一種高階斯托克斯光產生裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明為一種高階斯托克斯光產生裝置，采用的是共焦非穩腔與多程池結合的技術，與實現激光頻率變換的拉曼激光技術有關，本發明采用多程池腔內放大技術，可以選擇性地獲得高階斯托克斯光。
【背景技術】
[0002]拉曼激光散射技術是實現激光波長變換，拓展激光器輸出激光波段的重要技術手段，采用拉曼介質的受激拉曼散射可以實現對激光波長的改變，依據實際條件的變化，可以獲得不同階次的激光頻移，獲得不同波長的斯托克斯光。
[0003]目前實現拉曼激光頻移的方法主要包含兩種:第一種是采用外腔法，即將拉曼介質放置于激光腔外，激光器輸出的基頻激光經過聚焦透鏡，在單程通過拉曼介質時產生受激拉曼散射，產生斯托克斯光或者反斯托克光，在此過程中，只有在聚焦透鏡的焦點位置附近的一小段區域內的基頻激光功率密度才能達到受激拉曼轉化閾值，因此激光與拉曼介質的有效作用區短，拉曼轉化效率不高，對基頻激光的功率要求也較高(一般需要幾十毫焦，十納秒以內脈寬情況下)，且一般很難獲得高階斯托克斯光輸出；
[0004]另外一種方法是采用拉曼激光諧振腔，該方法包括將拉曼介質放置于激光諧振腔內(內腔式)的形式，將激光介質和拉曼介質都放在激光腔內，采用二相色鏡實現基頻光和拉曼光的分離，使基頻激光只在腔內振蕩而不對外輸出，只有拉曼激光對外輸出；這樣基頻光和拉曼光多次通過拉曼介質，相當于增加了基頻激光與拉曼介質的有效作用長度，因此可以降低拉曼轉化閾值，提高基頻激光的拉曼轉化效率。
[0005]如果能結合上述兩種技術方案的優點，獲得高效率的高階斯托克斯光輸出，就能夠滿足某些情況下對于特殊波長激光的需求，特別是在紅外波段的需求。由于氣體拉曼激光變頻在高能量、高光束質量方面的巨大潛力，氣體拉曼介質的優勢十分明顯，本發明的目的就是利用氣體拉曼介質產生高階斯托克斯光。
【發明內容】
[0006]針對已有激光器的變頻需要，利用氣體拉曼介質來實現拉曼變頻，為實現高階斯托克斯光輸出，設計了一種利用共焦非穩腔腔內受激拉曼產生一階斯托克斯光并在多程池中產生高階斯托克斯光的裝置。
[0007]本發明主要包括共焦非穩腔A和多程池B兩部分；其中共焦非穩腔A采用兩個對稱放置高反凹面鏡作為基頻激光器的腔鏡，兩腔鏡曲率及其間距滿足共焦非穩腔條件；在共焦非穩腔A中，沿光軸方向依次放置有對基頻激光高反射的左側凹面腔鏡，基頻激光增益介質，對基頻激光高透、一級斯托克斯光(記為S1)高反的二相色鏡，拉曼池，刮刀鏡，以及對基頻激光和S1都高反射的右側凹面腔鏡，刮刀鏡的上方放置有鍍雙高反膜的屋脊鏡，刮刀鏡的下方放置有兩片水平排列的高反平面鏡，刮刀鏡輸出的激光和S1光經屋脊鏡變化為實心光束后，由刮刀鏡下側放置的高反平面鏡輸出，其輸出光經多程池B的輸入窗口進入到多程池B中；多程池B中充有氣體拉曼介質，兩片鍍有對基頻光和S1及二級斯托克斯光(記為S2)高反膜的凹面腔鏡反射面相對放置在多程池兩端，并通過法蘭與多程池密封；進入多程池的激光和S1經多程池端面附近內側壁上放置的一個高反鏡反射到多程池的腔鏡上，在多程池內兩腔鏡間不斷振蕩放大，并向高階斯托克斯光轉化，獲得的高階斯托克斯光經多程池另一端面附近內側壁上放置的另一高反鏡反射后，經多程池輸出窗口輸出。
[0008]共焦非穩腔A的兩凹面腔鏡的曲率半徑之和等于2倍腔長，因此基頻激光能在腔內形成一個焦點；拉曼池放置于焦點位置上，此處基頻激光功率密度大，更容易滿足受激拉曼閾值要求。
[0009]本發明中，多程池B中的兩個凹面腔鏡的曲率半徑R1, R2和兩腔鏡之間的距離L之間的關系滿足穩定腔條件，即0〈(1-1VR1) X (1-L/R2)〈I。進入多程池B的激光和S1光都是由共焦非穩腔A的刮刀鏡和屋脊鏡提供的，因此可以保證泵浦光與S1光具有良好的重合性，有助于實現對S1的放大，并提高S2的轉化效率。經合束的基頻激光與S1光經過輸入窗口進入多程池內，由輸入光反射鏡反射后入射到左側腔鏡上，可以在兩側腔鏡之間多次往返后再由輸出高反鏡反射后經輸出窗口輸出；這相當于提高了拉曼介質的有效增益長度，因此可以提高放大效率，更容易產生并放大S2光。
[0010]通過改變多程池兩側腔鏡的鍍膜種類，改變激光在多程池內的往返次數，可以選擇產生某些高階次斯托克斯光(如三階斯托克斯光S3或者四階斯托克斯光S4)，也可以避免更高階斯托克斯光的產生(如三階斯托克斯光S3或者S4)，提高二階斯托克斯光S2的轉化效率。通過改變共焦非穩腔內拉曼池以及多程池中填充的拉曼活性氣體種類，可以改變產生的高階斯托克斯光的波長，實現可快速切換的多波段激光輸出。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明涉及的采用共焦非穩腔和多程池的高階斯托克斯光產生裝置示意圖；
[0012]圖中:1 一基頻激光全反凹面鏡，2—基頻激光增益介質，3—對基頻激光高透，對S1高反的二相色鏡，4一拉曼池，5—對基頻激光及S1全反的刮刀鏡，6—基頻激光及S1全反凹面鏡，7—鍍有高反膜的屋脊鏡，8—基頻激光及S1全反鏡1，9一基頻激光及S1全反鏡2，10—多程池腔體，11一基頻激光與S1輸入窗，12—基頻激光、S1及高階斯托克斯光全反鏡，13—基頻激光、S1及高階斯托克斯光全反的凹面鏡1，14一基頻激光、S1及高階斯托克斯光全反的凹面鏡2,15一高階斯托克斯光全反鏡，16一高階斯托克斯光輸出窗；
[0013]圖1中上方虛線框內(A部分)為非穩腔單元；下方虛線框內(B部分)為多程池單元。
[0014]圖2是非穩腔激光拉曼變頻的工作原理；
[0015]圖中:I一基頻激光全反凹面鏡，2—基頻激光增益介質，3—對基頻激光高透，對S1高反的二相色鏡，4一拉曼池，5—對基頻激光及S1全反的刮刀鏡，6—基頻激光及S1全反凹面鏡，7—鍛有高反膜的屋脊鏡；圖中帶箭頭的實線代表基頻激光及其斯托克斯光。
[0016]圖3是多程池的工作原理，多程池內部充滿了氣體拉曼介質；
[0017]圖中:10—多程池腔體，12—基頻激光、S1及高階斯托克斯光全反鏡，13—基頻激光、S1及高階斯托克斯光全反的凹面鏡1，14一基頻激光、S1及高階斯托克斯光全反的凹面鏡2，15—高階斯托克斯光全反鏡；
[0018]圖中帶箭頭實線代表光束的傳播路徑，兩個凹面腔鏡上的虛線環與帶箭頭實線的交點代表拉曼光束及基頻激光束在兩腔鏡上的入射及反射點位置，虛線環為這些交點的連線，該環一般為一橢圓環，依據不同設計，其大小和橢圓度可以改變，基頻激光和斯托克斯光在腔內的往返次數也可以改變。
[0019]圖4為本發明采用的多程池中光束在傳播過程中其光斑半徑的變化情況；
[0020]圖中:10—多程池腔體，11一基頻激光與S1輸入窗，12—基頻激光、S1及高階斯托克斯光全反鏡，13—基頻激光、S1及高階斯托克斯光全反的凹面鏡1，14 一基頻激光、S1及高階斯托克斯光全反的凹面鏡2,15一高階斯托克斯光全反鏡，16一高階斯托克斯光輸出窗；
[0021]圖中填充網格的區域代表在該多程池內斯托克斯光和基頻光在不同位置處的光束尺寸變化情況，在本發明中，斯托克斯光和基頻光的束腰都在拉曼池內部中間位置，依據兩腔鏡具體曲率半徑的變化，束腰位置和大小都會發生變化。
【具體實施方式】
[0022]一種高階斯托克斯光產生裝置，包括共焦非穩腔A和多程池B兩部分；其中共焦非穩腔A采用兩個相對放置高反凹面鏡作為基頻激光器的腔鏡，兩腔鏡曲率及其間距滿足共焦非穩腔條件；在共焦非穩腔A中，沿光軸方向依次放置有對基頻激光高反射的左側凹面腔鏡，基頻激光增益介質，對基頻激光高透、一級斯托克斯光(記為S1)高反的二相色鏡，拉曼池，刮刀鏡，以及對基頻激光和S1都高反射的右側凹面腔鏡；刮刀鏡的上方放置有鍍雙高反膜的屋脊鏡，刮刀鏡的下方放置有兩片水平排列的高反平面鏡，刮刀鏡輸出的激光和S1光經屋脊鏡變化為實心光束后，由刮刀鏡下側放置的高反平面鏡輸出，其輸出光經多程