專利名稱：一種548.5nm全固態(tài)拉曼激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種548. 5nm全固態(tài)拉曼激光器，屬固態(tài)激光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
物理理論發(fā)展的歷史表明，測(cè)量精度的提高對(duì)物理學(xué)的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。從氫原子模型到包含電子自旋效應(yīng)的薛定諤方程，到完全相對(duì)論描述的狄拉克方程，再到量子電動(dòng)力學(xué)的出現(xiàn)，都是被不斷提高的實(shí)驗(yàn)精度所推動(dòng)。激光冷凍技術(shù)的誕生，為獲得高精度粒子能級(jí)、精細(xì)結(jié)構(gòu)、超精細(xì)結(jié)構(gòu)打開了大門。激光冷凍技術(shù)可以將粒子團(tuán)的溫度降低到納開爾文(nk)量級(jí)，極大地降低了粒子的運(yùn)動(dòng)速度，減少了粒子間碰撞、多普勒效應(yīng)以及飛行時(shí)間效應(yīng)造成對(duì)測(cè)量光譜的影響，極大地提高了光譜測(cè)量的精度，為物理理論的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外，激光冷凍技術(shù)產(chǎn)生的冷原子在原子鐘[P. Wolf，F(xiàn). etc, Phys. Rev. Lett. , Vol. 96，no. 060801,2006]、 量子計(jì)算機(jī)[J. I. Cirac, and P. Zoller, Nature, Vol. 404, pp. 579-581，2000]、重力加速度和重力波測(cè)量[N. Yu, etc, Appl. Phys. B, Vol. 84，pp. 467-562，2006]、波色-愛因斯坦凝聚[C. C. Bradley, etc, Phys. Rev. Lett.，Vol. 75，pp. 1687-1691，1995]、物質(zhì)波干涉 [Τ. Schumm, etc, Nature Phys.，Vol. 1，pp. 57-62，2005]等多個(gè)方面也有著重要的應(yīng)用。 1997年和2001年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)就分別授予了在激光冷凍方面做了重要工作的朱棣文 (S. Chu)三人，和利用激光冷凍實(shí)現(xiàn)波色-愛因斯坦凝聚的維曼(C. Wieman)三人，足以見激光冷凍技術(shù)對(duì)當(dāng)今物理學(xué)發(fā)展的巨大貢獻(xiàn)。激光冷凍Li+離子最早的實(shí)驗(yàn)報(bào)道由S. Schr5der發(fā)表于1990年的物理評(píng)論快報(bào)(Physical Review Letters)雜志[S. Schroder, etc, Phys. Rev. Lett. , Vol. 64, pp. 2901-2904，1990]，用染料激光器作為激光源制冷將離子存儲(chǔ)環(huán)(Storage Ring)中的 Li+離子一維冷卻到3K的溫度，選取的是Li+離子2\-23Ρ能級(jí)間波長(zhǎng)為548. 5nm的躍遷。 其后的報(bào)道[H. Rong, etc, Eur. Phys. J. D, Vol. 3，pp. 217—222，1998 ；A. A. Saghiri, etc, Phys. Rev. A, Vol.60, pp. R3550-R3553,1999]也都是采用了染料激光器作為激光制冷的光源。然而在激光光源的選擇中，固體激光器和半導(dǎo)體激光器由于其價(jià)格相對(duì)低廉、維護(hù)方便，運(yùn)行成本低，具有染料激光器無法比擬的優(yōu)勢(shì)。但是，半導(dǎo)體激光器在綠光波段的發(fā)展遇到了較大的困難，近年來雖然發(fā)展迅速，但功率仍然較低[C. Karmengiesser，etc, Proc. SPIE，Vol. 7578，no. 75780w，2010]，而且在548. 5nm波長(zhǎng)處未見有報(bào)道。固體激光器受限于增益介質(zhì)特性的限制，其波長(zhǎng)也僅限于常見的波長(zhǎng)，尚未見有548. 5nm波長(zhǎng)的激光器報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容為了彌補(bǔ)全固態(tài)激光器在548. 5nm激光輻射的空白，為L(zhǎng)i+離子激光冷凍、精細(xì)光譜學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用提供可供選擇的激光光源，本實(shí)用新型提出了一種548. 5nm全固態(tài)拉曼激光器，利用YVO4晶體進(jìn)行拉曼波長(zhǎng)變換，并利用倍頻晶體進(jìn)行倍頻，在全固態(tài)情況下產(chǎn)生548. 5nm波長(zhǎng)的激光。[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種M8. 5nm全固態(tài)拉曼激光器，包括泵浦源、耦合透鏡組、激光晶體、拉曼晶體、 調(diào)Q器件、倍頻晶體、輸入鏡Ml、輸出鏡M3、腔鏡M2和溫度控制系統(tǒng)，泵浦源位于耦合透鏡組之前，耦合透鏡組之后由輸入鏡Ml和輸出鏡M3構(gòu)成耦合腔，耦合腔內(nèi)放置腔鏡M2，將耦合腔分為前腔和后腔，前腔內(nèi)依次放置激光晶體、拉曼晶體和調(diào)Q器件；后腔內(nèi)放置倍頻晶體，激光晶體、拉曼晶體、調(diào)Q器件和倍頻晶體均置于溫度控制系統(tǒng)中以保持上述晶體和器件的溫度恒定，其特征在于輸入鏡Ml鍍有對(duì)泵浦光波段光透過率不小于99%、對(duì)1066nm、 1097nm波長(zhǎng)的光反射率不小于99%的介質(zhì)膜；腔鏡M2鍍有對(duì)1178nm波長(zhǎng)的光透過率不小于99 %、對(duì)1097nm透過率大于96 %，對(duì)1066nm、548. 5nm波長(zhǎng)的光反射率不小于99 %的介質(zhì)膜；輸出鏡M3鍍有對(duì)1178nm波長(zhǎng)的光透過率不小于99%、對(duì)討8. 5nm波長(zhǎng)的光透過率大于96%、對(duì)1097nm波長(zhǎng)的光反射率大于96%的介質(zhì)膜；激光晶體和拉曼晶體端面分別鍍有對(duì)1066nm、1097nm和1178nm波長(zhǎng)的光透過率不小于99%的介質(zhì)膜；倍頻晶體端面鍍有對(duì) 1097nm、1178nm和M8. 5nm波長(zhǎng)的光透過率不小于99%的介質(zhì)膜；拉曼晶體是YVO4晶體， 其259cm—1拉曼頻移產(chǎn)生1097nm激光波長(zhǎng)后經(jīng)過倍頻得到M8. 5nm激光。上述的激光晶體在中、低輸出功率情況下，對(duì)于通光端面也可只進(jìn)行拋光而不鍍膜，這樣可以降低成本但損失效率。上述輸入鏡Ml、輸出鏡M3和腔鏡M2可以省略掉，此時(shí)在激光晶體的入射面上、調(diào) Q器件的出射表面及倍頻晶體兩端面上必須鍍以對(duì)相應(yīng)波長(zhǎng)的光高透和高反的介質(zhì)膜，以取代輸入鏡Ml、輸出鏡M3和腔鏡M2的作用。所述的激光晶體拉曼晶體是Nd:YAG、Nd:YV04，,NdiGlass中的一種，釹的摻雜濃度為 0. 05-at. %至 3-at. %，其長(zhǎng)度為 0. 5mm 至 50mm。所述的拉曼晶體是C-切的YVO4晶體，其長(zhǎng)度為0. 5mm至50mm。激光晶體和拉曼晶體可以是同一塊晶體，即固定為C-切的摻雜有釹離子的YVO4 晶體，釹的摻雜濃度為0. 05-at. %至3-at. %，其長(zhǎng)度為0. 5mm至50mm。所述的調(diào)Q器件是主動(dòng)調(diào)Q的聲光、電光器件及被動(dòng)調(diào)Q的Cr4+:YAG、染料片、半導(dǎo)體片中的一種，用于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)則沒有調(diào)Q器件。所述的倍頻晶體為KTP或是KTA等非線性晶體，其長(zhǎng)度為Imm至30mm，切割方向角度為用于1097nm激光倍頻的角度。所述的輸入鏡Ml和輸出鏡M3既可以是平面鏡，也可以是凹面鏡。所述的泵浦源既可以是半導(dǎo)體激光器或者光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器，也可以是閃光燈或弧光燈，泵浦方式既可以是端面泵浦，也可以是側(cè)面泵浦。本實(shí)用新型的耦合腔形式，根據(jù)不同需求也可以設(shè)計(jì)成包含耦合腔的環(huán)形行波腔形式等。腔內(nèi)器件根據(jù)需求要求還可以加入波長(zhǎng)選擇與控制器件，如F-P腔、雙折射片等。本實(shí)用新型的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理為泵浦源將電能轉(zhuǎn)化為光能，通過激光晶體中的激活離子的吸收和受激輻射，轉(zhuǎn)變?yōu)?066nm附近的激光，通過c_切YV04晶體的259cm—1拉曼增益峰轉(zhuǎn)化為1097nm激光，最后通過倍頻晶體將頻率轉(zhuǎn)化為M8. 5nm激光輸出。本實(shí)用新型激光器價(jià)格低廉、維護(hù)方便，運(yùn)行成本低，功率較大。本實(shí)用新型激光器屬M(fèi)8.5nm全固態(tài)激光器，其應(yīng)用領(lǐng)域不僅僅能夠應(yīng)用于激光冷凍Li+離子，還對(duì)高分辨率Li+離子光譜學(xué)有著重要的意義[J. J. Clarke, andW. A. vanffijngaarden, Recent Res. Devel. Physics, Vol. 3, pp. 347-377,2002] 另夕卜， 548. 5nm激光在生物實(shí)驗(yàn)中也有著重要的作用，比如M8. 5nm是細(xì)胞色素c的主要吸收峰 [M. Dijkstra, Biochem. J.，Vol. 251，pp. 467-474，1988]，可以用來進(jìn)行探測(cè)和測(cè)量。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、泵浦源，2、耦合透鏡組，3、激光晶體，4、拉曼晶體，5、調(diào)Q器件，6、倍頻晶體，7、輸入鏡Ml，8、輸出鏡M3，9、腔鏡M2。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。其中泵浦源是側(cè)面泵浦，為808nm激光二極管側(cè)泵模塊，不需要耦合透鏡組2。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明，但不限于此。實(shí)施例1 本實(shí)用新型實(shí)施例1如圖1所示，包括泵浦源1、耦合透鏡組2、激光晶體3、拉曼晶體4、調(diào)Q器件5、倍頻晶體6、輸入鏡(Ml) 7、輸出鏡(M3)8、腔鏡(M2) 9和溫度控制系統(tǒng)， 泵浦源1位于耦合透鏡組2之前，耦合透鏡組2之后由輸入鏡(Ml) 7和輸出鏡(M;3)8構(gòu)成耦合腔，耦合腔內(nèi)放置腔鏡(Μ》9，將耦合腔分為前腔和后腔，前腔內(nèi)依次放置激光晶體3、 拉曼晶體4和調(diào)Q器件5 ；后腔內(nèi)放置倍頻晶體6，激光晶體3、拉曼晶體4、調(diào)Q器件5和倍頻晶體6均置于溫度控制系統(tǒng)中以保持上述晶體和器件的溫度恒定，其特征在于輸入鏡 (Ml) 7鍍有對(duì)泵浦光波段光透過率為99%、對(duì)1066nm、1097nm波長(zhǎng)的光反射率為99% ；腔鏡 (M2)9鍍有對(duì)1097nm波長(zhǎng)的光透過率為97%、1178nm波長(zhǎng)的光透過率為99%、對(duì)1066nm、 548. 5nm波長(zhǎng)的光反射率為99%的介質(zhì)膜；輸出鏡(M!3) 8鍍有對(duì)1178nm波長(zhǎng)、548. 5nm波長(zhǎng)的光透過率為99%、對(duì)1097nm波長(zhǎng)的光反射率為97%的介質(zhì)膜；激光晶體3和拉曼晶體4 端面分別鍍有對(duì)1066nm、1097nm和1178nm波長(zhǎng)的光透過率為99%的介質(zhì)膜；倍頻晶體6端面鍍有對(duì)1178nm、1097nm和M8. 5nm波長(zhǎng)的光透過率為99%的介質(zhì)膜；拉曼晶體4是YVO4 晶體，其259cm—1拉曼頻移產(chǎn)生1097nm激光波長(zhǎng)后經(jīng)過倍頻得到M8. 5nm激光。所述的激光晶體是Nd: YAG，釹的摻雜濃度為0. 5at. %，其長(zhǎng)度為5mm。所述的拉曼晶體是C-切的YVO4晶體，其長(zhǎng)度為5mm。所述的調(diào)Q器件是主動(dòng)調(diào)Q的聲光器件，采用的重復(fù)率為50KHz。所述的倍頻晶體采用非臨界相位匹配的KTP非線性晶體，其長(zhǎng)度為3mm，切割方向角度為用于1097nm激光倍頻的角度。所述的輸入鏡Ml和輸出鏡M3是平面鏡。所述的泵浦源是808nm光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器，光纖直徑400微米，泵浦方式是端面泵浦，耦合透鏡比率為1 1。實(shí)施例2 和實(shí)施例1相同，只是腔鏡(M2) 9鍍有對(duì)1097nm波長(zhǎng)的光透過率為99 %、1178nm 波長(zhǎng)的光透過率為99%、對(duì)1066nm、548. 5nm波長(zhǎng)的光反射率為99%的介質(zhì)膜；輸出鏡 (M3)8鍍有對(duì)1178nm波長(zhǎng)的光透過率為99%、548. 5nm波長(zhǎng)的光透過率為99%、對(duì)1097nm波長(zhǎng)的光反射率為99%的介質(zhì)膜；激光晶體3和拉曼晶體4端面分別鍍有對(duì)1066nm和 1178nm波長(zhǎng)的光透過率為99%、對(duì)1097nm波長(zhǎng)的光透過率為99%的介質(zhì)膜；倍頻晶體6端面鍍有對(duì)1097nm和M8. 5nm波長(zhǎng)的光透過率為99%、1178nm波長(zhǎng)的光透過率為99%的介
質(zhì)膜；所述的激光晶體和拉曼晶體是同一塊C-切Nd YVO4晶體，釹的摻雜濃度為 0. 5-at. %，其長(zhǎng)度為 10mm。所述的調(diào)Q器件是主動(dòng)調(diào)Q的電光器件。所述的倍頻晶體是KTA晶體，其長(zhǎng)度為3mm，切割方向角度為用于1097nm激光倍頻的角度。所述的輸入鏡Ml是平面鏡，輸出鏡M3是凹面鏡，曲率半徑為-3000mm。所述的泵浦源是880nm半導(dǎo)體激光器，光纖直徑400微米，泵浦方式是端面泵浦， 耦合透鏡比率為1:2。實(shí)施例3 和實(shí)施例2相同，只是所述的激光晶體拉曼晶體是Nd:YAG，釹的摻雜濃度為 1-at. 其長(zhǎng)度為5mm。所述的拉曼晶體是C-切的YVO4晶體，其長(zhǎng)度為8mm。運(yùn)轉(zhuǎn)方式為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不使用所述的調(diào)Q器件。所述的倍頻晶體為KTP非線性晶體，其長(zhǎng)度為7mm，切割方向角度為用于1097nm激
光倍頻的角度。所述的輸入鏡Ml和輸出鏡M3都是平面鏡。所述的泵浦源是880nm半導(dǎo)體激光器，光纖直徑400微米，泵浦方式是端面泵浦， 耦合透鏡比率為1:1。實(shí)施例4 和實(shí)施例1相同，只是激光晶體3和拉曼晶體4使用同一塊晶體為C-切的摻雜有釹離子的YVO4晶體，其端面分別鍍有對(duì)1066歷、1097歷和1178nm波長(zhǎng)的光透過率為99% 的介質(zhì)膜；倍頻晶體6端面鍍有對(duì)1097nm、1178nm和M8. 5nm波長(zhǎng)的光透過率為99%的介質(zhì)膜；所述的激光晶體和拉曼晶體使用同一塊C-切的摻雜有釹離子的YVO4晶體，釹的摻雜濃度為0. 5-at. %，其長(zhǎng)度為10_。所述的調(diào)Q器件是被動(dòng)調(diào)Q的Cr4+ YAG晶體，小信號(hào)透過率70 %，厚度1mm。所述的倍頻晶體為KTP，其長(zhǎng)度為5mm。所述的輸入鏡Ml是平面鏡，輸出鏡M3是凹面鏡，曲率半徑為-3000mm。實(shí)施例5 和實(shí)施例1相同，如圖2所示，只是泵浦源是側(cè)面泵浦，為808nm激光二極管側(cè)泵模塊；所述的輸入鏡Ml是平面鏡，輸出鏡M3是凸面鏡，曲率半徑為1000mm。
權(quán)利要求1.一種M8.5nm全固態(tài)拉曼激光器，包括泵浦源、耦合透鏡組、激光晶體、拉曼晶體、 調(diào)Q器件、倍頻晶體、輸入鏡Ml、輸出鏡M3、腔鏡M2和溫度控制系統(tǒng)，泵浦源位于耦合透鏡組之前，耦合透鏡組之后由輸入鏡Ml和輸出鏡M3構(gòu)成耦合腔，耦合腔內(nèi)放置腔鏡M2，將耦合腔分為前腔和后腔，前腔內(nèi)依次放置激光晶體、拉曼晶體和調(diào)Q器件；后腔內(nèi)放置倍頻晶體，激光晶體、拉曼晶體、調(diào)Q器件和倍頻晶體均置于溫度控制系統(tǒng)中以保持上述晶體和器件的溫度恒定，其特征在于輸入鏡Ml鍍有對(duì)泵浦光波段光透過率不小于99%、對(duì)1066nm、 1097nm波長(zhǎng)的光反射率不小于99%的介質(zhì)膜；腔鏡M2鍍有對(duì)1178nm波長(zhǎng)的光透過率不小于99 %、對(duì)1097nm透過率大于96 %，對(duì)1066nm、548. 5nm波長(zhǎng)的光反射率不小于99 %的介質(zhì)膜；輸出鏡M3鍍有對(duì)1178nm波長(zhǎng)的光透過率不小于99%、對(duì)討8. 5nm波長(zhǎng)的光透過率大于96%、對(duì)1097nm波長(zhǎng)的光反射率大于96%的介質(zhì)膜；激光晶體和拉曼晶體端面分別鍍有對(duì)1066nm、1097nm和1178nm波長(zhǎng)的光透過率不小于99%的介質(zhì)膜；倍頻晶體端面鍍有對(duì) 1097nmU178nm和M8. 5nm波長(zhǎng)的光透過率不小于99%的介質(zhì)膜；拉曼晶體是YVO4晶體， 其259cm-l拉曼頻移產(chǎn)生1097nm激光波長(zhǎng)后經(jīng)過倍頻得到M8. 5nm激光。
2.如權(quán)利要求1所述的一種M8.5nm全固態(tài)拉曼激光器，其特征在于所述的激光晶體是 Nd:YAG、Nd:YV04、Nd:Glass 中的一種，其長(zhǎng)度為 0. 5mm 至 50mm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種M8.5nm全固態(tài)拉曼激光器，其特征在于所述的拉曼晶體是C-切的YVO4晶體，其長(zhǎng)度為0. 5mm至50mm ；激光晶體和拉曼晶體能夠用同一塊晶體替代，即固定為C-切的摻雜有釹離子的YVO4晶體，其長(zhǎng)度為0. 5mm至50mm。
4.如權(quán)利要求1所述的一種M8.5nm全固態(tài)拉曼激光器，其特征在于所述的調(diào)Q器件是主動(dòng)調(diào)Q的聲光、電光器件及被動(dòng)調(diào)Q的Cr4+: YAG、染料片、半導(dǎo)體片中的一種，用于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)則沒有調(diào)Q器件。
5.如權(quán)利要求1所述的一種M8.5nm全固態(tài)拉曼激光器，其特征在于所述的倍頻晶體為KTP或是KTA等非線性晶體，其長(zhǎng)度為Imm至30mm，切割方向角度為用于1097nm激光倍頻的角度。
6.如權(quán)利要求1所述的一種M8.5nm全固態(tài)拉曼激光器，其特征在于所述的輸入鏡Ml 和輸出鏡M3是平面鏡、凹面鏡和凸面鏡中的一種。
7.如權(quán)利要求1所述的一種M8.5nm全固態(tài)拉曼激光器，其特征在于所述的泵浦源是半導(dǎo)體激光器、光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器、閃光燈和弧光燈中的一種，泵浦方式是端面泵浦或是側(cè)面泵浦。
專利摘要一種548.5nm全固態(tài)拉曼激光器，屬固態(tài)激光技術(shù)領(lǐng)域。包括泵浦源、耦合透鏡組、耦合腔等，耦合腔內(nèi)放置激光晶體、拉曼晶體、調(diào)Q器件、倍頻晶體，由溫度控制系統(tǒng)對(duì)上述晶體和器件保持溫度恒定，其特征在于使用YVO4晶體的259cm-1拉曼頻移產(chǎn)生1097nm激光波長(zhǎng)后經(jīng)過倍頻得到548.5nm激光；輸入鏡M1、腔鏡M2、輸出鏡M3、激光晶體、拉曼晶體和倍頻晶體端面分別鍍有對(duì)相應(yīng)波長(zhǎng)的光透過率或反射率大于96％的介質(zhì)膜。本實(shí)用新型激光器價(jià)格低廉、維護(hù)方便，運(yùn)行成本低，功率大。在激光冷凍Li+原子，Li+原子精細(xì)光譜學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)方面有著重要的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01S3/16GK202050156SQ20112010664
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者叢振華, 劉兆軍, 張行愚, 李雷, 王青圃, 范書振, 陳曉寒 申請(qǐng)人:山東大學(xué)