一种窄线宽紫外拉曼激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种窄线宽紫外拉曼激光器，包括：激光发射部，用于发射具有可调谐的第一预设功率以及第一预设波长的第一光信号，且所述第一光信号透过所述输入镜进入所述金刚石晶体；所述金刚石晶体，用于利用SRS效应，使所述第一光信号转换为Stokes光信号并经所述第一反射镜进入所述第一倍频晶体；所述第一倍频晶体，用于利用二阶非线性效应，使所述Stokes光信号转换为倍频光信号，并经过所述输出镜输出；所述锁腔倍频部，用于对所述倍频光信号进行二次倍频从而产生并输出稳定的窄线宽紫外激光。所述Stokes光在由输入镜、第二反射镜和输出镜组成的拉曼振荡器中振荡，透过第二反射镜剩余的泵浦光经过第三反射镜后，重新进入并聚焦在金刚石晶体中以提高泵浦光的利用率。聚焦在金刚石晶体中以提高泵浦光的利用率。聚焦在金刚石晶体中以提高泵浦光的利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种窄线宽紫外拉曼激光器


[0001]本专利技术涉及拉曼激光器领域，尤其涉及一种窄线宽紫外拉曼激光器。

技术介绍

[0002]紫外波段的激光拥有波长短、更好的聚焦效果、高单光子能量等特点，因此紫外激光器在工业加工、科学研究、军事及医疗等领域被广泛应用。具有窄线宽的激光器在激光雷达、计量学和量子物理等领域有着广阔的应用前景。目前获得窄线宽紫外波段的方法为先利用倍频效应，然后再利用和频效应，最后获得紫外激光。但是这种获得紫外激光的方式需要进行两次频率变换，最终会导致转换效率过低，且光束质量降低的情况。随着非线性技术的发展，拉曼介质的分子振动引起的受激拉曼散射(SRS)效应成为实现大的激光频率变换的重要手段。基于SRS的拉曼激光器具有诸多优势：通过拉曼频移可以实现稀土离子发射截面空缺波长的激光输出，目前人们利用拉曼转换已经实现了从深紫外到中波红外的输出；拉曼频移只和介质晶格振动相关，与泵浦光的频率无关，因此调谐泵浦光频率可以得到相同频率调谐范围的拉曼光；拉曼增益正比于泵浦光强，没有饱和效应及空间烧孔效应，拉曼激光输出功率直接取决于泵浦光功率，可实现接近量子效率极限的能量转化和窄线宽的输出。
[0003]目前研究人员已经通过直腔和环形腔实现了拉曼激光输出，然而在高功率运转时，谐振腔内拉曼介质吸收残余泵浦光而产生热效应，对于谐振腔的稳定性有很大的干扰。同时，Stokes的返回光无法与泵浦光分离，导致其直接返回泵浦光源位置，容易对其造成损伤并对稳定性造成影响，因此很大程度上限制了拉曼激光器功率的提升及应用。此外，目前针对空间环境探测，对窄线宽波长范围可调的紫外拉曼激光器具有重要的需求，但基于传统的固体激光器的非线性频率变换很难同时实现窄线宽和紫外波长可调。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种窄线宽紫外拉曼激光器，本专利技术实现了窄线宽和紫外波长的可调，详见下文描述：
[0005]本专利技术提供了一种窄线宽紫外拉曼激光器，包括激光谐振腔及位于激光谐振腔外部的激光发射部以及锁腔倍频部；
[0006]所述激光谐振腔包括输入镜、金刚石晶体、第一反射镜、第一倍频晶体及输出镜；所述输入镜、所述第一反射镜以及所述输出镜反射率不同，所述输入镜、所述第一反射镜与所述输出镜构成V型腔结构，所述金刚石晶体位于所述输入镜与所述第一反射镜之间，所述第一倍频晶体位于所述第一反射镜与所述输出镜之间；
[0007]所述激光发射部，用于发射具有可调谐的第一预设功率以及第一预设波长的第一光信号，且所述第一光信号透过所述输入镜进入所述金刚石晶体；
[0008]所述金刚石晶体，用于利用SRS效应，使所述第一光信号转换为Stokes光信号并经所述第一反射镜进入所述第一倍频晶体；
[0009]所述第一倍频晶体，用于利用二阶非线性效应，使所述Stokes光信号转换为倍频光信号，并经过所述输出镜输出；
[0010]所述锁腔倍频部，用于对所述倍频光信号进行二次倍频从而产生并输出稳定的窄线宽紫外激光。
[0011]所述Stokes光在由输入镜、第二反射镜和输出镜组成的拉曼振荡器中振荡，透过第二反射镜剩余的泵浦光经过第三反射镜后，重新进入并聚焦在金刚石晶体中以提高泵浦光的利用率。
[0012]具体的，所述窄线宽紫外拉曼激光器还包括二分之一波片、聚焦透镜以及整形透镜；所述二分之一波片与所述聚焦透镜耦合所述第一光信号进入所述金刚石晶体，所述整形透镜用于耦合所述倍频光信号进入所述锁腔倍频部。
[0013]本专利技术提供了一种窄线宽紫外拉曼激光器，有益效果如下：
[0014]1、本专利技术提供了一种V型腔结构的激光谐振腔，通过腔内反射镜的设计，在反射镜处实现剩余泵浦光与Stokes光的分离，降低输出耦合镜的镀膜需求，同时降低对光隔离器的需求并提高了谐振腔的稳定性；采用V型腔结构设计的激光器，使得腔内形成多个光腰，将拉曼晶体以及其他非线性晶体置于光腰处，降低非线性过程的阈值并提高拉曼转换以及非线性转换的效率，而且在拉曼激光谐振的同时，进而产生纯净的特殊波长激光的输出(如589nm、620nm等)。
[0015]2、本专利技术提供了一种环形腔结构的锁腔倍频器，该结构降低传输过程中的损耗，而且可以有效地增加锁腔倍频腔的长度，有利于缩小输出光信号的线宽。本专利技术基于该结构实现了窄线宽310nm紫外波长输出，详见实例1或实例2所述。
附图说明
[0016]图1为单通泵浦窄线宽紫外拉曼激光器结构示意图；
[0017]图2为双通泵浦窄线宽紫外拉曼激光器结构示意图；
[0018]图3为锁腔倍频器的结构示意图。
[0019]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0020]1：泵浦源；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2：二分之一波片；
[0021]3：聚焦透镜；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4：输入镜；
[0022]5：金刚石晶体；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6：第一反射镜；
[0023]7：第一倍频晶体；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8：输出镜；
[0024]9：整形透镜；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10：锁腔倍频器；
[0025]11：二向色镜；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12：光隔离器；
[0026]13：第二反射镜；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
14：第三反射镜。
[0027]其中：
[0028]10
‑
1：锁腔输入镜；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10
‑
2：第一锁腔反射镜；
[0029]10
‑
3：第二锁腔反射镜；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10
‑
4：第二倍频晶体；
[0030]10
‑
5：锁腔输出镜；
[0031]L1：输入镜与金刚石晶体左端面的距离；
[0032]L2：金刚石晶体右端面与第一反射镜的距离；
[0033]L3：第一反射镜(或第二反射镜)与第一倍频晶体右端面的距离；
[0034]L4：第一倍频晶体左端面与输出镜的距离；
[0035]L5：第二反射镜与第三反射镜的距离。
具体实施方式
[0036]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
[0037]区别于传统驻波腔结构拉曼激光器，采用V型腔结构，在腔的折返镜处可轻松地实现泵浦光与Stokes光的分离并且可以有效地降低残余泵浦光对谐振腔稳定性的干扰。而且采用V型腔结构，可以使腔内存在两个光腰，进而增益介质、非线性晶体能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种窄线宽紫外拉曼激光器，包括：激光谐振腔，其特征在于，还包括：位于激光谐振腔外部的激光发射部以及锁腔倍频部；所述激光谐振腔包括：输入镜、第一反射镜与输出镜构成V型腔结构，金刚石晶体位于输入镜与第一反射镜之间，第一倍频晶体位于第一反射镜与输出镜之间；所述激光发射部，用于发射具有可调谐的第一预设功率以及第一预设波长的第一光信号，且所述第一光信号透过所述输入镜进入所述金刚石晶体；所述金刚石晶体，用于利用SRS效应，使所述第一光信号转换为Stokes光信号并经所述第一反射镜进入所述第一倍频晶体；所述第一倍频晶体，用于利用二阶非线性效应，使所述Stokes光信号转换为倍频光信号，并经所述输出镜输出；所述锁腔倍频部，用于对所述倍频光信号进行二次倍频并输出稳定的窄线宽紫外激光；所述Stokes光在由输入镜、第二反射镜和输出镜组成的拉曼振荡器中振荡，透过第二反射镜剩余的泵浦光经第三反射镜后，重新进入并聚焦在金刚石晶体中以提高泵浦光的利用率。2.根据权利要求1所述的一种窄线宽紫外拉曼激光器，其特征在于，所述激光器还包括：二分之一波片、聚焦透镜以及整形透镜；所述二分之一波片与所述聚焦透镜耦合所述第一光信号进入所述金刚石晶体，所述整形透镜用于耦合所述倍频光信号进入所述锁腔倍频部。3.根据权利要求1所述的一种窄线宽紫外拉曼激光器，其特征在于，所述输入镜、所述第一反射镜以及所述输出镜的反射率不同。4.根据权利要求3所述的一种窄线宽紫外拉曼激光器，其特征在于，所述聚焦透镜为镀有对泵浦光波长1.02
‑
1.08μm增透的宽带介质膜；所述输入镜为曲率半径为50mm的平凹镜，两面镀有对泵浦光增透的宽带介质膜，凹面镀有对Stokes光1.18
‑
1.26μm波段反射率>99.8％的宽带介质膜；所述金刚石晶体为沿<110>轴切割的人造金刚石晶体，尺寸为7
×4×
1.2mm3，两端面镀有对泵浦光1.02
‑
1.08μm和Stokes光1.18
‑
1.26μm波段透过率>99.5％的宽带介质膜；所述第一反射镜为曲率半径为100mm平凹镜，凹面镀有对泵浦光透过率>98％的宽带介质膜以及对Stokes光反射率>99.8％的宽带介质膜，第一反射镜与入射泵浦光的夹角为2
°
；所述第一倍频晶体为切割角度θ＝90
°
，Φ＝0
°
的温度相位匹配LBO晶体，两端镀有对Stokes光1.18
‑
1.26μm波段增透的宽带介质膜，尺寸为4
×4×
10mm3；所述输出镜为曲率半径为100mm平凹镜，凹面镀有对St...

【专利技术属性】
技术研发人员：白振旭，蔡云鹏，丁洁，齐瑶瑶，王雨雷，吕志伟，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：