CN102044838A - 一种受激拉曼和频激光波长转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种受激拉曼和频激光波长转换装置，包括一产生第一波长为λ1的受激拉曼频移激光的拉曼谐振腔、一产生第二波长为λ2的激光能级跃迁激光的激光谐振腔，在所述第一波长为λ1的受激拉曼频移激光光束和所述第二波长为λ2的激光能级跃迁激光光束的公共重叠部分设置有产生第三波长为λ3的和频激光的非线性和频晶体。当波长为λ1的受激拉曼频移激光和波长为λ2的激光能级跃迁激光同时通过非线性和频晶体时，产生波长为λ3的和频激光。本发明的受激拉曼和频激光波长转换装置可以有效拓宽可用的单谱线激光波长数量。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光波长转换装置，具体的涉及一种受激拉曼和频激光波长转换装置。
背景技术
通常固体激光器的输出激光波长来自于激光材料的能级跃迁，可实际应用的固体激光材料不是很多，每种固体激光材料也只有少数可用的激光跃迁谱线，因此能够实用的单谱线波长不能满足不断增长的需求。
随着非线性光学频率转换技术及相应的非线性光学晶体的研究发展，通过非线性光学频率转换技术可以把来自于激光晶体能级跃迁的波长转换为新的激光波长，这些技术分别称为非线性光学倍频、和频、差频和光学参量变换等技术。在非线性光学和频技术中，最常用的是参与和频的两个不同波长的激光都是来自于激光材料的能级跃迁，如美国专利技术No.5.345.457的两个子谐振腔通过两个激光晶体的能级跃迁分别产生1064nm和1318nm两个不同波长的基频光，这两个基频光束再通过谐振腔公共重合部分的和频晶体产生了589nm的波长输出。类似的国内技术有申请号为200410010917.6的授权发明专利，该专利技术提出了一种腔内和频的折叠腔结构。通过和频技术获得新波长的专利技术还有美国专利No.：US20040125834A1，该专利技术中参与和频的两个不同波长的基频光中一个由固体激光材料的准三能级跃迁获得，另一个由固体激光材料的四能级跃迁获得。
激光频率转换的另一种方法是受激拉曼散射技术，该技术是通过拉曼散射介质的受激拉曼散射引起的频移，把入射并通过拉曼散射介质的基频光转换为新波长的激光。这种新波长的激光又可继续通过非线性光学的倍频技术再转换为另一个波长的激光。中国专利申请了这种拉曼激光的倍频技术，申请号分别为200810138022.9和200720029555.4等。
发明内容
本发明的目的是结合以上背景技术，提出了一种受激拉曼和频激光波长转换装置，进一步拓宽可用的单谱线激光波长数量。
为了解决上述技术问题，实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：
一种受激拉曼和频激光波长转换装置，包括一产生第一波长为λ1的受激拉曼频移激光的拉曼谐振腔、一产生第二波长为λ2的激光能级跃迁激光的激光谐振腔，在所述第一波长为λ1的受激拉曼频移激光光束和所述第二波长为λ2的激光能级跃迁激光光束的公共重叠部分设置有产生第三波长为λ3的和频激光的非线性和频晶体。
当所述第一波长为λ1的受激拉曼频移激光和第二波长为λ2的激光能级跃迁激光同时通过所述非线性和频晶体5时，产生第三波长为λ3的和频激光。
进一步的，所述拉曼谐振腔包括在一光路上依次安置的第一谐振腔镜、第一激光增益介质、受激拉曼散射介质和第一输出耦合镜；所述激光谐振腔包括在另一光路上依次安置的第二谐振腔镜、第二激光增益介质、第一平面合束镜和第二输出耦合镜。
进一步的，所述第一平面合束镜、非线性和频晶体、第一输出耦合镜和第二输出耦合镜依次排列安置。
本发明的受激拉曼和频激光波长转换装置的工作原理如下：
当所述拉曼谐振腔内的第一激光增益介质被外部光源发出的泵浦光泵浦时，产生了跃迁波长为λ0的激光，并在所述第一谐振腔镜和第一输出耦合镜之间的拉曼谐振腔内传播振荡。所述波长为λ0的激光光束通过所述受激拉曼散射介质时，由于受激拉曼散射效应使波长λ0的激光频移产生了第一波长为λ1的受激拉曼频移激光光束，并也在所述第一谐振腔镜和第一输出耦合镜之间的拉曼谐振腔内传播振荡。
当所述激光谐振腔内的第二增益介质被外部光源产生的泵浦光泵浦时，产生了第二波长为λ2的激光能级跃迁激光光束，并通过所述第一平面合束镜在所述第二谐振腔镜和第二输出耦合镜之间的激光谐振腔内传播振荡。
由于所述第一平面合束镜对所述第一波长为λ1的受激拉曼频移激光光束和波长为λ2的激光能级跃迁激光光束具有合光束作用，使这两个光束能够共线或非共线但有重叠的通过所述非线性和频晶体。当第一波长为λ1的受激拉曼频移激光和第二波长为λ2的激光能级跃迁激光同时入射并通过所述非线性和频晶体时，由于非线性光学和频相互作用，产生了不同于第一波长为λ1和第二波长为λ2的新的第三波长为λ3的和频激光，并通过所述第一输出耦合镜和第二输出耦合镜输出。
其中，所述λ1、λ2和λ3应满足和频关系1/λ3＝1/λ2+1/λ1。所述非线性和频晶体需要按所述λ1和λ2的非线性和频相互作用产生波长为λ3的位相匹配方向切割，使所述λ2、λ3和λ1在所述非线性和频晶体中传播时满足位相匹配关系其中，
和
都是矢量，并分别是所述波长为λ1的受激拉曼频移激光、波长为λ2的激光能级跃迁激光和波长为λ3的和频激光在所述非线性和频晶体中传播时的折射率。
通过上述技术的应用，本发明的受激拉曼和频激光波长转换装置可以有效拓宽可用的单谱线激光波长数量。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的受激拉曼和频激光波长转换装置一实施例的结构示意图。
图2是图1中揭露的实施例的进一步改进的结构示意图。
图3是本发明的受激拉曼和频激光波长转换装置另一实施例的结构示意图
图中标号说明：1、第一谐振腔镜，2、第一激光增益介质，3、受激拉曼散射介质，4、第一平面合束镜，5、非线性和频晶体，6、第一输出耦合镜，7、第二谐振腔镜，8、第二激光增益介质，9、第二输出耦合镜，10、自受激拉曼散射介质，11、第一平面反射镜，12、第二平面反射镜。
具体实施方式
实施例1：
参见图1所示，一种受激拉曼和频激光波长转换装置，包括一产生第一波长为λ1的受激拉曼频移激光的拉曼谐振腔、一产生第二波长为λ2的激光能级跃迁激光的激光谐振腔，在所述第一波长为λ1的受激拉曼频移激光光束和所述第二波长为λ2的激光能级跃迁激光光束的公共重叠部分设置有产生第三波长为λ3的和频激光的非线性和频晶体5。
进一步的，所述拉曼谐振腔包括在一光路上依次安置的第一谐振腔镜1、第一激光增益介质2、受激拉曼散射介质3和第一输出耦合镜6；所述激光谐振腔包括在另一光路上依次安置的第二谐振腔镜7、第二激光增益介质8、第一平面合束镜4和第二输出耦合镜9。
进一步的，所述第一平面合束镜4、非线性和频晶体5、第一输出耦合镜6和第二输出耦合镜9依次排列安置。
优选的，本实施列中，所述第一激光增益介质2和受激拉曼散射介质3由一自受激拉曼散射介质10取代，如图2所示。
进一步的，第一谐振腔镜1的靠近自受激拉曼散射介质10的表面可以是平面或凹面，制备对波长为1063nm和1173nm的光束反射率大于99.5％的反射膜，对波长为808nm的光束透过率大于90％的多层介质膜，另一面制备对波长为808nm的光束透过率大于99％的增透膜。
进一步的，自受激拉曼散射介质10采用波长为1063nm跃迁谱线的掺有稀土元素的激光晶体，如Nd:GdVO4激光晶体，两个通光面制备有对1063nm和1173nm的双波长光束透过率大于99％的增透膜，其中，靠近第一谐振腔镜1表面的增透膜同时要对808nm的波长光束增透，透过率大于90％。
进一步的，第二谐振腔镜7的靠近第二激光增益介质8的表面制备有对波长为1123nm的光束反射率大于99.5％、对波长为808nm和1064nm的光束透过率分别大于90％和80％的多层介质膜，另一面制备对波长为808nm的光束透过率大于99％的增透膜。
进一步的，第二激光增益介质8采用波长为1123nm跃迁谱线的Nd:YAG激光晶体，介质的两个通光面制备对1123nm波长的光束增透膜，透过率大于99％，其中靠近第二谐振腔镜7表面的增透膜同时要对波长为808nm的光束增透，透过率大于90％。
进一步的，第一平面合束镜4的一个面制备对波长为1063nm和1173nm的光束增透膜，透过率大于99％；另一个面制备对波长为1063nm和1173nm的光束透过率大于98％和对波长为1123nm的光束反射率大于99％的多层介质膜。
进一步的，非线性和频晶体5采用LBO、BiBO、KTP或KTA等非线性和频晶体，按1173nm波长与1123nm波长和频产生574nm波长的位相匹配方向切割，晶体的两个通光面都制备对波长为1063nm、1123nm，1173nm和574nm等四个波长的光束增透膜。
进一步的，第一输出耦合镜6的靠近非线性和频晶体5表面的膜系制备要求对1063nm和1173nm波长的光束反射率大于99.5％，对1123nm波长的光束透过率大于99.5％和对574nm波长的光束透过率大于95％，另一面的膜系制备要求对1123nm波长的光束透过率大于99.5％和对574nm波长的光束透过率大于98％。
进一步的，第二输出耦合镜9的靠近第一输出耦合镜6的表面的膜系制备要求对1123nm波长的光束反射率大于99.5％，对574nm波长的光束透过率大于95％，另一面的膜系制备要求对574nm波长的光束透过率大于98％。
当拉曼谐振腔内的Nd:GdVO4激光晶体被外部光源发出的泵浦光泵浦时，产生了波长为1063nm的激光跃迁，并在第一谐振腔镜1和第一输出耦合镜6之间传播振荡。波长为1063nm的激光束通过Nd:GdVO4激光晶体时，由于受激拉曼散射效应使1063nm波长的激光束转换为波长为1173nm的激光，也在第一谐振腔镜1和第一输出耦合镜6之间传播振荡；激光谐振腔内的Nd:YAG被外部的光源泵浦时，产生了1123nm波长的激光跃迁，并通过腔内第一平面合束镜4在第二谐振腔镜7和第二输出耦合镜9之间传播振荡；由于第一平面合束镜4对波长1173nm和波长1123nm的两个光束的合光束作用，通过调节可使这两个光束能够共线或非共线但有部分重叠的通过非线性和频晶体5。当这两个光束同时通过非线性和频晶体5时，由于非线性光学和频相互作用，产生了波长为574nm的新波长激光，并由第一输出耦合镜6和第二输出耦合镜9输出。
实施列2：
参见图3所示，一种受激拉曼和频激光波长转换装置，包括一产生第一波长为λ1的受激拉曼频移激光的拉曼谐振腔、一产生第二波长为λ2的激光能级跃迁激光的激光谐振腔，在所述第一波长为λ1的受激拉曼频移激光光束和所述第二波长为λ2的激光能级跃迁激光光束的公共重叠部分设置有产生第三波长为λ3的和频激光的非线性和频晶体5。
所述拉曼谐振腔包括在一光路上依次安置的第一谐振腔镜1、第一激光增益介质2、受激拉曼散射介质3和第一输出耦合镜6，所述拉曼谐振腔后设置有第一平面反射镜11；所述激光谐振腔包括在另一光路上依次安置的第二谐振腔镜7、第二激光增益介质8和第二输出耦合镜9；所述激光谐振腔后设置有第二平面反射镜12。
进一步的，所述第一平面反射镜11处于所述第二平面反射镜12的反射光路上，所述非线性和频晶体5设置在所述第一平面反射镜11后面。
本实施例的技术方案基本同实施例1，所不同之处在于：
第一平面合束镜4改为第一平面反射镜11，并与非线性和频晶体5都移到了谐振腔外，并增加了第二平面反射镜12。
当拉曼谐振腔内的第一激光增益介质2被外部光源发出的泵浦光泵浦时，产生了跃迁波长为λ0的激光，并在第一谐振腔镜1和第一输出耦合镜6之间的拉曼谐振腔内传播振荡。波长为λ0的激光光束通过受激拉曼散射介质3时，由于受激拉曼散射效应使波长为λ0的激光频移产生了第一波长为λ1的受激拉曼频移激光，并通过第一输出耦合镜6输出到腔外，然后通过第一平面反射镜11透射后入射到非线性和频晶体5内。
当激光谐振腔内的第二激光增益介质8被外部光源产生的泵浦光泵浦时，产生了第二波长为λ2的激光能级跃迁激光，在第二谐振腔镜7和第二输出耦合镜9之间的激光谐振腔内传播振荡，通过第二输出耦合镜9部分的输出到腔外，并由第二平面反射镜12和第一平面反射镜11反射后，入射到非线性和频晶体5内。当第一波长为λ1的受激拉曼频移激光和第二波长为λ2的激光能级跃迁激光同时入射并通过非线性和频晶体5时，由于非线性和频相互作用，产生了不同于第一波长为λ1和第二波长为λ2的新的第三波长为λ3的和频激光。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种受激拉曼和频激光波长转换装置，包括一产生第一波长为λ1的受激拉曼频移激光的拉曼谐振腔、一产生第二波长为λ2的激光能级跃迁激光的激光谐振腔，其特征在于：在所述第一波长为λ1的受激拉曼频移激光光束和所述第二波长为λ2的激光能级跃迁激光光束的公共重叠部分设置有产生第三波长为λ3的和频激光的非线性和频晶体(5)。
2.根据权利要求1所述的受激拉曼和频激光波长转换装置，其特征在于：所述拉曼谐振腔包括在一光路上依次安置的第一谐振腔镜(1)、第一激光增益介质(2)、受激拉曼散射介质(3)和第一输出耦合镜(6)；所述激光谐振腔包括在另一光路上依次安置的第二谐振腔镜(7)、第二激光增益介质(8)、第一平面合束镜(4)和第二输出耦合镜(9)。
3.根据权利要求2所述的受激拉曼和频激光波长转换装置，其特征在于：所述第一平面合束镜(4)、非线性和频晶体(5)、第一输出耦合镜(6)和第二输出耦合镜(9)依次排列安置。
4.根据权利要求1所述的受激拉曼和频激光波长转换装置，其特征在于：所述拉曼谐振腔包括在一光路上依次安置的第一谐振腔镜(1)、第一激光增益介质(2)、受激拉曼散射介质(3)和第一输出耦合镜(6)，所述拉曼谐振腔后设置有第一平面反射镜(11)；所述激光谐振腔包括在另一光路上依次安置的第二谐振腔镜(7)、第二激光增益介质(8)和第二输出耦合镜(9)；所述激光谐振腔后设置有第二平面反射镜(12)。
5.根据权利要求4所述的受激拉曼和频激光波长转换装置，其特征在于：所述第一平面反射镜(11)处于所述第二平面反射镜(12)的反射光路上，所述非线性和频晶体(5)设置在所述第一平面反射镜(11)后面。
6.根据权利要求2至5中任意一项所述的受激拉曼和频激光波长转换装置，其特征在于：所述非线性和频晶体(5)为LBO、BiBO、KTP或KTA非线性和频晶体中的任意一种。
7.根据权利要求2至5中任意一项所述的受激拉曼和频激光波长转换装置，其特征在于：所述第二激光增益介质(8)采用掺有稀土元素的激光晶体。
8.根据权利要求1至5中任意一项所述的受激拉曼和频激光波长转换装置，其特征在于：当所述第一波长为λ1的受激拉曼频移激光和第二波长为λ2的激光能级跃迁激光同时通过所述非线性和频晶体5时，产生第三波长为λ3的和频激光。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110504 |