本发明专利技术提供一种窄脉宽高峰值功率高平均功率中红外波段拉曼激光输出方案，利用受激拉曼散射的脉宽压窄特性，首先泵浦拉曼活性气体产生窄脉宽的中红外拉曼种子光，并利用多级放大系统，放大种子光，得到高峰值功率、高平均功率、窄脉宽的中红外拉曼激光输出。可有效地分散拉曼活性介质发生非线性效应过程中的产热区域，改善热管理，并具有优异的定标放大性和波长延展性。波长延展性。波长延展性。
【技术实现步骤摘要】
一种窄脉宽高峰值功率高平均功率的中红外拉曼激光器
[0001]本专利技术涉及非线性激光变频
，具体而言，尤其涉及一种窄脉宽高峰值功率高平均功率的中红外拉曼激光器。
技术介绍
[0002]2-5μm的中红外波段激光在医疗学科、大气探测、光电对抗以及有机物检测等领域有着重要的应用价值。通过受激拉曼散射的手段，可以实现激光频率下转换产生中红外波段的拉曼激光。同时，以高损伤阈值、大拉曼频移的气体作为拉曼活性介质，并选择合适的泵浦激光波长，可以实现高功率的中红外拉曼激光输出，该技术已经被证明是一种产生中红外激光的有效手段。
[0003]高功率、高效率、窄脉宽的激光器一直是科研人员研究的热点。通过光纤光栅对脉宽缩、孤子受激拉曼散射、交叉相位调制脉宽压缩、和干涉仪脉宽压缩等技术均可获得窄脉宽的激光，而对于拉曼激光脉宽压缩的研究报道则比较少，本专利技术利用受激散射光脉冲持续时间小于入射激光脉冲持续时间的脉宽压缩特性，来获得窄脉宽的激光输出。
技术实现思路
[0004]基于受激拉曼散射的脉宽压窄特性，本专利技术以刚超过受激拉曼散射阈值能量的泵浦激光进行泵浦拉曼活性介质气体，发生受激拉曼散射，产生中红外波段的拉曼激光，利用更少的有效泵浦激光脉冲时间而引起拉曼光的脉宽变窄；同时通过在拉曼池中掺入惰性气体并降低拉曼活性气体的分压，导致拉曼线宽的增加及拉曼介质粒子数的减少从而使增益系数变小，提高其拉曼转化的阈值功率密度，也可获得窄脉宽的中红外波段拉曼种子光；之后通过种子光放大手段，获得窄脉宽、高功率的中红外拉曼激光输出。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种中红外拉曼激光器，包括：中红外拉曼种子光产生系统，其包括调Q脉冲固体激光器一、拉曼池一和二向色镜一；调Q脉冲固体激光器一用以输出所需波长的泵浦激光；拉曼池一用以接收调Q脉冲固体激光器一输出的泵浦激光，并转换为中红外拉曼种子光；二向色镜一用以将中红外拉曼种子光透射至多级放大系统；
[0007]多级放大系统，其包括一级放大单元和二级放大单元；一级放大单元包括调Q脉冲固体激光器二、二向色镜二和拉曼池二；拉曼池二用以接收中红外拉曼种子光和调Q脉冲固体激光器二输出的与中红外拉曼种子光传播路线相反的泵浦激光，并输出一级放大拉曼光；二向色镜二用以反射一级放大拉曼光至二级放大单元；
[0008]二级放大单元包括调Q脉冲固体激光器三、二向色镜四、拉曼池三和二向色镜三；拉曼池三用以接收一级放大拉曼光和调Q脉冲固体激光器三输出的与一级放大拉曼光传播路线相反的泵浦激光，并经二向色镜四输出中红外拉曼光；二向色镜三用以将一级放大拉曼光反射至拉曼池三；
[0009]时间同步系统，其包括时间延迟器，用以调控调Q脉冲固体激光器一、调Q脉冲固体
激光器二和调Q脉冲固体激光器三输出泵浦激光的时间，实现泵浦激光与拉曼光在时间上的同步传输。
[0010]进一步的，多级放大系统包含多级放大单元；每级放大单元均包括调Q脉冲固体激光器、拉曼池，并由二向色镜将放大后的拉曼光分离输出。
[0011]进一步的，拉曼池选用气密性好的单程池、三程池、五程池或2N+1程池，可填不同拉曼活性气体，气体压力可在0.1MPa-10MPa之间进行调节；放大单元的拉曼池的长度要大于泵浦激光脉宽
×
光速/拉曼池程数。
[0012]进一步的，二向色镜用于分离泵浦激光和中红外拉曼光，其中二向色镜一镀有中红外拉曼光波长透过率高于99％的增透膜和泵浦激光波长反射率高于99％的高反膜；多级放大系统中的二向色镜二、二向色镜三和二向色镜四镀有泵浦激光波长透过率高于99％的增透膜和中红外拉曼光波长反射率高于99％的高反膜。
[0013]进一步的，调Q脉冲固体激光器一输出的泵浦激光经过拉曼池一的入口后，经凹面反射镜一汇聚后焦点聚于拉曼池一的中心，再通过凹面反射镜二后成平行光束从拉曼池一的出口射出；中红外拉曼种子光经拉曼池二的入口后，经直角棱镜一和直角棱镜二的反射后从拉曼池二出口射出；一级放大拉曼光经拉曼池三的入口后，经直角棱镜三和直角棱镜四的反射后从拉曼池三的出口射出；拉曼池中的凹面反射镜与直角棱镜均延激光传播光轴方向放置。
[0014]本专利技术还提供了一种产生高功率窄脉宽中红外拉曼激光的方法，使用前述激光器，在拉曼池一中充入由拉曼活性气体和惰性气体组成的混合气体；调节调Q脉冲固体激光器一的输出功率和拉曼池中拉曼活性气体和惰性气体的分压，使得输出功率刚超过拉曼活性气体受激拉曼散射阈值；泵浦激光与拉曼活性气体介质作用，产生受激拉曼散射效应，输出中红外波段的窄脉宽拉曼种子光。
[0015]在拉曼池二和拉曼池三中充入同种拉曼活性气体，气体压力在1MPa-10MPa之间；在多级放大系统中，拉曼池中充入较高压力的同种拉曼活性气体介质，选用较高能量的泵浦激光泵浦，可使种子光获得有效放大。
[0016]进一步的，拉曼池一中拉曼活性气体压力小于1MPa；拉曼活性气体分压为10％-50％；惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气和氙气等；拉曼活性气体包括甲烷、氘气和氢气等。
[0017]进一步的，调Q脉冲固体激光器一和所有放大单元中采用的调Q脉冲固体激光器输出的泵浦激光为波长和重复频率相一致的近红外波长激光。
[0018]进一步的，调Q脉冲固体激光器一输出的泵浦激光入射到拉曼池一中产生中红外拉曼种子光；通过二向色镜一对中红外拉曼种子光和剩余泵浦激光进行分离，剩余泵浦激光反射到束流收集器一中，中红外拉曼种子光透过二向色镜一入射到拉曼池二中进行一级放大；
[0019]调Q脉冲固体激光器二输出的泵浦激光经二向色镜二沿拉曼种子光传播的相反路线入射到拉曼池二中，对中红外拉曼种子光泵浦后输出一级放大拉曼光；剩余泵浦激光通过二向色镜一反射到束流收集器二中；一级放大拉曼光通过二向色镜二反射至二向色镜三，再经二向色镜三反射至拉曼池三中进行二级放大；
[0020]调Q脉冲固体激光器三输出的泵浦激光经二向色镜四沿一级放大拉曼光传播的相
反路线入射到拉曼池三中，对一级放大拉曼光泵浦后，剩余泵浦激光经二向色镜三入射到束流收集器三中，二级放大的窄脉宽中红外拉曼激光经二向色镜四射出。
[0021]进一步的，选用不同波长的泵浦激光和拉曼活性介质组合可输出不同波长的中红外拉曼激光，包括且不限于：调Q脉冲固体激光器输出1064nm波长激光，拉曼池中填充甲烷气体，输出2.8μm二阶斯托克斯光；调Q脉冲固体激光器输出1064nm波长激光，拉曼池中填充氘气，输出2.8μm二阶斯托克斯光；调Q脉冲固体激光器输出1.53μm波长，拉曼池中填充氢气，输出4.2μm一阶斯托克斯光；调Q脉冲固体激光器输出1.56μm波长激光，拉曼池中填充氢气，输出4.4μm一阶斯托克斯光。
[0022]较现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]1、本专利技术通过使用种子光多级放大的方案，极大地分散了拉曼活性介质发生非线性效应过程中的产热区域，改善热管理，可实现高平均功率的拉本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种中红外拉曼激光器，其特征在于，包括：中红外拉曼种子光产生系统，其包括调Q脉冲固体激光器一、拉曼池一和二向色镜一；所述调Q脉冲固体激光器一用以输出所需波长的泵浦激光；所述拉曼池一用以接收调Q脉冲固体激光器一输出的泵浦激光，并转换为中红外拉曼种子光；所述二向色镜一用以将中红外拉曼种子光透射至多级放大系统；多级放大系统，其包括一级放大单元和二级放大单元；所述一级放大单元包括调Q脉冲固体激光器二、二向色镜二和拉曼池二；所述拉曼池二用以接收中红外拉曼种子光和调Q脉冲固体激光器二输出的与中红外拉曼种子光传播路线相反的泵浦激光，并输出一级放大拉曼光；所述二向色镜二用以反射一级放大拉曼光至二级放大单元；所述二级放大单元包括调Q脉冲固体激光器三、二向色镜四、拉曼池三和二向色镜三；所述拉曼池三用以接收一级放大拉曼光和调Q脉冲固体激光器三输出的与一级放大拉曼光传播路线相反的泵浦激光，并经二向色镜四输出中红外拉曼光；所述二向色镜三用以将一级放大拉曼光反射至拉曼池三；时间同步系统，其包括时间延迟器，用以调控调Q脉冲固体激光器一、调Q脉冲固体激光器二和调Q脉冲固体激光器三输出泵浦激光的时间。2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述多级放大系统包含多级放大单元；每级放大单元均包括调Q脉冲固体激光器、拉曼池，并由二向色镜将放大后的拉曼光分离输出。3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述拉曼池一、拉曼池二和拉曼池三选用单程池、三程池、五程池或2N+1程池；所述拉曼池二和拉曼池三的长度大于泵浦激光脉宽
×
光速/拉曼池程数。4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述二向色镜一镀有中红外拉曼光波长透过率高于99％的增透膜和泵浦激光波长反射率高于99％的高反膜；所述二向色镜二、二向色镜三和二向色镜四镀有泵浦激光波长透过率高于99％的增透膜和中红外拉曼光波长反射率高于99％的高反膜。5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述调Q脉冲固体激光器一输出的泵浦激光经过拉曼池一的入口后，经凹面反射镜一汇聚后焦点聚于拉曼池一的中心，再通过凹面反射镜二后成平行光束从拉曼池一的出口射出；中红外拉曼种子光经拉曼池二的入口后，经直角棱镜一和直角棱镜二的反射后从拉曼池二出口射出；一级放大拉曼光经拉曼池三的入口后，经直角棱镜三和直角棱镜四的反射后从...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈陈诚，郭敬为，刘金波，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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