專利名稱：變反射率拉曼激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種變反射率拉曼(Raman)激光器， 具體地說，涉及一種至少采用一個變反射率腔鏡的拉曼激光諧振腔，此種變反 射率鏡的反射率沿徑向呈曲線變化。使用變反射率腔鏡的拉曼激光器，其輸出 光束具有很好的光束質(zhì)量。
背景技術(shù)：
拉曼激光器是基于非線性介質(zhì)的受激拉曼散射(SRS)實現(xiàn)激光頻率變換， 產(chǎn)生新的激光波長。拉曼介質(zhì)置于諧振腔中，在基波的泵浦作用下，通過拉曼諧 振腔的振蕩作用形成正反饋來降低斯托克斯(stokes)波或反斯托克斯波的閾值， 進而產(chǎn)生新的頻移波長。
已有技術(shù)中拉曼激光器有多種結(jié)構(gòu)配置，典型的有外腔式、內(nèi)腔式和折疊 腔結(jié)構(gòu)；多采用平-平腔。
外腔式結(jié)構(gòu)的拉曼激光器拉曼諧振腔與基波諧振腔分開，基波諧振腔輸出 的泵浦光通過耦合光學系統(tǒng)進入拉曼諧振腔，與拉曼介質(zhì)相互作用產(chǎn)生新的頻移 波長；
內(nèi)腔式結(jié)構(gòu)的拉曼激光器拉曼諧振腔內(nèi)置于基波諧振腔之中，利用基波諧 振腔內(nèi)腔功率高的特點，可大大提高拉曼轉(zhuǎn)換效率；
折疊腔結(jié)構(gòu)的拉曼激光器是內(nèi)腔結(jié)構(gòu)拉曼激光器的一種變形，其主要特點是 基波泵浦光路與拉曼光諧振光路不重合，可降低腔內(nèi)的功率密度，避免相互干涉 引起的光學元件損傷。
盡管拉曼激光器輸出光束的光束質(zhì)量要好于基波泵浦光束；但是，高光束能 量和高光束質(zhì)量是一對矛盾，尤其是要同時獲得高輸出能量和高光束質(zhì)量是相當 困難的，已成為制約拉曼激光器發(fā)展的瓶頸技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種變反射率拉曼激光器，其特征在于，所述變反射率
拉曼激光器包括變反射率基波諧振腔、激光晶體、變反射率拉曼諧振腔和拉曼 介質(zhì)。其中，基波諧振腔中任意一個腔鏡鍍有與基波波長相應(yīng)的變反射率膜層， 構(gòu)成變反射率基波諧振腔；拉曼諧振腔中任意一個腔鏡鍍有與拉曼頻移波長相應(yīng)
的變反射率膜層，構(gòu)成變反射率拉曼諧振腔。
所述變反射率膜系的反射率曲線為連續(xù)或階躍的多種線型，包括高斯曲線、
準高斯曲線、拋物線或高階多峰曲線；
所述反射率值沿反射鏡口徑的徑向方向變化，繞諧振腔軸心呈中心對稱分布 或非對稱分布，具體的線型以結(jié)合諧振腔進行設(shè)計，從而有效地減小光束發(fā)散角， 提高拉曼激光器輸出激光的光束質(zhì)量。
所述激光器為外腔式變反射率拉曼激光器、內(nèi)腔式變反射率拉曼激光器、變 反射率自拉曼激光器；或是折疊腔變反射率拉曼激光器。
所述腔鏡為平面鏡、曲面鏡或棱鏡。
本發(fā)明的有益效果是通過在腔鏡上鍍變反射率膜系，較好的實現(xiàn)腔內(nèi)橫膜選 擇，使輸出的激光束具有更高的光束質(zhì)量，大大減小光束的發(fā)散角。


圖1是外腔式結(jié)構(gòu)的變反射率拉曼激光器實施例示意圖。
圖2是內(nèi)腔式結(jié)構(gòu)的變反射率拉曼激光器實施例示意圖。
圖3是折疊腔結(jié)構(gòu)的變反射率拉曼激光器實施例示意圖。
圖4是變反射率鏡膜層結(jié)構(gòu)的具體實施例。
圖5是變反射率鏡上可能采用的幾種反射率曲線。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種變反射率拉曼激光器。在實施例中，具體采用1064nm波長 的激光脈沖作為基波泵浦光，同時采用拉曼晶體Ba(N03)2作為拉曼介質(zhì)，產(chǎn)生 1197mn的一級拉曼光。以此為例來闡述本發(fā)明的設(shè)計思想，以下結(jié)合附圖對本發(fā) 明的具體實施過程作進一步的說明。
實施例一
如圖1所示為外腔式結(jié)構(gòu)的變反射率拉曼激光器示意圖。主要包括輸入鏡 1、拉曼晶體2、輸出鏡3、基波泵浦源5和光學耦合系統(tǒng)6;其中輸入鏡l、拉 曼晶體2和輸出鏡3同心布置，構(gòu)成拉曼諧振腔；并非同軸的放置在基波泵浦源
5和光學耦合系統(tǒng)6的光路上；所述拉曼諧振腔采用非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)?；ū闷衷? 采用1064nm波長的激光器，提供泵浦基波；并通過光學耦合系統(tǒng)6耦合進拉曼 諧振腔，光學耦合系統(tǒng)6的作用是實現(xiàn)模式匹配；輸入鏡l對基波高透，對一級
拉曼光1197nm高反；輸出鏡3對基波高反，輸出鏡3的凸面鍍有變反射率膜系4, 對一級拉曼光1197nm變反射率；變反射率輸出鏡3與拉曼晶體2和輸入鏡1共 同組成變反射率拉曼諧振腔，以改善一級拉曼輸出光的光束質(zhì)量。 實施例二
如圖2所示為內(nèi)腔式結(jié)構(gòu)的變反射率拉曼激光器實施例示意圖，主要包括
輸入鏡l、拉曼晶體2、輸出鏡3、基波反射鏡7、電光調(diào)Q晶體8、起偏鏡9和 激光晶體IO。輸入鏡l、拉曼晶體2和輸出鏡3同心布置，構(gòu)成拉曼諧振腔，與 實施例1相似，基波反射鏡7、電光調(diào)Q晶體8、起偏鏡9、激光晶體10和輸出 鏡3構(gòu)成基波諧振腔，作為拉曼諧振腔的泵浦源。拉曼諧振腔內(nèi)置在基波諧振腔 中，內(nèi)腔式結(jié)構(gòu)的特點是泵浦功率密度高，因此轉(zhuǎn)換效率高。
所述基波諧振腔中，電光調(diào)Q晶體8和起偏鏡9組成Q開關(guān)；基波反射鏡7 的內(nèi)側(cè)即右側(cè)鍍有1064nm的變反射率膜層4，這樣可以改善基波的光束質(zhì)量，還 容易實現(xiàn)基波腔和拉曼腔的模式匹配。
所述拉曼諧振腔中，輸入鏡1對基波1064nm高透，對一級拉曼光1197nm 高反；輸出鏡3對基波高反，同時在其內(nèi)側(cè)即左側(cè)鍍有針對一級拉曼光1197nm 優(yōu)化了的變反射率膜系，能夠改善一級拉曼輸出光的光束質(zhì)量。
實施例三
本發(fā)明折疊腔結(jié)構(gòu)的變反射率拉曼激光器實施例示意圖如圖3所示，主要包 括輸入鏡l、拉曼晶體2、輸出鏡3、基波反射鏡7、電光調(diào)Q晶體8、起偏鏡 9、激光晶體10和波長分束片11。輸入鏡l、拉曼晶體2和輸出鏡3構(gòu)成拉曼諧 振腔，拉曼諧振腔采用非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)；基波反射鏡7、電光調(diào)Q晶體8、起偏鏡9、 激光晶體IO、波長分束片ll和輸入鏡l構(gòu)成基波諧振腔，作為拉曼諧振腔的泵
浦源?；ㄖC振腔光路與拉曼諧振腔光路分開，并斜向相交，波在長分束片11
斜放在拉曼晶體2和輸出鏡3之間；所放位置在基波諧振腔光路與拉曼諧振腔光
路斜向相交的交點上；折疊腔結(jié)構(gòu)實際上是直線內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的改進，這樣既繼承了 內(nèi)腔結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換效率高的特點，同時又降低了腔內(nèi)功率密度，避免光學元件損傷。 本實施例中輸入鏡1為全反鏡。
所述基波諧振腔中，與實施例二相同，基波反射鏡7的內(nèi)側(cè)即右側(cè)鍍有 1064nm的變反射率膜層來改善基波的光束質(zhì)量和實現(xiàn)與拉曼諧振腔的模式匹配。
所述的拉曼諧振腔中，輸入鏡1對基波1064nm高反，同時對一級拉曼光 1197nm高反；輸出鏡3的內(nèi)側(cè)即左側(cè)鍍有針對一級拉曼光1197nm優(yōu)化了的變反 射率膜系，能夠改善一級拉曼輸出光的光束質(zhì)量。
實施例四
本發(fā)明變反射率鏡膜層結(jié)構(gòu)的具體實施例如圖4所示。其中圖4a是圖1、 圖2和圖3中輸出鏡3針對一級拉曼光1197nm優(yōu)化了的變反射率膜層的具體實 施例示意圖；圖4b是圖2和圖3中基波反射鏡7針對1064nm泵浦基波的變反射 率膜系的具體實施例示意圖。
圖4a中，輸出鏡3的凸面鍍有1197nm變反射率膜系4，變反射率曲線釆用2 階高斯線型；凹面鍍1197nm的高透過濾模層。其中，基片15的材料為K9玻璃； 二氧化鋯的1/4波長模層14的厚度約為0. 15 y m; 二氧化硅1/4波長模層13的 厚度約為0. 2 y m; 二氧化鋯的1/4波長模14和二氧化硅1/4波長模13均可以采 用普通的蒸鍍法加工。最外層的二氧化鋯漸變模層12是中心對稱的，且漸變分 布，中心厚度約為0. 15um，厚度從中心向邊緣遞減，在邊緣處接近O，該層采 用電子槍蒸鍍法進行加工。輸出鏡3的膜層對波長為1197nm光波反射率為所要 求的曲線，膜系中心處的反射率值為50%左右。
圖4b中，基波反射鏡7的凸面也為變反射率膜系。其中，基片15的材料也 為K9玻璃;硫化鋅1/4波長膜18的厚度約為0. 12um;氟化鎂1/4波長膜17 的厚度約為0. 19 ix m，硫化鋅1/4波長膜18和氟化鎂1/4波長膜17采用普通蒸
鍍法加工。硫化鋅漸變膜層16為中心對稱的漸變分布，中心厚度約為0.12um, 且從中心向邊緣遞減，在邊緣接近O。該層采用電子槍蒸發(fā)的方法進行加工。硫 化鋅1/4波長膜18、氟化鎂1/4波長膜17和硫化鋅漸變膜層16構(gòu)成的膜系對波 長1064nm光波的反射率為所要求的曲線，中心透過率為90%左右。
上述實施例中，本發(fā)明變反射率鏡上可能采用的幾種反射率曲線如圖5所示。其 中，曲線19是2階高斯曲線；曲線20是4階高斯曲線；曲線21是6階高斯曲 線；曲線22是馬鞍形曲線。具體線型可根據(jù)需要進行選擇。
并不用以局限本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換 等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種變反射率拉曼激光器，其特征在于，所述變反射率拉曼激光器包括變反射率基波諧振腔、激光晶體、變反射率拉曼諧振腔和拉曼介質(zhì)；其中，基波諧振腔中任意一個腔鏡鍍有與基波波長相應(yīng)的變反射率膜系，構(gòu)成變反射率基波諧振腔；拉曼諧振腔中任意一個腔鏡鍍有與拉曼頻移波長相應(yīng)的變反射率膜系，構(gòu)成變反射率拉曼諧振腔；所述變反射率拉曼激光器至少采用一個變反射率腔鏡的拉曼激光諧振腔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述變反射率拉曼激光器，其特征在于，所述變反射率膜 系的反射率曲線為連續(xù)或階躍的多種線型，包括高斯曲線、準高斯曲線、拋物線 或高階多峰曲線P
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述變反射率拉曼激光器，其特征在于，所述激光器為外 腔式變反射率拉曼激光器、內(nèi)腔式變反射率拉曼激光器、變反射率自拉曼激光器； 或是折疊腔變反射率拉曼激光器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述變反射率拉曼激光器，其特征在于，所述腔鏡為平面 鏡、曲面鏡或棱鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述變反射率拉曼激光器，其特征在于，所述反射率曲線 沿反射鏡口徑的徑向方向變化，繞諧振腔軸心呈中心對稱分布或非對稱分布，具 體的線型以結(jié)合諧振腔進行設(shè)計，從而有效地減小光束發(fā)散角，提高拉曼激光器 輸出激光的光束質(zhì)量。
全文摘要
本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種變反射率拉曼激光器，包括變反射率基波諧振腔、激光晶體、變反射率拉曼諧振腔和拉曼介質(zhì)；其中，基波諧振腔中任意一個腔鏡鍍有與基波波長相應(yīng)的變反射率膜系，構(gòu)成變反射率基波諧振腔；拉曼諧振腔中任意一個腔鏡鍍有與拉曼頻移波長相應(yīng)的變反射率膜系，構(gòu)成變反射率拉曼諧振腔；所述變反射率拉曼激光器至少采用一個變反射率腔鏡的拉曼激光諧振腔。此種變反射率鏡的反射率沿徑向呈曲線變化，從而有效地減小光束發(fā)散角，提高拉曼激光器輸出激光的光束質(zhì)量。
文檔編號H01S3/30GK101350495SQ20081011928
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者鞏馬理, 張海濤, 強 柳, 巍 王, 平 閆, 磊 黃 申請人:清華大學