一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，包括兩個泵浦源，兩個光學(xué)耦合系統(tǒng)，兩個基頻輸入鏡，兩個固體激光介質(zhì)，一個偏振片、一塊拉曼晶體和輸出鏡，其特征在于，通過對輸出鏡膜系的選擇獲得基頻與拉曼同時輸出的多波長固體激光器。本多波長固體激光器可用于和頻、差頻、倍頻等非線性波長轉(zhuǎn)換，以及太赫茲產(chǎn)生、差分吸收雷達(dá)、激光醫(yī)療等領(lǐng)域。本發(fā)明的激光器具有輸出波長靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、成本低、有利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等特點。
【專利說明】一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，屬于激光器的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展、時代的進(jìn)步，激光已經(jīng)從一個遙不可及的高科技產(chǎn)品慢慢步入人們的生活當(dāng)中。多波長激光器由于其特殊的性能，在全息干涉技術(shù)、精細(xì)激光光譜、非線性頻率變換技術(shù)、激光醫(yī)療等領(lǐng)域被越來越廣泛的應(yīng)用。另一方面，隨著拉曼技術(shù)的成熟，人們開始越來越多的利用拉曼變頻技術(shù)，來獲得許多不能由激光介質(zhì)直接躍遷得到的激光波長，大大擴(kuò)展了激光的波長范圍。同時，一些研究者開始利用拉曼變頻技術(shù)來獲得多波長拉曼激光器。2008年，Mildren等人利用拉曼晶體中具有相近拉曼增益系數(shù)的兩個拉曼光模式，實現(xiàn)了多波長拉曼激光的輸出。2013年，Shayeganrad報道了 1178.9_nm和1199.9-nmNd:YV04/YV04拉曼激光器。2012和2013年，沈洪斌等人相繼實現(xiàn)了 1174/1175nm、1502/1527nm和1522/1524nm等雙波長拉曼激光器。2014年，Geskus等人報道了 Nd: YLF/KGW雙波長拉曼激光器,輸出波長為976nm和996nm。以上報道中的多波長激光器輸出光都是斯托克斯光。最近幾年，又有人開始利用拉曼轉(zhuǎn)換來獲得另一類多波長激光器。例如，2009年，劉兆軍等人報道了輸出波長為1064.2nm和1091.5nm的雙波長激光器，其中1064.2nm為基頻光，輸出功率為1.17W，1091.5nm為斯托克斯光，輸出功率為1.38W。相對于純粹的多波長拉曼激光器，這種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長激光器，輸出功率和光-光轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化效率更高，實現(xiàn)起來更加容易。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器。
[0004]本發(fā)明利用拉曼轉(zhuǎn)化的原理，通過巧妙的腔型設(shè)計提供了一種輸出波長多、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單的基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，該激光器可用于和頻、差頻、倍頻等非線性波長轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生不同的波長，以滿足在不同應(yīng)用領(lǐng)域中對激光器輸出波長以及輸出波長個數(shù)的要求，同時又可廣泛應(yīng)用于太赫茲產(chǎn)生、差分吸收雷達(dá)和激光醫(yī)療等領(lǐng)域。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，包括兩路激光泵浦產(chǎn)生光路，其中一路激光泵浦產(chǎn)生光路包括第一泵浦源、第一光學(xué)耦合系統(tǒng)、第一基頻輸入鏡和第一固體激光介質(zhì)；其中另一路激光泵浦產(chǎn)生光路包括第二泵浦源、第二光學(xué)耦合系統(tǒng)、第二基頻輸入鏡和第二固體激光介質(zhì)；所述兩路激光泵浦產(chǎn)生光路所產(chǎn)生的光源順次沿偏振片、拉曼晶體和輸出鏡射出；
[0007]所述第一固體激光介質(zhì)和第二固體激光介質(zhì)的工作波長不同，在第一固體激光介質(zhì)和第二固體激光介質(zhì)的兩個通光面上都鍍有對泵浦光、基頻光和拉曼光透過率大于99%的增透膜；
[0008]在所述拉曼晶體的兩個通光端面上都鍍以對基頻光和拉曼光光透過率大于99%的增透膜。
[0009]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的第一固體激光介質(zhì)和第二固體激光介質(zhì)為NchYVO4晶體、Nd: YLF晶體或Nd: YAP晶體，其長度為0.5mm-50mm。
[0010]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的拉曼晶體為BaW04、SrW04、Ba(N03)2或金剛石，其長度為
0.5mm-100mmo
[0011]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的偏振片對水平偏振光高透，垂直偏振光高反。
[0012]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在所述第一基頻輸入鏡和第二基頻輸入鏡的光入射面鍍以對各自泵浦光的高透膜，在光出射面鍍以基頻光和拉曼光的高反膜，反射率大于99% ;所述的第一基頻輸入鏡和第二基頻輸入鏡為平平鏡、平凹鏡或平凸鏡。
[0013]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述第一泵浦源和第二泵浦源的功率范圍2W-100W。所述第一泵浦源和第二泵浦源是半導(dǎo)體激光器或閃光燈；泵浦方式是端面泵浦或側(cè)面泵浦。
[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的輸出鏡鍍以對基頻光和拉曼光的部分透射膜，透過率為;所述輸出鏡為平平鏡、平凹鏡或平凸鏡。
[0015]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在所述偏振片和拉曼晶體之間還設(shè)置有調(diào)Q元件。利用調(diào)Q元件可以得到調(diào)Q激光，激光的峰值功率會大大提高，同時更容易實現(xiàn)拉曼轉(zhuǎn)換，調(diào)Q元件可以為被動調(diào)Q元件，也可以為主動調(diào)Q元件。
[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在所述的拉曼晶體前設(shè)置有拉曼輸入鏡。拉曼輸入鏡光入射面鍍以對基頻光的高透膜，光出射面鍍以對拉曼光的高反膜；所述拉曼輸入鏡為平平鏡、平凹鏡或平凸鏡。使用拉曼輸入鏡的目的主要是減少拉曼腔的損耗，更容易的實現(xiàn)拉曼轉(zhuǎn)換。
[0017]本發(fā)明通過控制輸出鏡的透過率可同時獲得多個波長的同時輸出。如:我們可以讓輸出鏡鍍以對基頻光和拉曼光的部分透射膜，這樣可獲得基頻光和拉曼光的同時輸出，輸出波長的個數(shù)取決于基頻光的個數(shù)；也可以讓輸出鏡鍍以對基頻光的高反膜，對拉曼光的部分透射膜，實現(xiàn)拉曼光的單獨輸出。由此可見，本發(fā)明對于波長輸出非常靈活，我們可以在不同的需求下，通過控制輸出鏡的鍍膜，來控制輸出的波長。
[0018]本發(fā)明的基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器可以滿足在實際應(yīng)用中，對不同激光光源的要求，提高激光的實用性。
[0019]本發(fā)明的基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器在應(yīng)用中具有如下優(yōu)勢:
[0020]1.本發(fā)明輸出波長靈活?；诶D(zhuǎn)換的多波長固體激光器可以同時輸出多個波長，輸出波長的個數(shù)取決于基頻光的個數(shù)以及對輸出鏡選擇，可以滿足不同應(yīng)用中的要求，更好的提高激光的實用性。
[0021]2.本發(fā)明適應(yīng)度廣。本發(fā)明的基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，可通過非線性變頻技術(shù)獲得不能從激光介質(zhì)中直接產(chǎn)生的激光波長，滿足實際應(yīng)用中對不同波長的要求，也可以被應(yīng)用于特定的領(lǐng)域，如:太赫茲產(chǎn)生、差分吸收雷達(dá)和激光醫(yī)療等。
[0022]3.本發(fā)明易實現(xiàn)。本發(fā)明的基于拉曼輸出的多波長固體激光器，其核心僅為兩個基頻輸入鏡、兩個激光晶體、偏振片、拉曼晶體和輸出鏡，無論是輸入鏡、輸出鏡還是晶體材料都已經(jīng)發(fā)展成熟，目前在市場上很容易進(jìn)行購買。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。[0024]其中:1、第一泵浦源；2、第二泵浦源；3、第一光學(xué)稱合系統(tǒng)；4、第二光學(xué)f禹合系統(tǒng)；5、第一基頻輸入鏡；6、第二基頻輸入鏡；7、第一固體激光介質(zhì)；8、第二固體激光介質(zhì)；
9、偏振片；10、調(diào)Q元件；11、拉曼輸入鏡；12、拉曼晶體；13、輸出鏡。
[0025]圖2為實施例1的輸出光譜圖。
[0026]圖3為實施例1不同波長的平均輸出功率和兩個泵浦源的輸入功率對應(yīng)關(guān)系?！揪唧w實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，但不限于此。
[0028]實施例1:
[0029]本發(fā)明的實施例如圖1所示。
[0030]一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，包括兩路激光泵浦產(chǎn)生光路，其中一路激光泵浦產(chǎn)生光路包括第一泵浦源1、第一光學(xué)稱合系統(tǒng)3、第一基頻輸入鏡5和第一固體激光介質(zhì)7 ;其中另一路激光泵浦產(chǎn)生光路包括第二泵浦源2、第二光學(xué)稱合系統(tǒng)4、第二基頻輸入鏡6和第二固體激光介質(zhì)8 ;所述兩路激光泵浦產(chǎn)生光路所產(chǎn)生的光源順次沿偏振片9、調(diào)Q元件10、拉曼輸入鏡11、拉曼晶體12和輸出鏡13射出；
[0031]所述第一固體激光介質(zhì)7和第二固體激光介質(zhì)8的工作波長不同，在第一固體激光介質(zhì)7和第二固體激光介質(zhì)8的兩個通光面上都鍍有對泵浦光和基頻光透過率大于99%的增透膜；第一固體激光介質(zhì)7和第二固體激光介質(zhì)8的兩個通光端面上鍍以對500-1300nm透過率大于99%的寬帶增透膜；
[0032]在所述拉曼晶體12兩通光端面上鍍以對1030_1200nm光透過率大于99%的增透膜。
[0033]所述的第一固體激光介質(zhì)7和第二固體激光介質(zhì)8為Nd: YLF晶體，尺寸為3 X 3 X IOmm3, Nd3+ 摻雜濃度為 Iat.%。
[0034]所述的拉曼晶體12為BaWO4,尺寸為5X5X46mm3，兩通光端面上鍍以對1030-1200nm光透過率大于99%的增透膜。
[0035]所述的第一基頻輸入鏡5和第二基頻輸入鏡6為平凹鏡，第一基頻輸入鏡5和第二基頻輸入鏡6的曲率都為1000mm，平面鍍以對808nm的高透膜，透過率大于99%，凹面鍍以對1050nm的高反膜，反射率大于99%。
[0036]所述的偏振片9對水平偏振光高透，垂直偏振光高反。
[0037]所述的調(diào)Q元件10為聲光調(diào)Q元件,長度為35cm。
[0038]所述的拉曼輸入鏡11為平凹鏡，曲率為1000mm，平面鍍以對1050nm的增透膜，透過率大于99.8%，凹面鍍以對1159nm和1166nm的高反膜，反射率大于99.8% ；
[0039]所述的輸出鏡13為平平鏡，在出射面鍍以對1047nm、1053nm、1159nm和1166nm透過率分別為2.2%、2.1%、13%和17%的部分透射膜。
[0040]所述第一泵浦源和第二泵浦源為光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器，工作波長都為808nm,最大輸出功率為25W。泵浦方式為端面泵浦。第一光學(xué)稱合系統(tǒng)3、第二光學(xué)稱合系統(tǒng)4由兩個透鏡組成，放大倍率為1: 1.5，光纖數(shù)值孔徑為0.22，聚焦到Nd =YLF晶體的光斑直徑為600 μ m。
[0041]由圖2 可知，我們得到了 1047.0nm、1053.0nm、l 159.4nm 和 1166.8nm 四個波長的同時輸出，其中1047.0nm和1053.0nm為基頻光，1159.4nm和1166.8nm為拉曼光。四個波長的輸出功率如圖3所示，我們可以發(fā)現(xiàn)它們的最高輸出功率都超過300mW，且各波長的功率值比較接近，在實際應(yīng)用中各波長可以充分的發(fā)揮作用，不會出現(xiàn)某個波長因功率過低不能使用的問題。更重要的一點是，本發(fā)明的激光器輸出波長的靈活性很高，如實施例中的同時輸出四個波長只是其中一種情況。我們可以通過控制輸出鏡的鍍膜，來實現(xiàn)不同波長組合的輸出，少到單個波長，多到四個波長同時輸出，且輸出波長越少，能得到激光的性能越好。所以本發(fā)明在不同領(lǐng)域中可以被廣泛使用，適應(yīng)性廣。
[0042]實施例2、
[0043]如實施例1所述的一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，其區(qū)別在于，所述的第一固體激光介質(zhì)為Nd:YAP晶體，第二固體激光介質(zhì)為Nd = YVO4晶體，其尺寸都為3 X 3 X 10mm3n
[0044]所述的拉曼晶體為SrWO4,其尺寸為5 X 5 X 35mm3。
[0045]所述的輸出鏡鍍膜與實施案例I不同。
[0046]結(jié)合實施案例I和激光器的理論分析我們可知，案例2也可以輸出多個波長，具體的波長數(shù)值不同，但是輸出光功率情況應(yīng)該比較相近。
【權(quán)利要求】
1.一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，其特征在于，包括兩路激光泵浦產(chǎn)生光路，其中一路激光泵浦產(chǎn)生光路包括第一泵浦源、第一光學(xué)稱合系統(tǒng)、第一基頻輸入鏡和第一固體激光介質(zhì)；其中另一路激光泵浦產(chǎn)生光路包括第二泵浦源、第二光學(xué)耦合系統(tǒng)、第二基頻輸入鏡和第二固體激光介質(zhì)；所述兩路激光泵浦產(chǎn)生光路所產(chǎn)生的光源順次沿偏振片、拉曼晶體和輸出鏡射出； 所述第一固體激光介質(zhì)和第二固體激光介質(zhì)的工作波長不同，在第一固體激光介質(zhì)和第二固體激光介質(zhì)的兩個通光面上都鍍有對泵浦光、基頻光和拉曼光透過率大于99%的增透膜； 在所述拉曼晶體的兩個通光端面上都鍍以對基頻光和拉曼光光透過率大于99%的增透膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，其特征在于，所述的第一固體激光介質(zhì)和第二固體激光介質(zhì)為Nd = YVO4晶體、NdiYLF晶體或Nd = YAP晶體，其長度為 0.5mm-50mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，其特征在于，所述的拉曼晶體為BaW04、SrW04、Ba (NO3)2或金剛石，其長度為0.5mm-100mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，其特征在于，所述的偏振片對水平偏振光高透，垂直偏振光高反。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，其特征在于，在所述第一基頻輸入鏡和第二基頻輸入鏡的光入射面鍍以對各自泵浦光的高透膜，在光出射面鍍以基頻光和拉曼光的高 反膜，反射率大于99% ;所述的第一基頻輸入鏡和第二基頻輸入鏡為平平鏡、平凹鏡或平凸鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，其特征在于，所述第一泵浦源和第二泵浦源的功率范圍2W-100W。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，其特征在于，所述第一泵浦源和第二泵浦源是半導(dǎo)體激光器或閃光燈；泵浦方式是端面泵浦或側(cè)面泵浦。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，其特征在于，所述的輸出鏡鍍以對基頻光和拉曼光的部分透射膜，透過率為+ ;所述輸出鏡為平平鏡、平凹鏡或平凸鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，其特征在于，在所述偏振片和拉曼晶體之間還設(shè)置有調(diào)Q元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于拉曼轉(zhuǎn)換的多波長固體激光器，其特征在于，在所述的拉曼晶體前設(shè)置有拉曼輸入鏡；拉曼輸入鏡光入射面鍍以對基頻光的高透膜，光出射面鍍以對拉曼光的高反膜；所述拉曼輸入鏡為平平鏡、平凹鏡或平凸鏡。
【文檔編號】H01S3/23GK104022436SQ201410284078
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】劉兆軍, 張颯颯, 劉楊, 叢振華, 門少杰, 張行愚, 王青圃 申請人:山東大學(xué)