。相干反斯托克斯拉曼散射可以實現頻率上轉換，進一步擴展相干光譜范圍。但處于熱平衡狀態的粒子大部分處于基態，因而受激拉曼散射過程產生的反斯托克斯光遠比斯托克斯光微弱，外腔式拉曼激光器只能實現斯托克斯光的高效轉換，難以直接實現高效率的反斯托克斯光的轉換。而受激拉曼散射與拉曼共振四波混頻過程結合可以產生反斯托克斯光，其過程是受激拉曼散射產生的一階斯托克斯光(Qs)與泵浦光(ωρ)及一階反斯托克斯光(《a)通過晶體的三階非線性系數xK(3)相互耦合，四波混頻過程2ωρ— ω3+ω3,即吸收兩個泵浦光子產生一個斯托克斯光子和一個反斯托克斯光子，此過程被稱為拉曼共振四波混頻。拉曼共振四波混頻的非線性系數X κ(3)與受激拉曼散射的非線性系數的量級相同，較非共振的三階非線性系數χΝΚ(3)要大一至兩個數量級，因而相干反斯托克斯拉曼散射與受激拉曼散射能達相近的轉換效率。理論與實驗研究表明相干反斯托克斯拉曼散射在完全相位匹配下，斯托克斯光與反斯托克斯光之間的耦合使這兩種光都不能指數增長，從而最終限制了這兩種光的轉換效率，此現象被稱為拉曼增益抑制(M. D. Duncan, R. Mahon, J. Reintjes, andL. L. Tankersley, " Parametric Raman gain suppression in D2 and H2, " Opt.Lett.，vol. 11，pp. 803-805，1986)。斯托克斯光種子法是克服拉曼增益抑制的有效方法，即在泵浦過程中引入一束一階斯托克斯光，一方面可以加強受激拉曼散射過程，提高斯托克斯光的轉換效率；另一方面，還可以通過優化泵浦光與一階斯托克斯光光強之比，獲得反斯托克斯光的高效率轉換。目前這方面的研究大都采用氣體拉曼介質。例如，美國c. Reiser等人采用斯托克斯光種子法，以氫氣作為拉曼介質，以納秒脈沖作為泵浦光，用拉曼發生器與拉曼放大器組合的結構產生一階斯托克斯光種子，將泵浦光與一階斯托克斯光種子同時輸入到主拉曼池中，得到相干反斯托克斯光的轉換效率為10% (C. Reiser,T. D. Raymond,R. B. Michie,and A. P. HickmanZiEfficient anti-Stokes Raman conversionin collimated beams,，，J. Opt. Soc. Am. B, vol. 6, pp. 1859-1869,1989)。目前利用拉曼晶體獲得相干反斯托克斯光研究相對較少。俄羅斯A.Z. Grasiuk等人采用皮秒激光脈沖作為泵浦，利用鎢酸釓鉀晶體，通過斯托克斯種子法實現了一階反斯托克斯光的轉換效率為 4% (A. Z. Grasiuk, S. V. Kurbasov, and L. L. Losev, “PicosecondparametricRaman laser based on KGd (WO4) 2,，，0pt. Commun. , vol. 240, pp. 239-244, 2004)。實驗中將部分皮秒脈沖激光經聚焦后入射到單一拉曼晶體中產生一階斯托克斯種子光，并通過斯托克斯種子光法產生一階反斯托克斯光的轉換，該種結構必須利用皮秒脈沖的高峰值功率才能實現一階反斯托克斯光轉換，而納秒脈沖則無法實現反斯托克斯光的有效轉 換。R. P. Mildren等采用商用532nm調Q激光器作為泵浦源，采用外腔法實驗獲得了反斯托克斯光輸出，泵浦光到一階反斯托克斯光的功率轉換效率僅為0.46% (R. P. Mildren,D. ff. Coutts,and D.J. Spence," All-solid-state parametric Raman anti-Stokes laserat 508nm, " Opt. Express, vol. 17, pp. 810-818, 2009),該實驗采用單級結構,泵浦光、斯托克斯光及反斯托克斯光非共線傳播，光束走離效應限制了光與拉曼介質的有效作用長度，從而限制了轉換效率。2004年2月，中國專利公開了 CN1476131A號“多波長固體諧波拉曼激光器”專利申請，此專利涉及采用氣體拉曼介質，利用無諧振腔單級拉曼發生器結構，實現對泵浦光的頻率轉換。2004年10月，中國專利公開了 CN1538231A號“熒光染料增強拉曼激光頻移器和用途”專利申請，此專利同樣采用氣體拉曼介質，利用無諧振腔單級拉曼發生器結構，實現對泵浦光的頻率轉換。分析總結現有文獻，可以發現單一外腔式固體拉曼激光器可以實現斯托克斯光的轉換，無法實現反斯托克斯激光的高效輸出；上面提到的關于相干反斯托克斯拉曼散射的實驗大多是利用氣體拉曼介質，氣體拉曼介質增益系數小，需要的拉曼介質要長達數米，結構復雜，且轉換效率低；熱導率低，只能在低重復頻率下運轉；損傷閾值低，難以獲得高功率激光。而拉曼晶體具有增益系數高、熱導率大、損傷閾值高、結構緊湊、易獲得高功率激光輸出，較氣體拉曼介質在未來的新型相干光源應用中有明顯優勢。
發明內容
針對以上存在的問題，本發明利用晶體拉曼介質的優良特性，采用雙級結構，利用外腔式固體拉曼激光器來產生一階斯托克斯光，采用斯托克斯光種子法，通過對參數的選擇和優化，固體拉曼發生器可以實現斯托克斯光和反斯托克斯光的有效轉換輸出，大大擴展了現有激光波長的覆蓋范圍。與現在技術相比，多波長雙級固體拉曼頻移器可以對單一波長的輸入光進行多波長輸出，轉換效率高，特別是可以實現反斯托克斯光的高效轉換，同時使用方便，體積小，沒有污染，具有廣泛的實用性。
本發明的具體技術方案如下一種多波長雙級固體拉曼頻移器，主要包括泵浦源；沿光軸順序放置的第一耦合透鏡、外腔式固體拉曼激光器、第二耦合透鏡和固體拉曼發生器；與固體拉曼發生器相鄰的分光元件；相對光軸45度放置的泵浦光45度高反鏡、泵浦光分束鏡、一階斯托克斯光45度高反鏡和ー階斯托克斯光及泵浦光合束鏡；
設在泵浦光分束鏡和ー階斯托克斯光及泵浦光合束鏡之間的光延遲線；所述泵浦光45度高反鏡鍍有對泵浦光的高反膜，所述泵浦光分束鏡鍍有對泵浦光的部分反射膜，一階斯托克斯光45度高反鏡鍍有對ー階斯托克斯光的高反膜，所述ー階斯托克斯光及泵浦光合束鏡鍍有對泵浦光的高透膜，對ー階斯托克斯光的高反膜。前面所述的多波長雙級固體拉曼頻移器，優選的方案是，外腔式固體拉曼激光器和一階斯托克斯光45度高反鏡之間還設有擴束鏡。前面所述的多波長雙級固體拉曼頻移器，優選的方案是，所述的外腔式固體拉曼激光器由輸入鏡和輸出鏡組成諧振腔，諧振腔內放置晶體拉曼介質(優選的，晶體拉曼介質的長度為40mm-80mm,更加優選為50mm)。更加優選的,所述的輸入鏡和輸出鏡是平面鏡或凹面鏡(優選的，凹面鏡的曲率半徑是200mm-1000mm，更優選為500mm)，輸入鏡鍍有對泵浦光的增透膜及對各階斯托克斯光的高反膜，輸出鏡鍍有對泵浦光的高反膜。前面所述的多波長雙級固體拉曼頻移器，優選的方案是，所述的泵浦源為氙燈泵浦的或LD泵浦的固體脈沖激光器(優選氙燈泵浦電光調Q NdiYAG激光器)。前面所述的多波長雙級固體拉曼頻移器，優選的方案是，所述的外腔式固體拉曼激光器和固體拉曼發生器采用相同的晶體拉曼介質(優選的，所述晶體拉曼介質由銦箔包裹并被固定在帶有水冷、風冷或半導體制冷裝置的熱沉內，由制冷裝置對其進行恒溫控制，通過溫度的調節可實現斯托克斯光和反斯托克斯托光波長的調諧)。更加優選的，所述晶體拉曼介質為單鎢酸鹽晶體、雙鎢酸鹽晶體、單釩酸鹽晶體、雙釩酸鹽晶體、單鑰酸鹽晶體、雙鑰酸鹽晶體、硝酸鹽晶體、鈮酸鹽晶體、碘酸鹽晶體或金剛石晶體。前面所述的多波長雙級固體拉曼頻移器，優選的方案是，所述晶體拉曼介質鍍有對泵浦光、斯托克斯光和反斯托克斯光的增透膜，或者晶體兩個端面與光軸方向成布儒斯特角。前面所述的多波長雙級固體拉曼頻移器，優選的方案是，所述的分光元件是棱鏡、光柵或鍍有特定介質膜的鏡片中的任ー種。本發明還提供了利用所述的多波長雙級固體拉曼頻移器的激光轉化輸出方法，泵浦源發射出的光經泵浦光45度高反鏡，由泵浦光分束鏡分為兩束，一部分泵浦能量經過泵浦光高反鏡，再經第一耦合透鏡進外腔式固體拉曼激光器中，外腔式固體拉曼激光器產生的ー階斯托克斯光經ー階斯托克斯光45度高反鏡反射，入射到合束鏡上，另一部分泵浦能量經光延遲線也入射到合束鏡，兩束光經合束鏡合束，后經第二耦合透鏡耦合到固體拉曼發生器中，通過調節一階斯托克斯種子光與泵浦光振幅之比和固體拉曼發生器中的相位失配系數可以實現ー階斯托克斯、ニ階斯托克斯、一階反斯托克斯等散射光的單波長或多波長光的同時輸出，固體拉曼發生器的輸出激光經分光兀件輸出。前面所述的多波長雙級固體拉曼頻移器，優選的方案是，所述的耦合透鏡是單透鏡或透鏡組中的任ー種。本發明提供的是ー種多波長雙級固體拉曼頻移器，屬固體激光器領域，可實現斯托克斯與反斯托克斯光的高效率轉換。包括泵浦源、外腔式固體拉曼激光器、固體拉曼發生器、轉向裝置、分束器、合束器、光延遲線、耦合裝置、分光元件，所述的泵浦源發射出的光經分束器分為兩束，其中一束經耦合裝置耦合到外腔式固體拉曼激光器中，外腔式固體拉曼發生器由輸入鏡和輸出鏡組成諧振腔，諧振腔內放置拉曼晶體；另外一束泵浦光經轉向系統與外腔式固體拉曼激光器產生的一階斯托克斯光經合束器合井，實現兩束光空間分布的良好重合，再經耦合裝置入射到固體拉曼發生器，通過光延遲線可調節兩束光脈沖時間上的同步，固體拉曼發生器的輸出激光經分光元件選擇所需波長的激光輸出。所述的外腔式固體拉曼激光器和固體拉曼發生器中的拉曼介質為晶體拉曼介質，拉曼晶體是具有拉曼活性的單鎢酸鹽晶體、雙鎢酸鹽晶體、單釩酸鹽晶體、雙釩酸鹽晶體、單鑰酸鹽晶體、雙鑰酸鹽晶體、硝酸鹽晶體、鈮酸鹽晶體、碘酸鹽晶體及金剛石晶體中的一種，外腔式固體拉曼激光器通過受激拉曼散射產生ー階斯托克斯光，固體拉曼發生器通過拉曼共振四波混頻和受激拉曼散射過程將泵浦激光轉換為一階反斯托克斯光或斯托克斯光。所述的外腔式固體拉曼激光器和固體拉曼發生器采用相同的晶體拉曼介質。所述的泵浦源為氙燈泵浦的或LD泵浦的固體脈沖激光器。所述的外腔式固體拉曼激光器的輸入鏡和輸出鏡可以是平面鏡、凹面鏡中的ー種，輸入鏡鍍有對泵浦光的增透膜，對各階斯托克斯光的高反膜，輸出鏡鍍有對泵浦光的高反膜，對各階斯托克斯光的光透過率為5%-70%,通過優化可實現不同階的斯托克斯光的高效轉換。所述的外腔式固體拉曼激光器和固體拉曼發生器中的拉曼晶體由銦箔包裹并被固定在帶有水冷、風冷或半導體制冷裝置的熱沉內，由制冷裝置對其進行恒溫控制，通過溫度的調節可實現斯托克斯光和反斯托克斯托光波長的調諧。所述的外腔式固體拉曼激光器和固體拉曼發生器中還有拉曼晶體鍍有對泵浦光、斯托克斯光和反斯托克斯光的增透膜，或者拉曼晶體兩個端面與光軸方向成布儒斯特角。所述的分光元件可以是棱鏡、光柵、或鍍有特定介質膜的鏡片中的任ー種。所述的耦合裝置可以是單透鏡或透鏡組中的任ー種。所述的分束器、合束器及轉向裝置可以是棱鏡或鍍有特定介質膜的鏡片中的任ー種。本發明中外腔式固體拉曼激光器的輸入鏡和輸出鏡的曲率半徑可根據實際情況選擇；本發明中的所有拉曼晶體的長度均可以根據具體要求進行選取；分束器的分束比可根據具體要求進行選取。本發明提供的多波長雙級固體拉曼頻移器，可實現斯托克斯與反斯托克斯光的高效率轉換。與現在技術相比，多波長雙級固體拉曼頻移器利用晶體拉曼介質的優良特性，采用兩級結構，多波長雙級固體拉曼頻移器可以對單一波長的輸入光進行多波長輸出，特別是可以實現反斯托克斯光的高效轉換，大大擴展了現有激光波長的覆蓋范圍，轉換效率高，使用方便，體積小，沒有污染，具有廣泛的實用性。本發明提供的多波長雙級固體拉曼變頻器的工作流程如下、
泵浦源輸出的激光經泵浦光分束器分為兩束，一束激光作為外腔式固體拉曼激光器的輸入光，用來產生ー階斯托克斯種子光；另一束激光經過轉向裝置與外腔式固體拉曼激光器產生的一階斯托克斯光經過合束器合并，入射到固體拉曼發生器中，產生散射光輸出。對于外腔式固體拉曼激光器，拉曼介質位于獨立于泵浦激光器的拉曼腔內。外腔式拉曼激光器大大降低了受激拉曼散射的閾值，通過對腔鏡反射率的控制可以有選擇地實現某階斯托克斯光的輸出，同時諧振腔使斯托克斯光的光束質量得到了提高。外腔式拉曼激光器的輸出光的光譜成分及能量與腔鏡的反射率光譜分布緊密相關。為了實現受激拉曼散射高的轉換效率，外腔式固體拉曼激光器的輸入鏡鍍有對泵浦光高透膜，輸出鏡鍍有對 泵浦光高反膜，拉曼晶體的兩個端面鍍有對泵浦光和各階斯托克斯光的高透膜。為了產生ー階斯托克斯光輸出，激光器的腔鏡需要對ニ階斯托克斯光高透以抑制高階斯托克斯光的產生，同時輸入鏡需要對ー階斯托克斯光高反，優化輸出鏡對ー階斯托克斯光的反射率實現ー階斯托克斯光的高效轉換。若要產生ニ階斯托克光輸出，則輸入鏡對一、ニ階斯托克斯光高反，輸出鏡對ー階斯托克斯光高反，優化輸出鏡對ニ階斯托克斯光的反射率實現ニ階斯托克斯光的高效轉換。外腔式固體拉曼激光器輸出的ー階斯托克斯光與另一束泵浦激光經過合束器合并，入射到固體拉曼發生器中，產生散射光輸出。理論計算表明通過調節一階斯托克斯種子光與泵浦光振幅之比￥sQ/￥p。和固體拉曼發生器中的相位失配系數Ak=2kp-ksl_kaN以實現ー階斯托克斯、ニ階斯托克斯、一階反斯托克斯等散射光的單波長或多波長光的同時輸出。其中，kj(i = P, si, a)分別表不泵浦光、ー階斯托克斯光、一階反斯托克斯光的波數，Vstl為ー階斯托克斯光脈沖的振幅峰值，Ψρ(ι為泵浦光脈沖的振幅峰值。通過對受激拉曼散射和拉曼共振四波混頻的耦合波方程進行數值求解(林紹杰，丁雙紅，張駿，王淑梅，“斯托克斯光種子法固體相干反斯托克斯拉曼頻移器的理論研究，”激光與光電子學進展，vol. 48，71402，2011)，得到計算結果表明通過對Ψ3(ι/Ψρ。和Λ k參數的控制，多波長雙級固體拉曼頻移是可實現ー階反斯托克光和多階斯托克斯光的高效轉換。在完全相位匹配下Ak = O時,可以增大一階斯托克斯種子光振幅,來打破拉曼增益抑制的影響，當Ak = O吋，將ψ3(ι/ψρ。增大到O. 14 O. 2，此時最大一階反斯托克斯光的轉換效率約為44%。當Ak = Oi Ψ3(1/Ψρ(1較弱吋，由于拉曼増益抑制的影響，限制了一階反斯托克斯光的轉換，此時可以通過改變相位適配量Ak，有效的降低拉曼增益抑制的影響，達到較高的反斯托克斯光的轉換效率，當Vsq/Vpq較小(O. 01 O. I)時，選取合適的Ak(|Ak| =0.76)，最大一階反斯托克斯光的轉換效率約為40%。在不滿足相位匹配條件時，調節Ψ30/ Ψρ0的取值，可實現高階斯托克斯光的轉換。
圖I為本發明的多波長雙級固體拉曼頻移器實施例I結構示意圖。其中1.泵浦源，2.泵浦光45度高反鏡，3.泵浦光分束鏡，4.第一耦合透鏡，5.外腔式固體拉曼激光器輸入鏡，6.晶體拉曼介質，7.外腔式固體拉曼激光器輸出鏡，8.擴束鏡，9. 一階斯托克斯光45度高反鏡，10. —階斯托克斯光及泵浦光合束鏡，11.光延遲線，12.第二稱合透鏡，13.固體拉曼發生器,14.分光棱鏡組,15.選模小孔。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖詳細說明本發明的技術方案，但保護范圍不彼此限制。實施例I :多波長雙級固體拉曼變頻器，結構可參考圖I所示，包括泵浦源I、泵浦光45度高反鏡2、泵浦光分束鏡3、耦合透鏡4、外腔式固體拉曼激光器輸入鏡5、拉曼晶體6、外腔式固體拉曼激光器輸出鏡7、擴束鏡8、一階斯托克斯光45度高反鏡9、一階斯托克斯光及泵浦光合束鏡10、光延遲線11、耦合透鏡12、固體拉曼發生器13、分光棱鏡組14、選模小孔15。泵浦源I發射出的光經泵浦光45度高反鏡2，由20/80泵浦光分束鏡3分為兩束，分出20%的泵浦能量經過泵浦光高反鏡2，再經焦距為30em的透鏡4耦合進外腔式固體拉曼激光器中，外腔式固體拉曼激光器產生的ー階斯托克斯光經I : 2擴束鏡8擴束，再經ー階斯托克斯光45度高反鏡9反射入射到合束鏡10上，分束鏡3透過的80%的泵浦能量經光延遲線11也入射到合束鏡10，兩束光經合束鏡10合束，控制兩束光空間分布，后經焦距 為50cm的耦合焦鏡12，耦合到固體拉曼發生器13中，通過光延遲線11可調節兩束光脈沖時間上的同歩，固體拉曼發生器13的輸出激光經分光棱鏡組14和選模小孔15選擇所需波長的激光輸出。其中，泵浦源I是氙燈泵浦電光調Q Nd:YAG激光器，輸出激光波長1064nm，激光脈寬20ns，輸出能量200mJ。泵浦光45度高反鏡2相對光軸45度放置，鍍有對泵浦光的高反膜(對波長1064nm光反射率R > 99. 8% )。泵浦光分束鏡3相對光軸45度放置，鍍有對泵浦光的部分反射膜，反射率、透射率比為20 80。一階斯托克斯光45度高反鏡9相對光軸45度放置，鍍有對一階斯托克斯光的高反膜(對波長1180nm光反射率R > 99. 5% )。ー階斯托克斯光及泵浦光合束鏡10相對光軸45度放置，鍍有對泵浦光高透膜(對波長1064nm光透射率T > 90% )，對ー階斯托克斯光的高反膜(對波長1180nm光反射率R > 99% )。所述的外腔式固體拉曼激光器由輸入鏡5和輸出鏡7組成諧振腔，諧振腔長度為60mm,諧振腔內放置拉曼晶體6。輸入鏡5為凹面鏡，曲率半徑為500mm，凹面對的泵浦光高透(對波長1064nm光透射率T > 90% )，對ー階斯托克斯光高反(對波長1180nm光反射率R > 99. 8% )，平面對泵浦光高透。外腔式固體拉曼激光器輸出鏡7為平面鏡，對泵浦光高反(對波長1064nm光反射率R >99.8%)，對ー階斯托克斯光的反射率為40%。拉曼晶體6為BaWO4晶體，沿a軸方向切割，尺寸為5X 5X 50mm,兩端面鍍有對泵浦光(對波長1064nm光反射率R<0. 2)、一階斯托克斯光(對波長1180nm光反射率R < O. 5% )的增透膜。外腔式固體拉曼激光器的作用是將泵浦光轉換為ー階斯托克斯光。所述的固體拉曼發生器13為沿a軸方向切割5X5X60mm BaffO4晶體,兩端面鍍有對泵浦光(對波長1064nm光反射率R < O. 2)、一階斯托克斯光(對波長1180nm光反射率R < O. 5% )、ニ階斯托克斯光(對波長1325nm光反射率R < O. 5% )、一階反斯托克斯光(對波長969nm光反射率R < O. 5% )的增透膜。實驗中，改變泵浦光分束鏡3的分束比和外腔式固體拉曼激光器輸出鏡7對ー階斯托克斯光的透過率，以調節一階斯托克斯種子光與泵浦光振幅之比。控制合束鏡10處ー階斯托克斯光及泵浦光束空間距離，可以改變固體拉曼發生器中的相位失配系數Ak。通過調節輸入ー階斯托克斯種子光與泵浦光振幅之比和固體拉曼發生器中的相位失配系數Ak可以實現ー階斯托克斯、ニ階斯托克斯、ー階反斯托克斯等散射光的單波長或多波長光的同時輸出。所述的BaWO4晶體6和13均由銦箔包裹并固定在帶有水冷裝置的銅塊內，由制冷裝置對其進行恒溫控制，其溫度控制在20度。本實施例獲得了一階斯托克斯光1180nm、ニ階斯托克斯光1325nm和一階反斯托克斯光969nm激光輸出。實施例2 :多波長雙級固體拉曼變頻器，結構仍可參考圖I所示。但與實施例I所不同的是外腔式固體拉曼激光器和固體拉曼發生器中的拉曼晶體為沿a軸方向切割的SrffO4晶體。本實施例獲得了一階斯托克斯光1180nm、ニ階斯托克斯光1325nm和一階反斯托克斯光969nm激光輸出。實施例3 :多波長雙級固體拉曼變頻器，結構仍可參考圖I所示。但與實施例1-2所不同的是外腔式固體拉曼激光器和固體拉曼發生器中的拉曼晶體為沿b軸方向切割的KGd(WO4)2晶體。對于b軸方向切割的KGd(WO4)2晶體，泵浦光沿Ng方向偏振吋，本實施例獲得了一階斯托克斯光1159nm、ニ階斯托克斯光1272nm和一階反斯托克斯光984nm激光 輸出；泵浦光沿Nm方向偏振時，本實施例獲得了一階斯托克斯光1177nm、ニ階斯托克斯光1317nm和一階反斯托克斯光971nm激光輸出。實施例4 :多波長雙級固體拉曼變頻器，結構仍可參考圖I所示。但與實施例1-3所不同的是外腔式固體拉曼激光器和固體拉曼發生器中的拉曼晶體為沿a軸方向切割PbffO4晶體。本實施例獲得了一階斯托克斯光1177nm、ニ階斯托克斯光1317nm和ー階反斯托克斯光97Inm激光輸出。實施例5 :多波長雙級固體拉曼變頻器，結構仍可參考圖I所示。但與實施例I所不同的是泵浦源為氙燈泵浦電光調Q Nd:YAG激光器，輸出激光經倍頻后的532nm激光。則實驗裝置中的鍍膜波長做相應的改變，即泵浦激光波長為532nm，ー階斯托克斯光波長為560nm, ニ階斯托克斯光波長為590nm, —階反斯托克斯光波長為507nm。本實施例獲得了一階斯托克斯光560nm、ニ階斯托克斯光590nm和ー階反斯托克斯光507nm激光輸出。實施例6 :多波長雙級固體拉曼變頻器，結構仍可參考圖I所示。但與實施例5所不同的是外腔式固體拉曼激光器和固體拉曼發生器中的拉曼晶體為沿a軸方向切割的SrffO4晶體。本實施例獲得了一階斯托克斯光559nm、ニ階斯托克斯光589nm和ー階反斯托克斯光507nm激光輸出。實施例7 :多波長雙級固體拉曼變頻器，結構仍可參考圖I所示。但與實施例5-6所不同的是外腔式固體拉曼激光器和固體拉曼發生器中的拉曼晶體為沿b軸方向切割的KGd(WO4)2 晶體。對于b軸方向切割的KGd(WO4)2晶體,泵浦光沿Ng方向偏振時,本實施例獲得了一階斯托克斯光555nm、ニ階斯托克斯光580nm和一階反斯托克斯光511nm激光輸出；泵浦光沿Nm方向偏振時，本實施例獲得了一階斯托克斯光559nm、ニ階斯托克斯光589nm和ー階反斯托克斯光508nm激光輸出。實施例8 :多波長雙級固體拉曼變頻器，結構仍可參考圖I所示。但與實施例5-7所不同的是外腔式固體拉曼激光器和固體拉曼發生器中的拉曼晶體為沿a軸方向切割PbffO4晶體。本實施例獲得了一階斯托克斯光559nm、ニ階斯托克斯光589nm和ー階反斯托克斯光508nm激光輸出。本專利申請基于國家自然科學基金(10974168)和山東省高校科技計劃項目(J09LA06)資助。顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎 上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之列。
權利要求
1.一種多波長雙級固體拉曼頻移器，其特點是，主要包括泵浦源；沿光軸順序放置的第一耦合透鏡、外腔式固體拉曼激光器、第二耦合透鏡和固體拉曼 發生器；與固體拉曼發生器相鄰的分光元件；相對光軸45度放置的泵浦光45度高反鏡、泵浦光分束鏡、一階斯托克斯光45度高反 鏡和一階斯托克斯光及泵浦光合束鏡；設在泵浦光分束鏡和一階斯托克斯光及泵浦光合束鏡之間的光延遲線；所述泵浦光45度高反鏡鍍有對泵浦光的高反膜，所述泵浦光分束鏡鍍有對泵浦光的 部分反射膜，所述一階斯托克斯光45度高反鏡鍍有對一階斯托克斯光的高反膜，所述一階 斯托克斯光及泵浦光合束鏡鍍有對泵浦光的高透膜，對一階斯托克斯光的高反膜。
2.根據權利要求1所述的多波長雙級固體拉曼頻移器，其特點是，外腔式固體拉曼激 光器和一階斯托克斯光45度高反鏡之間還設有擴束鏡。
3.根據權利要求1所述的多波長雙級固體拉曼頻移器，其特點是，所述的外腔式固體 拉曼激光器由輸入鏡和輸出鏡組成諧振腔，諧振腔內放置晶體拉曼介質(優選的，晶體拉 曼介質的長度為40mm-80mm,更加優選為50mm)。
4.根據權利要求1所述的多波長雙級固體拉曼頻移器，其特點是，所述的泵浦源為氙 燈泵浦的或LD泵浦的固體脈沖激光器(優選氙燈泵浦電光調Q Nd:YAG激光器)。
5.如權利要求1所述的多波長雙級固體拉曼頻移器，其特點是，所述的外腔式固體拉 曼激光器和固體拉曼發生器采用相同的晶體拉曼介質(優選的，所述晶體拉曼介質由銦箔 包裹并被固定在帶有水冷、風冷或半導體制冷裝置的熱沉內，由制冷裝置對其進行恒溫控 制，通過溫度的調節可實現斯托克斯光和反斯托克斯托光波長的調諧)。
6.如權利要求5所述的多波長雙級固體拉曼頻移器，其特點是，所述晶體拉曼介質鍍 有對泵浦光、斯托克斯光和反斯托克斯光的增透膜，或者介質兩個端面與光軸方向成布儒 斯特角。
7.如權利要求3或5或6所述的多波長雙級固體拉曼頻移器，其特點是，所述晶體拉曼 介質為單鎢酸鹽晶體、雙鎢酸鹽晶體、單釩酸鹽晶體、雙釩酸鹽晶體、單鑰酸鹽晶體、雙鑰酸 鹽晶體、硝酸鹽晶體、鈮酸鹽晶體、碘酸鹽晶體或金剛石晶體。
8.如權利要求3所述的多波長雙級固體拉曼頻移器，其特點是，所述的輸入鏡和輸出 鏡是平面鏡或凹面鏡(優選的，凹面鏡的曲率半徑是200mm-1000mm，更優選為500mm)，輸入 鏡鍍有對泵浦光的增透膜及對各階斯托克斯光的高反膜，輸出鏡鍍有對泵浦光的高反膜。
9.如權利要求1所述的多波長雙級固體拉曼頻移器，其特點是，所述的分光元件是棱 鏡、光柵或鍍有特定介質膜的鏡片中的任一種。
10.如權利要求1所述的多波長雙級固體拉曼頻移器的激光轉化輸出方法，其特點是， 泵浦源發射出的光經泵浦光45度高反鏡，由泵浦光分束鏡分為兩束，一部分泵浦能量經過 泵浦光高反鏡，再經第一耦合透鏡進外腔式固體拉曼激光器中，外腔式固體拉曼激光器產 生的一階斯托克斯光經一階斯托克斯光45度高反鏡反射，入射到合束鏡上，另一部分泵浦 能量經光延遲線也入射到合束鏡，兩束光經合束鏡合束，后經第二耦合透鏡耦合到固體拉 曼發生器中，通過調節一階斯托克斯種子光與泵浦光振幅之比和固體拉曼發生器中的相位失配系數實現ー階斯托克斯、ニ階斯托克斯、一階反斯托克斯等散射光的單波長或多波長 光的同時輸出，固體拉曼發生器的輸出激光經分光元件輸出。
全文摘要
本發明公開了一種多波長雙級固體拉曼頻移器及激光轉化輸出方法，主要包括泵浦源；沿光軸順序放置的第一耦合透鏡、外腔式固體拉曼激光器、第二耦合透鏡和固體拉曼發生器；與固體拉曼發生器相鄰的分光元件；相對光軸45度放置的泵浦光45度高反鏡、泵浦光分束鏡、一階斯托克斯光45度高反鏡和一階斯托克斯光及泵浦光合束鏡；設在泵浦光分束鏡和一階斯托克斯光及泵浦光合束鏡之間的光延遲線。其可以實現斯托克斯光及一階反斯托克斯光的高效轉換，大大擴展了現有激光波長的覆蓋范圍，轉換效率高，使用方便，體積小，沒有污染，具有廣泛的實用性。
文檔編號H01S3/10GK102664339SQ20121015016
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月16日 優先權日2012年5月16日
發明者丁雙紅, 張駿, 歐世峰 申請人:煙臺大學