本发明专利技术公开了一种多波长双级固体拉曼频移器及激光转化输出方法，主要包括：泵浦源；沿光轴顺序放置的第一耦合透镜、外腔式固体拉曼激光器、第二耦合透镜和固体拉曼发生器；与固体拉曼发生器相邻的分光元件；相对光轴45度放置的泵浦光45度高反镜、泵浦光分束镜、一阶斯托克斯光45度高反镜和一阶斯托克斯光及泵浦光合束镜；设在泵浦光分束镜和一阶斯托克斯光及泵浦光合束镜之间的光延迟线。其可以实现斯托克斯光及一阶反斯托克斯光的高效转换，大大扩展了现有激光波长的覆盖范围，转换效率高，使用方便，体积小，没有污染，具有广泛的实用性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种固体拉曼激光器，特别是一种多波长双级固体拉曼频移器及激光转化输出方法。
技术介绍
激光技术及应用领域发展快速，寻求新波长激光输出一直是激光领域研究者的不懈追求。受激拉曼散射不需要相位匹配,产生的散射光光束质量好、脉宽窄,并且具有高的转换效率，成为重要的变频技术。其中由于晶体拉曼介质具有粒子浓度大、体积小、热导性能好等优点，晶体中的受激拉曼散射过程成为研究热点。外腔式固体拉曼激光器被广泛用来产生斯托克斯光，实现频率下转换，拉曼介质 位于独立于泵浦激光器的拉曼腔内，不需要改变泵浦激光器结构，因而设计、优化较为简单，大大降低了受激拉曼散射的阈值，提高了转换效率，通过对腔镜反射率的控制可以有选择地实现某阶斯托克斯光的输出，同时谐振腔使散射光的光束质量得到了提高。有人利用33mm长的BaWO4晶体采用外腔式结构，对皮秒激光脉冲实现一阶斯托克斯光的光光转换效率为85%，接近量子限；二阶斯托克斯光的转换效率高达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体拉曼激光器，例如白俄罗斯SOLAR TII公司生产的基于硝酸钡晶体的拉曼变频器，可以进行一阶、二阶和三阶斯托克斯光的转换输出，最大转换效率分别为35%、30%和20%。相干反斯托克斯拉曼散射可以实现频率上转换，进一步扩展相干光谱范围。但处于热平衡状态的粒子大部分处于基态，因而受激拉曼散射过程产生的反斯托克斯光远比斯托克斯光微弱，外腔式拉曼激光器只能实现斯托克斯光的高效转换，难以直接实现高效率的反斯托克斯光的转换。而受激拉曼散射与拉曼共振四波混频过程结合可以产生反斯托克斯光，其过程是受激拉曼散射产生的一阶斯托克斯光(Qs)与泵浦光(ωρ)及一阶反斯托克斯光(《a)通过晶体的三阶非线性系数xK(3)相互耦合，四波混频过程2ωρ— ω3+ω3,即吸收两个泵浦光子产生一个斯托克斯光子和一个反斯托克斯光子，此过程被称为拉曼共振四波混频。拉曼共振四波混频的非线性系数X κ(3)与受激拉曼散射的非线性系数的量级相同，较非共振的三阶非线性系数χΝΚ(3)要大一至两个数量级，因而相干反斯托克斯拉曼散射与受激拉曼散射能达相近的转换效率。理论与实验研究表明相干反斯托克斯拉曼散射在完全相位匹配下，斯托克斯光与反斯托克斯光之间的耦合使这两种光都不能指数增长，从而最终限制了这两种光的转换效率，此现象被称为拉曼增益抑制(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)。斯托克斯光种子法是克服拉曼增益抑制的有效方法，即在泵浦过程中引入一束一阶斯托克斯光，一方面可以加强受激拉曼散射过程，提高斯托克斯光的转换效率；另一方面，还可以通过优化泵浦光与一阶斯托克斯光光强之比，获得反斯托克斯光的高效率转换。目前这方面的研究大都采用气体拉曼介质。例如，美国c. Reiser等人采用斯托克斯光种子法，以氢气作为拉曼介质，以纳秒脉冲作为泵浦光，用拉曼发生器与拉曼放大器组合的结构产生一阶斯托克斯光种子，将泵浦光与一阶斯托克斯光种子同时输入到主拉曼池中，得到相干反斯托克斯光的转换效率为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)。目前利用拉曼晶体获得相干反斯托克斯光研究相对较少。俄罗斯A.Z. Grasiuk等人采用皮秒激光脉冲作为泵浦，利用钨酸钆钾晶体，通过斯托克斯种子法实现了一阶反斯托克斯光的转换效率为 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)。实验中将部分皮秒脉冲激光经聚焦后入射到单一拉曼晶体中产生一阶斯托克斯种子光，并通过斯托克斯种子光法产生一阶反斯托克斯光的转换，该种结构必须利用皮秒脉冲的高峰值功率才能实现一阶反斯托克斯光转换，而纳秒脉冲则无法实现反斯托克斯光的有效转 换。R. P. Mildren等采用商用532nm调Q激光器作为泵浦源，采用外腔法实验获得了反斯托克斯光输出，泵浦光到一阶反斯托克斯光的功率转换效率仅为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),该实验采用单级结构,泵浦光、斯托克斯光及反斯托克斯光非共线传播，光束走离效应限制了光与拉曼介质的有效作用长度，从而限制了转换效率。2004年2月，中国专利公开了 CN1476131A号“多波长固体谐波拉曼激光器”专利申请，此专利涉及采用气体拉曼介质，利用无谐振腔单级拉曼发生器结构，实现对泵浦光的频率转换。2004年10月，中国专利公开了 CN1538231A号“荧光染料增强拉曼激光频移器和用途”专利申请，此专利同样采用气体拉曼介质，利用无谐振腔单级拉曼发生器结构，实现对泵浦光的频率转换。分析总结现有文献，可以发现单一外腔式固体拉曼激光器可以实现斯托克斯光的转换，无法实现反斯托克斯激光的高效输出；上面提到的关于相干反斯托克斯拉曼散射的实验大多是利用气体拉曼介质，气体拉曼介质增益系数小，需要的拉曼介质要长达数米，结构复杂，且转换效率低；热导率低，只能在低重复频率下运转；损伤阈值低，难以获得高功率激光。而拉曼晶体具有增益系数高、热导率大、损伤阈值高、结构紧凑、易获得高功率激光输出，较气体拉曼介质在未来的新型相干光源应用中有明显优势。
技术实现思路
针对以上存在的问题，本专利技术利用晶体拉曼介质的优良特性，采用双级结构，利用外腔式固体拉曼激光器来产生一阶斯托克斯光，采用斯托克斯光种子法，通过对参数的选择和优化，固体拉曼发生器可以实现斯托克斯光和反斯托克斯光的有效转换输出，大大扩展了现有激光波长的覆盖范围。与现在技术相比，多波长双级固体拉曼频移器可以对单一波长的输入光进行多波长输出，转换效率高，特别是可以实现反斯托克斯光的高效转换，同时使用方便，体积小，没有污染，具有广泛的实用性。本专利技术的具体本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丁双红，张骏，欧世峰，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。