一种基于受激拉曼散射产生放大结构的超短脉冲激光器制造技术

本发明专利技术为一种基于受激拉曼散射产生放大结构的超短脉冲激光器，所述超短脉冲激光器包括：泵浦源；分束镜；反射镜；凸透镜；SRS产生池；第一二向色镜；SRS放大池；第二二向色镜；泵浦源发出单纵模泵浦光被分束镜分为两束；第一束光经凸透镜和第一二向色镜聚焦反射进入SRS产生池中发生后向受激拉曼散射，产生反向的Stokes种子光并透过第一二向色镜进入SRS放大池；第二束光经反射镜和第二二向色镜反射后进入SRS放大池中与反向的Stokes种子光对向相遇，反向Stokes种子光提取第二束光的能量进行放大；被压缩放大后的超短脉冲Stokes种子光透过第二二向色镜输出。泵浦光经过该结构的压缩放大，能获得较高的能量输出，相比于锁模激光器，可直接产生数十毫焦的皮秒激光。可直接产生数十毫焦的皮秒激光。可直接产生数十毫焦的皮秒激光。

【技术实现步骤摘要】
一种基于受激拉曼散射产生放大结构的超短脉冲激光器


[0001]本专利技术涉及短脉冲激光
，尤其涉及一种基于受激拉曼散射产生放大结构的超短脉冲激光器。

技术介绍

[0002]超短脉冲激光在实际生活中应用十分广泛，在激光雷达、微纳加工、激光医疗等领域都需要超短脉冲激光，且有些领域需要具有大能量的超短脉冲激光。目前获得短脉冲的方案有三种，(1)调Q技术；(2)锁模技术；(3)受激散射技术。
[0003](1)调Q技术通过调节Q值获得峰值功率高、宽度窄的脉冲，但调Q技术受限于腔长，仅能产生亚纳秒量级的激光脉冲[如专利技术专利公开号：CN109004507A，专利名称：可控的被动调Q红外激光器]；(2)锁模技术受限于锁模器件的损伤阈值，不能够实现大能量输出，最高仅为微焦量级，经再生放大后也仅能达到毫焦量级，并且其结构较为复杂、成本较高，不能满足某些领域的需求[如专利技术专利公开号：CN105186270B，专利名称：一种皮秒脉冲光纤激光器]；(3)受激散射技术，受激布里渊散射(StimulatedBrillouinScattering，SBS)与受激拉曼散射(StimulatedRamanScattering，SRS)都属于受激散射，SBS脉宽压缩技术受限于长声子寿命和窄增益带宽，难以实现皮秒脉冲的获取；而SRS一般都用于波长转换，由于SRS一般是单池聚焦，能量转化效率低且不可控，实验效果不理想，很少用来做脉宽压缩。本专利技术创造性地采用产生放大结构利用SRS实现了脉宽压缩，由于拉曼活性介质具有声子寿命低的特点，有着更短的压缩极限，利用SRS脉宽压缩技术可以有效地获得皮秒级的超短脉冲激光。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是，提供了一种基于受激拉曼散射产生放大结构的超短脉冲激光器，解决了调Q技术的压缩极限较高以及锁模技术的低能量、结构复杂、成本高昂等问题，并且相较于SBS脉宽压缩技术，获得了更窄的超短脉冲。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种基于受激拉曼散射产生放大结构的超短脉冲激光器，所述超短脉冲激光器包括：泵浦源1；分束镜2；反射镜3；凸透镜4；SRS产生池5；第一二向色镜6；SRS放大池7；第二二向色镜8；
[0007]单纵模激光器作为泵浦源1，泵浦源1发出单纵模泵浦光被分束镜2分为两束；第一束光经凸透镜4和第一二向色镜6聚焦反射进入SRS产生池5中发生后向受激拉曼散射，产生反向的Stokes种子光并透过第一二向色镜6进入SRS放大池7；第二束光经反射镜3和第二二向色镜8反射后进入SRS放大池7中与反向的Stokes种子光对向相遇，反向Stokes种子光提取第二束光的能量进行放大；被压缩放大后的超短脉冲Stokes种子光透过第二二向色镜8输出。
[0008]该超短脉冲激光器还包括测量系统，在第一二向色镜6与SRS产生池5之间加入测
量系统9，测量系统9能测量泵浦光和经SRS产生池5产生的Stokes种子光的能量和时域波形，分束镜2为45
°
角放置，通过更换不同分束镜2将光束分为能量比值不同的两束光，使SRS产生池5产生的Stokes光与第二束光的峰值功率相当，峰值功率由测量系统获得，此时最终输出的Stokes种子光具有最优的能量转化效率。
[0009]所述测量系统9包括楔形板9
‑
1、第一能量计9
‑
2、第一光电探测器9
‑
3、第二能量计9
‑
4和第二光电探测器9
‑
5；楔形板9
‑
1为两个面呈一定夹角的光学板，光透过该楔形板时会被反射出两束能量，这两束能量均为入射光能量4％的反射光；泵浦光被楔形板9
‑
1反射进入第一能量计9
‑
2和第一光电探测器9
‑
3；Stokes种子光在通过楔形板9
‑
1时被反射进入第二能量计9
‑
4和第二光电探测器9
‑
5。
[0010]泵浦源1选择的单纵模激光器波长在200nm～1500nm之间，脉宽为0.1ns～10ns，凸透镜4的焦点在SRS产生池5内，SRS产生池5与SRS放大池7池长均需要满足：L>f'；SRS产生池5的焦点入射处到焦点处的光路f'为脉宽对应光长的一半，表示为：其中c为真空中的光速，τ
p
为泵浦源1的脉宽，n为SRS产生池5池中介质折射率；
[0011]凸透镜4的焦距f＝d+f'，d为凸透镜4到SRS产生池焦点入射处的距离。
[0012]该超短脉冲激光器将一阶Stokes光放大，高阶Stokes不会透过第一二向色镜6进入SRS放大池7，有效地防止高阶Stokes对放大压缩造成影响，利用二向色镜进行反射、滤波作用；在SRS产生池5中为背向拉曼Stokes光后向传输，与泵浦光传输方向相反，在SRS产生池5中Stokes光会先与泵浦光对向相遇进行一次压缩，同时经第一二向色镜6后的反向Stokes种子光再与第二束光对向相遇，进行二次压缩并提取第二束光的能量进行放大，实现超短脉冲输出。
[0013]通过控制SRS放大池的位置从而改变Stokes光与第二束光的相遇情况，进而对输出的波形和脉宽发生改变，最佳情况为Stokes光与第二束光在SRS放大池中心相遇；控制前沿放大后沿不进行放大，能产生特殊需要波形；由于Stokes光在SRS产生池放大过，能通过改变SRS放大池的长度产生更长、更宽的波形。
[0014]本专利技术提供的技术方案的有益效果是：
[0015]1、本专利技术提供的基于受激拉曼散射产生放大结构的超短脉冲激光器，泵浦光经过基于受激拉曼散射产生放大结构的压缩放大，可以获得较高的能量输出，相比于锁模激光器，可直接产生数十毫焦的皮秒激光。
[0016]2、本专利技术提供的超短脉冲激光器，仅使用一种光源，通过分束镜分为两束，两束光只有能量不同，再通过采用双池结构(仅对一阶种子光进行放大，产生池为后向拉曼散射)，SRS产生池和SRS放大池中的拉曼活性介质具有较宽的增益带宽和较短的声子寿命，可以产生亚纳秒、皮秒甚至亚皮秒的脉冲激光，远低于调Q技术的压缩极限，解决了现有技术中由于受激拉曼散射受到高阶Stokes和前向以及后向散射的特点，而导致能量转化效率低，实验效果不理想的问题，实现了利用受激拉曼散射来作脉宽压缩的目的，能满足实验效果，脉冲宽度相比SBS脉宽压缩技术更窄，效率高且可以通过控制放大池的位置从而改变Stokes光与第二束光的相遇情况从而对输出的波形和脉宽发生改变，最佳情况为Stokes光与第二束光在放大池中心相遇，(效率高、压缩效果好，波形好、脉宽窄)，改变相遇位置可能会对一些需要产生特殊波形等情况有帮助(如控制前沿放大后沿不进行放大，产生特殊需要波形；改变放大池的长度相对单池，可以产生更长、更宽的波形等)，可以根据实际需要进行调整。
本专利技术可以直接产生十几毫焦的皮秒激光，相对传统脉宽压缩转化效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于受激拉曼散射产生放大结构的超短脉冲激光器，其特征在于，所述超短脉冲激光器包括：泵浦源；分束镜；反射镜；凸透镜；SRS产生池；第一二向色镜；SRS放大池；第二二向色镜；泵浦源发出单纵模泵浦光被分束镜分为两束；第一束光经凸透镜和第一二向色镜聚焦反射进入SRS产生池中发生后向受激拉曼散射，产生反向的Stokes种子光并透过第一二向色镜进入SRS放大池；第二束光经反射镜和第二二向色镜反射后进入SRS放大池中与反向的Stokes种子光对向相遇，反向Stokes种子光提取第二束光的能量进行放大；被压缩放大后的超短脉冲Stokes种子光透过第二二向色镜输出。2.根据权利要求1所述的超短脉冲激光器，其特征在于，该超短脉冲激光器还包括测量系统，在第一二向色镜与SRS产生池之间加入测量系统，测量系统能测量泵浦光和经SRS产生池产生的Stokes种子光的能量和时域波形，分束镜为45
°
角放置，通过更换不同分束镜将光束分为能量比值不同的两束光，使SRS产生池产生的Stokes光与第二束光的峰值功率相当，峰值功率由测量系统获得，此时最终输出的Stokes种子光具有最优的能量转化效率。3.根据权利要求2所述的超短脉冲激光器，其特征在于，所述测量系统包括楔形板、第一能量计、第一光电探测器、第二能量计和第二光电探测器；楔形板为两个面呈一定夹角的光学板，光透过该楔形板时会被反射出两束能量，这两束能量均为入射光能量4％的反射光；泵浦光被楔形板反射进入第一能量计和第一光电探测器；Stokes种子光在通过楔形板时被反射进入第二能量计和第二光电探测器。4.根据权利要求1所述的超短脉冲激光器，其特征在于，泵浦源选择的单纵模激光器波长在200nm～1500nm之间，脉宽为0.1ns～10ns，凸透镜的焦点在SRS产生池内，SRS产生池与SRS放大池池长均需要满足：L>f'；SRS产生池的焦点入射处到焦点处的光路f'为脉宽对应光长的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘照虹，李绍文，罗甜甜，樊榕，纪文强，扈雪雷，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：