一种提高金刚石拉曼激光效率的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，包括泵浦源、金刚石晶体、金刚石晶体热沉、光学器件，还包括模式匹配控制模块；本发明专利技术专利设计一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，该装置增设有模式匹配控制模块，用于控制泵浦激光模式。与现有技术相比，本专利技术可以控制泵浦激光模式使其传输方向及电场模式与金刚石晶格结构匹配，提升金刚石拉曼激光效率。

A Device for Improving the Efficiency of Diamond Raman Laser

【技术实现步骤摘要】
一种提高金刚石拉曼激光效率的装置
本专利技术涉及激光
，尤其涉及激光变频技术。
技术介绍
拉曼激光技术通过改变泵浦光的波长或者选择合适的拉曼频移系数，可实现紫外波段到红外范围的拉曼激光输出，能有效的扩展激光光谱范围有望同步获得高能量密度、窄线宽、共轴、多波长的“激光成像/激光干扰完美光源”，是最具发展潜力的研究方向之一拉曼介质是拉曼激光器进行频率转换的核心部分，其性能直接影响到转换波长、光束质量、转换效率等参数。硝酸盐、碘酸盐、钨酸盐和钒酸盐类晶体具有优良的光学特性被广泛的用作拉曼增益介质，与以上常规的拉曼增益介质相比，金刚石晶体拥有众多优异的光学特性：最高的拉曼增益系数，最大的拉曼频移系数(1332cm-1)，最宽的透光范围及极佳的热力学特性，是目前公认的最佳拉曼增益介质。早在1963年，金刚石晶体第一次作为拉曼晶体，但受限于晶体质量，基于金刚石晶体的拉曼激光技术一直发展缓慢，2008年以前，关于金刚石拉曼激光报道极少，直到化学气相沉积法制备金刚石制备方法极大提高晶体质量，2008年以来基于CVD-金刚石的拉曼激光技术快速发展成为近年来拉曼激光技术的核心热点。现有金刚石拉曼激光产生及能量提升技术方案主要有两种：拉曼产生技术及外腔拉曼激光技术；其中，拉曼产生技术采用泵浦源直接激发金刚石晶体，产生一阶或者多阶拉曼散射激光；外腔拉曼激光技术在拉曼产生技术基础上，增加激光反馈谐振腔实现能量增强。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题现有金刚石拉曼激光产生及能量提升技术方案存在以下问题：受限于晶体增益长度以及损伤阈值，效率提升空间受限；(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供一种提高金刚石拉曼激光效率的装置及方法，包括：泵浦源、金刚石晶体、金刚石晶体热沉、光学器件，还包括模式匹配控制模块；泵浦源用于提供泵浦能量；金刚石晶体为拉曼晶体，用于产生拉曼激光；金刚石晶体热沉用于金刚石晶体散热及固定支撑；光学器件用于激光光束整形、分光、或者形成激光反馈振荡；泵浦源、金刚石晶体、和光学器件共轴放置，且金刚石晶体[110]方向平行于光轴方向；模式匹配控制模块用于控制泵浦激光模式使其传输方向及电场模式与金刚石晶格结构匹配；所述模式匹配控制模块组成为：切向模式匹配控制器、纵向模式匹配控制器、探测器，以及分析控制器；所述切向模式匹配控制器、纵向模式匹配控制器、探测器通过信号线与分析控制器连接；切向模式匹配控制器置于泵浦源和金刚石之间，与金刚石晶体共轴放置，用于控制沿光轴切向方向的泵浦激光电场模式与使其与金刚石晶格结构匹配；纵向模式匹配控制器与金刚石晶体热沉连接并固定，用于控制沿光轴方向的泵浦激光波矢模式与使其与金刚石晶格结构匹配；探测器，与金刚石晶体共轴放置，用于探测拉曼激光性能并将测量结果传输至分析控制器；分析控制器用于接收、分析并记录探测器的测量结果，并控制切向模式匹配控制器、纵向模式匹配控制器；进一步的，所述模式匹配控制模块实时筛选，工作方法为：模式匹配控制模块工作位置标记：切向模式匹配控制器第i次工作位置记为Q(i)，与所述切向模式匹配控制器第i次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器第j次工作位置记为Z(i,j)；探测器测量结果T[i,j]；所述i取值为自然数，所述j取值为整数；第一周期：切向模式匹配控制器第0次工作位置记为Q(0)，与所述切向模式匹配控制器第0次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器第j次工作位置记为Z(0,j)；泵浦源发射泵浦激光激发金刚石晶体产生拉曼激光，模式匹配控制模块的探测器探测拉曼激光的性能并将测量结果T(0,0)传输至分析控制器；所述分析控制器接收并分析探测器的测量结果T(0,0)，产生纵向+1控制指令指令即j＝j+1，并通过信号线控制纵向模式匹配控制器工作，工作位置由Z(0,0)调节至Z(0,1)；工作位置调整完成后，探测器探测拉曼激光性能并将测量结果T(0,1)传输至分析控制器，所述分析控制器接收探测器的测量结果T(0,1)，并分析T(0,1)与T(0,0)关系：若T(0,1)优于T(0,0)，则分析控制器产生+1指令即j＝j+1,并通过信号线控制纵向模式匹配控制器，工作位置由Z(0,1)调节至Z(0,2)；同理，工作位置调整完成后，探测器探测拉曼激光性能并将测量结果T(0,2)传输至分析控制器，所述分析控制器5-4接收探测器的测量结果T(0,2)，并分析T(0,2)与T(0,1)关系，若T(0,2)优于T(0,1)，则分析控制器产生+1指令即j＝j+1,并通过信号线控制纵向模式匹配控制器，工作位置由Z(0,2)调节至Z(0,3)；若T(0,2)略于T(0,1)，则分析控制器产生-1指令即j＝j-1,并通过信号线控制纵向模式匹配控制器，工作位置由Z(0,3)调节至Z(0,2)；以此类推，工作位置调整至Z(0,j)完成后，探测器探测拉曼激光性能并将测量结果T(0,j)传输至分析控制器，所述分析控制器接收探测器的测量结果T(0,j)，并分析T(0,j)与T(0,j-1)关系，若T(0,j)优于T(0,j-1)，则分析控制器产生+1指令即j＝j+1,并通过信号线控制纵向模式匹配控制器，工作位置由Z(0,j)调节至Z(0,j+1)；T(0,j)略于T(0,j-1)，则分析控制器产生-1指令即j＝j-1,并通过信号线控制纵向模式匹配控制器，工作位置由当前状态的Z(0,j)调节至Z(0,j-1)；所述当前状态为j＝j+1；若T(0,1)略于T(0,0)时，工作原理同上；第i周期：切向模式匹配控制器第i-1次工作位置记为Q(i-1)，与所述切向模式匹配控制器第1次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器第j次工作位置记为Z(i-1,j)；工作原理同上；切向模式匹配控制器、纵向模式匹配控制器最终停留位置即为最佳位置；进一步的，所述模式匹配控制模块综合筛选，工作方法为：模式匹配控制模块工作位置标记：切向模式匹配控制器第i次工作位置记为Q(i)，与所述切向模式匹配控制器第i次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器第j次工作位置记为Z(i,j)；探测器测量结果T[i,j]；所述i取值为自然数，所述j取值为整数；第一周期：切向模式匹配控制器第0次工作位置记为Q(0)，与所述切向模式匹配控制器第0次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器第j次工作位置记为Z(0,j)；泵浦源发射泵浦激光激发金刚石晶体产生拉曼激光，模式匹配控制模块的探测器探测拉曼激光的性能并将测量结果T(0,0)传输至分析控制器；所述分析控制器接收并记录探测器的测量结果T(0,0)，之后产生纵向+1控制指令指令即j＝j+1，并通过信号线控制纵向模式匹配控制器工作，工作位置由Z(0,0)调节至Z(0,1)；工作位置调整完成后，探测器探测拉曼激光性能并将测量结果T(0,1)传输至分析控制器，所述分析控制器接收探测器的测量结果T(0,1)，并记录数据：以此类推，工作位置调整至Z(0,j)完成后，探测器探测拉曼激光性能并将测量结果T(0,j)传输至分析控制器，所述分析控制器接收并记录探测器的测量结果T(0,j)；记录完成后，分析控制器产生+1指令即j＝j+1，并通过信号线控制纵向模式匹配控制器，工作位置由Z(0,j)调节至Z(0,j+1)；第i周期：切向模式匹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，包括金刚石晶体热沉(3)及共轴放置的泵浦源(1)、金刚石晶体(2)和光学器件(4)，其特征在于,还包括模式匹配控制模块；泵浦源(1)用于提供泵浦能量；金刚石晶体(2)，用于产生拉曼激光，且金刚石晶体[110]方向平行于光轴方向；金刚石晶体热沉(3)用于固定支撑金刚石晶体(2)及为金刚石晶体(2)散热；光学器件(4)用于调整拉曼激光，使拉曼激光实现激光光束整形、分光或形成激光反馈振荡中的一种或多种；模式匹配控制模块用于控制泵浦激光模式使其传输方向及电场模式与金刚石晶格结构匹配。

【技术特征摘要】
2019.05.28 CN 20191045359631.一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，包括金刚石晶体热沉(3)及共轴放置的泵浦源(1)、金刚石晶体(2)和光学器件(4)，其特征在于,还包括模式匹配控制模块；泵浦源(1)用于提供泵浦能量；金刚石晶体(2)，用于产生拉曼激光，且金刚石晶体[110]方向平行于光轴方向；金刚石晶体热沉(3)用于固定支撑金刚石晶体(2)及为金刚石晶体(2)散热；光学器件(4)用于调整拉曼激光，使拉曼激光实现激光光束整形、分光或形成激光反馈振荡中的一种或多种；模式匹配控制模块用于控制泵浦激光模式使其传输方向及电场模式与金刚石晶格结构匹配。2.根据权利要求1所述的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，其特征在于，所述模式匹配控制模块包括：切向模式匹配控制器(5-1)、纵向模式匹配控制器(5-2)、探测器(5-3)以及分析控制器(5-4)；所述切向模式匹配控制器(5-1)、纵向模式匹配控制器(5-2)、探测器(5-3)通过信号线(5-5)与分析控制器连接(5-4)；切向模式匹配控制器(5-1)置于泵浦源(1)和金刚石晶体(1)之间，与金刚石晶体(1)共轴放置，用于控制沿光轴切向方向的泵浦激光电场模式与使其与金刚石晶格结构匹配；纵向模式匹配控制器(5-2)与金刚石晶体热沉(3)连接并固定，用于控制沿光轴方向的泵浦激光波矢模式与使其与金刚石晶格结构匹配；探测器(5-3)，与金刚石晶体(2)共轴放置，用于探测拉曼激光性能并将测量结果传输至分析控制器；分析控制器(5-4)用于接收、分析并记录探测器(5-3)的测量结果，并控制切向模式匹配控制器(5-1)、纵向模式匹配控制器(5-2)。3.根据权利要求2所述的一种提高金刚石拉曼激光效率的装置，所述模式匹配控制模块实时筛选最佳工作位置的工作方法为：模式匹配控制模块工作位置标记：切向模式匹配控制器(5-1)第i次工作位置记为Q(i)，与所述切向模式匹配控制器(5-1)第i次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器(5-2)第j次工作位置记为Z(i,j)；探测器(5-3)测量结果T[i,j]；所述i取值为自然数，所述j取值为整数；第一周期：切向模式匹配控制器(5-1)第0次工作位置记为Q(0)，与所述切向模式匹配控制器(5-1)第0次工作位置相对应的纵向模式匹配控制器(5-2)第j次工作位置记为Z(0,j)；泵浦源(1)发射泵浦激光(1-1)激发金刚石晶体(2)产生拉曼激光(6)，模式匹配控制模块的探测器(5-3)探测拉曼激光(6)的性能并将测量结果T(0,0)传输至分析控制器(5-4)；所述分析控制器(5-4)接收并分析探测器(5-3)的测量结果T(0,0)，产生纵向+1控制指令指令即j＝j+1，并通过信号线(5-5)控制纵向模式匹配控制器(5-2)工作，工作位置由Z(0,0)调节至Z(0,1)；工作位置调整完成后，探测器(5-3)探测拉曼激光6性能并将测量结果T(0,1)传输至分析控制器(5-4)，所述分析控制器(5-4)接收探测器的测量结果T(0,1)，并分析T(0,1)与T(0,0)关系：若T(0,1)优于T(0,0)，则分析控制器(5-4)产生+1指令即j＝j+1,并通过信号线(5-5)控制纵向模式匹配控制器(5-2)，工作位置由Z(0,1)调节至Z(0,2)；同理，工作位置调整完成后，探测器(5-3)探测拉曼激光(6)性能并将测量结果T(0,2)传输至分析控制器(5-4)，所述分析控制器(5-4)接收探测器的测量结果T(0,2)，并分析T(0,2)与T(0,1)关系，若T(0,2)优于T(0,1)，则分析控制器(5-4)产生+1指令即j＝j+1,并通过信号线(5-5)控制纵向模式匹配控制器(5-2)，工作位置由Z(0,2)调节至Z(0,3)；若T(0,2)略于T(0,1)，则分析控制器(5-4)产生-1指令即j＝j-1,并通过信号线(5-5)控制纵向模式匹配控制器(5-2)，工作位置由Z(0,3)调节至Z(0,2)；以此类推，工作位置调整至Z(0,j)完成后，探测器(5-3)探测拉曼激光(6)性能并将测量结果T(0,j)传输至分析控制器(5-4)，所述分析控制器(5-4)接收探测器的测量结果T(0,j)，并分析T(0,j)与T(0,j-1)关系：若T(0,j)优于T(0,j-1)，则分析控制器(5-4)产生+...

【专利技术属性】
技术研发人员：申玉，彭钦军，宗楠，薄勇，涂伟，许祖彦，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11