低发散度、小型喇曼移频激光器，属于激光喇曼移频技术领域。本实用新型专利技术包括反射镜Ｍ－［１］和平凸镜Ｍ－［３］（ｆ－［２］）组成光学共振腔，其间沿光轴放置Ｑ开关、激光介质及充有高压气体的喇曼管，其靠近激光介质端装有平凸镜Ｍ－［２］（ｆ－［１］）。所述两块平凸透镜的焦距ｆ－［１］，ｆ－［２］为：ｆ－［１］＜ｆ－［２］，该结构避免了腔内高光密度对光学元件的损伤，进一步减小了输出光的发散度，再通过将Ｍ－［３］改成凹面镜并另加一个凸透镜，（*该技术在2001年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术属于激光喇曼移频
，特别是涉及激光拉曼移频器结构的改进。本专利技术人向中国专利局先后提出《小型内腔喇曼移频激光器》以及《小型激光喇曼管及制造工艺》二项专利申请，并分别于88年10月，89年2月，获得专利权。其中前一项专利提出一种含有二个透镜系统的内腔喇曼移频器，其结构如附图说明图1所示，其中平凸透镜M2的平面镀对泵浦光高透，喇曼光高反的膜，平凸透镜M3的平面镀对泵浦光高反，对喇曼移频光高透的膜，M2的焦距f1等于M3的焦距f2。M3与M1构成对泵浦光的共振腔，调Q开关(1)，YAG激光介质(2)及喇曼管(3)依次置于泵浦振荡腔内。这种结构具有阈值低，体积紧凑，转换效率高的优点。后一项专利设计出一种用于上述喇曼移频激光器的小型激光拉曼管，其结构如图2所示。其主体(31)为铝管，铝管两端封有玻璃窗片(33)，由于铝与玻璃窗片的膨胀系数相差较大，为了粘接牢固，在玻璃窗片与主体铝管之间有过渡头(32)相连，过渡头的材料选用与玻璃折射率相近的低碳钢。主体侧壁开有阻螺纹的小孔与充气嘴(34)相配。采用上述二项专利的小型拉曼移频激光器适用于手持式激光测距仪中，基本满足了实用的要求。但是上述结构的喇曼移频激光器及喇曼管还存在着下述不足之处。其一，在所述的喇曼移频激光器中，由于采用的两个平凸透镜焦距是f1＝f2(为保证出光效率，这是一般受激喇曼散射技术中所常用的)，输出喇曼光的发散度可达到约4毫弧度，这一发散度在不加任何发射望远镜系统的情况下，测距只能达几百米，还满足不了更远距离测距的要求。其二，所述喇曼管虽然比传统的喇曼管结构简单，体积小，重量轻，但由于对过渡头的材料膨胀系数限制严格，选用的材料有限，如该专利建议采用的4J6，4J49合金钢，硬度很高，切削难度大，不易加工，而采用低碳钢又容易生锈。另一方面，玻璃与金属的粘接，只靠玻璃四周与金属管壁接触，很难保证粘接成品率，到了冬天，胶易变脆则成品率更低。本技术针对上述不足之处，对喇曼移频激光器的结构进行了改进，达到减少喇曼光发散度，使喇曼管的结构更加简单、可靠的目的。本技术设计出一种小型内腔喇曼移频激光器。它包括一块反射镜M1和一平凸透镜M3组成的光学共振腔，对它们进行光学调整，使其光学准直、共轴。反射镜是对泵浦激光波长的全反镜，平凸透镜的平面朝腔外，镀有对泵浦激光波长高反，对喇曼光波长高透的介质膜层，凸面朝腔内，镀有对泵浦光和喇曼光双波长增透膜。在二镜之间沿光轴放置着Q开关、激光泵浦介质及充有高压气体的喇曼管。它们互相进行光学准直共轴。喇曼管靠近激光介质的一端封有另一块平凸透镜，其平面朝喇曼管外镀有对喇曼光波长高反，对泵浦光波长高透的介质膜层M2，凸面在喇曼管内有双波长增透膜。喇曼管另一端封有镀双波长增透的平面窗片(其结构参考图1所示)。其特征在于所说的两块平凸透镜的焦距f1，f2为f1＜f2。在专利(1)和一般受激喇曼散射装置中，通常都用f1＝f2，f1使泵浦光聚焦，f2使聚焦后的发散光束恢复原来泵浦光的状况，即入射到f1上的光束发散度等于(在调整好时)f2出射时光的发散度。为减小输出光发散度，本技术采用f1＜f2就使f1＋f2构成一个倒装的望远系统。根据望远镜角放大率M＝f2／f1可知，输出光发散度压缩了M倍。从而减小了输出光的发散度。但因f1，f2数值的选取及f2与f1之间的距离调整对泵浦光谐振腔的参量有很大影响。它不仅决定着泵浦光转移到喇曼光的转换效率，而且影响着使腔内光学元件损伤的共轭焦点的位置。而为了不造成损伤，在小尺寸YAG(棒长50mm直径4mm)情况下选取参数为二块平凸透镜M2，M3的焦距f1＝47～49mm、f2＝68～69mm，M1，M2镜间距离l1＝78～81.5mm(内含l＝50的YAG棒及l＝10mm的染料盒)M2，M3镜间距离l2＝127～132mm。经计算及实验几千次，腔内元件没有任何损伤。由上数据可见，放大率M的选取受到限制不能很大，因而发散角的压缩也受到限制。在上述情况下，发散角可压缩约不到1倍。为了进一步压缩发散度，并使发散度的调整不致影响泵浦腔。本技术在上述结构基础上又进行了改进。其特征在于由一块反射镜M1和一个平凹镜M3组成泵浦光的共振腔。在平凹镜外再加设置一块透镜M4，该透镜焦距f3与共振腔内其他元件准直共轴。如图3所示。这种结构可用调整透镜M与平凹镜(它们构成伽里略望远系统)的距离达到进一步减小发散角，又不影响激光输出功率及不会造成腔内元件损伤之目的。(可以证明当凹面镜的R＝f2时，这一凹面镜与原来平凸透镜M3(f2)所起作用完全相同。)本专利技术对上述喇曼移频激光器中喇曼管的结构也作了进一步改进，如图4所示，由侧壁带有充气嘴(34)的主体金属管(31)、玻璃窗片(33)所组成，其特征在于其主体管两端管口内壁车有一段螺纹，内接一段平滑台阶，所说的玻璃窗片放置在该台阶上，螺纹压圈(35)通过管口内壁螺纹压在玻璃窗片(33)外，螺纹压圈(35)及窗片与金属管之间的间隙充有强拉力胶，既起到密封作用又可以耐受不同膨胀系数所带来的张力。这种结构的喇曼管简化了加工、制作条件，降低了成本、提高了成品率。本专利技术采用上述改进结构，对其腔长及各光学元件的参数根据理论计算进行了合理的选择，使输出喇曼光的发散度降到2毫弧度以下，整个装置制作简单，成品率高，使用可靠，在激光测距仪中得到很好的应用。附图简要说明图1为已有技术的一种内腔喇曼移频激光器结构示意图图2为已有技术的一种喇曼管结构示意图图3为本专利技术设计的一种内腔喇曼移频激光器结构示意图图4为本专利技术设计的一种喇曼管结构示意图本专利技术实施上述技术方案的一种最佳实施例参考图1简要叙述如下选取平面反射镜M1与平凸透镜M2之间的距离为l1＝78mm，M2与M3之间的距离为l2＝130mm，取镜M2，M3的焦距f1＝47mm，f2＝68mm，这时两个共轭点均在喇曼管中，远离其他光学元件。选取喇曼管l＝115mm两端的螺纹长度约3mm而压圈厚约2mm。发散角减小到2毫弧度。本实施例所述的喇曼移频激光器用于测距仪中，使测量距离从原来的几百米提高到3.5公里，经过数千次的测距工作，激光器内的各光学元件未发生任何损伤。而采用图3结构，M3改为平凹镜其凹面曲率半径R＝50mm，透镜M4其两面均镀对喇曼光的增透膜，平凹镜M3与透镜M4构成一个伽里略式的望远系统。当调节M3与M4的相对距离时，输出光束的发散度有明显改变，但不影响出光强度，经过仔细调节，可将发散角减小到1个毫弧度左右。权利要求1.小型内腔喇曼移频激光器，包括一块反射镜M1和一平凸透镜M3组成的光学共振腔，对它们进行光学调整，使其光学准直、共轴，反射镜是对泵浦激光波长的全反镜，平凸透镜的平面朝腔外，镀有对泵浦激光波长高反，对喇曼光波长高透的介质膜层，凸面朝腔内，镀有对泵浦光和喇曼光双波长增透膜，在二镜之间沿光轴放置着Q开关、激光泵浦介质及充有高压气体的喇曼管，它们互相进行光学准直共轴，喇曼管靠近激光介质的一端封有另一块平凸透镜，其平面朝喇曼管外镀有对喇曼光波长高反，对泵浦光波长高透的介质膜层M2，凸面在喇曼管内有双波长增透膜，喇曼管另一端封有镀双波长增透的平面窗片，其特征在于所说的两块平凸透镜的焦距f1，f2本文档来自技高网...
【技术保护点】
小型内腔喇曼移频激光器，包括一块反射镜Ｍ↓［１］和一平凸透镜Ｍ↓［３］组成的光学共振腔，对它们进行光学调整，使其光学准直、共轴，反射镜是对泵浦激光波长的全反镜，平凸透镜的平面朝腔外，镀有对泵浦激光波长高反，对喇曼光波长高透的介质膜层，凸面朝腔内，镀有对泵浦光和喇曼光双波长增透膜，在二镜之间沿光轴放置着Ｑ开关、激光泵浦介质及充有高压气体的喇曼管，它们互相进行光学准直共轴，喇曼管靠近激光介质的一端封有另一块平凸透镜，其平面朝喇曼管外镀有对喇曼光波长高反，对泵浦光波长高透的介质膜层Ｍ↓［２］，凸面在喇曼管内有双波长增透膜，喇曼管另一端封有镀双波长增透的平面窗片，其特征在于所说的两块平凸透镜的焦距ｆ↓［１］，ｆ↓［２］为：ｆ↓［１］＜ｆ↓［２］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姚敏言，娄彩云，郭亦理，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]
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