一种受激拉曼散射提升激光光束质量的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种受激拉曼散射提升激光光束质量的装置及方法，属于高精密激光优化技术领域。本发明专利技术中，泵浦激光器输出的泵浦激光，通过聚焦透镜输入充装有拉曼介质气体的拉曼池中，实现聚焦，再通过Herroitt凹面反射镜实现多次反射后从拉曼池中输出，激光在拉曼池中实现多次聚焦，将空间滤波光阑置于聚焦点附近，激光穿过空间滤波光阑的小孔实现质量优化。本发明专利技术利用受激拉曼散射办法产生高光束质量的拉曼激光，实现了激光的再生，再生过程实现了激光光束质量的提升。本发明专利技术采用了长光程的光路结构的设计，在结构设计上采用了更加合理的聚焦办法，克服了泵浦激光电离问题、强激光形成的一些非线性问题等干扰问题。光形成的一些非线性问题等干扰问题。光形成的一些非线性问题等干扰问题。

【技术实现步骤摘要】
一种受激拉曼散射提升激光光束质量的装置及方法


[0001]本专利技术属于高精密激光优化
，涉及一种受激拉曼散射提升激光光束质量的装置及方法，是一种激光光束质量提升技术，通过受激拉曼散射光束再生的办法实现拉曼激光光束质量高于泵浦激光光束质量，应用于高精密激光加工、高精密激光测量、激光源距离传输、激光雷达探测等领域。

技术介绍

[0002]高光束质量的激光光源在激光技术的应用中的价值巨大，所以采用一些技术手段提升激光光束质量具有重要的社会价值。提升激光光束质量的方法主要有以下几种，如固体激光中常用的空间滤波技术、相位共轭镜技术、变形镜波前校正技术等。
[0003]相比于以上的办法，受激拉曼散射为一种便捷的提升激光光束质量的方法，通过受激拉曼散射产生新的波长激光，滤除高阶横模并且转化泵浦激光光束中低阶横模，产生的拉曼激光光束质量要明显的优于泵浦激光的光束质量。受激拉曼散射技术使用长光程多次聚焦的设计实现了低气压条件下拉曼激光再生，能够有效的避免激光电离气体、气体热透镜、以及强激光与介质相互作用产生的其它非线性效应等。
[0004]本专利技术将受激拉曼散射光束再生与空间滤波相结合，利用受激拉曼散射效应产生不同于泵浦激光波长的新波长的激光(也称为拉曼激光)，拉曼激光的产生本身就具有明显的空间滤波效果，这种结合会比单独采用空间滤波取得更加明显的效果。相位共轭镜采用的是一些具有受激布里渊效应的液体介质，就光谱透过范围而言，受激拉曼采用气体介质通常会具有更加宽的光谱透过范围，所以受激拉曼提高激光光束质量比相位共轭镜更加实用。变形镜波前矫正技术(AO)属于高度精密技术，设备系统庞杂，反应速度慢，成本高昂，该技术不是一种简便的实用化光束质量提升手段。
[0005]现有的气体受激拉曼变频技术中通常采用透镜聚焦的方式实现受激拉曼散射，单透镜聚焦虽然能够提升泵浦激光光斑的功率密度，随着泵浦激光脉冲能量的增加会造成气介质的电离，严重影响了激光的光束质量，同时也造成激光能量的损失【张晓许.激光电离空气的光学诊断实验研究[J].光电技术应用，2017，32(04)：60
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63+78.】随着泵浦激光脉冲重复频率的上升，采用大脉冲的泵浦激光单程直接泵浦气体介质会造成热量的积累导致气体受热不均、介质密度分布不均，形成严重的热透镜效应，影响光束质量，【王涛.气体透镜应用于超高强度平行激光束产生技术研究[D].电子科技大学，2017.】【郑也，倪庆乐，张琳，刘小溪，王军龙，王学锋.受激拉曼散射对高功率激光传输特性影响研究[J].中国激光,2021,48(07):32
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39.】因此，高光束质量的大脉冲能量拉曼激光输出需要采用种子激光放大的技术办法来实现；在激光技术中，激光放大的办法是激光技术中的常规技术手段，通常先采用一些技术手段获得光束质量比较高的种子激光，种子放大的技术办法。相关的技术方案比较成熟。【常浩天，李永亮，梁明波，郑鹏飞.脉冲激光放大技术研究进展[J].激光杂志，2021，42(10)：10
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14.DOI：10.14016/j.cnki.jgzz.2021.10.010.】，【王媛媛,王羡之,宋贾俊,张旭,王兆华,魏志义.超强激光在均匀等离子体中的背向拉曼散射放大机制[J].物
理学报，2022，71(05)：233
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238.】。
[0006]本专利技术是获得一种高光束质量的种子激光的办法，可以作为拉曼激光放大的种子光源。

技术实现思路

[0007]本专利技术不同于目前现有的优化光束质量的方案，通过激光多次聚焦的结构设计，实现了拉曼激光光束质量的多次优化，增加聚焦次数，降低拉曼介质密度，该设计分摊了受激拉曼转化的位置，避免了聚焦引起的介质电离，以及拉曼转化造成热量聚集而形成的热透镜效应。
[0008]该专利技术将多次聚焦与空间滤波方法相结合，空间滤波法可以有效的去除激光高阶横模，多次聚焦拉曼可以实现激光横模的再生，产生优于泵浦激光光束的质量的拉曼激光。空间滤波法中的光阑孔径太大会造成高阶模式去除效果不太理想，特别是短波长的激光，空间滤波法不太适用。在长波中使用空间滤波法会造成激光的硬边衍射造成激光能量与光束质量的损失，而且在大脉冲能量泵浦的受激拉曼散射条件下，强激光会对光阑造成损伤，光阑材料选择比较困难。
[0009]本专利技术提供了一种受激拉曼散射提升激光光束质量的装置及方法，将受激拉曼技术与空间滤波法结合，空间滤波法去除高阶模式，拉曼激光再生法实现了激光光束的进一步优化。
[0010]本专利技术采用的技术方案为：
[0011]一种受激拉曼散射提升激光光束质量的装置，所述装置包括泵浦激光源和拉曼光束质量优化器。
[0012]所述的泵浦激光源包括泵浦激光器1、45度反射镜2和佩林布洛卡棱镜3。
[0013]以所述的泵浦激光器1发出的平行激光束的中心轴为轴线，经过45度反射镜2和佩林布洛卡棱镜3的反射后，激光束进入拉曼光束质量优化器，其中，45度反射镜2和佩林布洛卡棱镜3用于泵浦激光的90度折转。
[0014]所述的拉曼光束质量优化器包括聚焦透镜一4
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1、聚焦透镜二4
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2、拉曼池10、拉曼池窗口一5
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1、拉曼池窗口二5
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2、空间滤波光阑一6
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1、空间滤波光阑二6
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2、空间滤波光阑三6
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3、Herroitt凹面反射镜一7
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1、Herroitt凹面反射镜二7
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2、气体阀门一8
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1、气体阀门二8
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2和气压表9。
[0015]所述的拉曼池10是中空的管状容器，其内部可以承受高压，其腔内充装气体，气压范围为0.01
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5.00MPa(室温条件)之间；所述气体为拉曼活性气体单质气体或者一种拉曼活性气体与一种惰性气体的混合气体，当采用混合气体时，拉曼活性气体与惰性气体的体积比在1：0.1
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1：2之间，当采用单质拉曼活性气体时气压范围在0.01
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4MPa(室温条件)之间，通过调整拉曼活性气体密度实现拉曼激光光束质量优化。
[0016]所述的气体阀门一8
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1和气体阀门二8
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2分别通过气体管路与拉曼池10内部相连通，分别作为气体介质充装入口和拉曼池10的降压出口，除充装过程外，气体阀门一8
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1需常闭，气体阀门二8
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2用于在拉曼池10内部压强大于1个大气压时降压。
[0017]所述的气压表9通过管路与拉曼池10内部连通，用于检测拉曼池10内部气压。
[0018]所述的拉曼池窗口一5
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1和拉曼池窗口二5
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2分别安装在拉曼池10两端，其中，拉
曼池窗口一5
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1位于靠近佩林布洛卡棱镜3的一端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种受激拉曼散射提升激光光束质量的装置，其特征在于，所述装置包括泵浦激光源和拉曼光束质量优化器；所述的泵浦激光源包括泵浦激光器(1)、45度反射镜(2)和佩林布洛卡棱镜(3)；以所述的泵浦激光器(1)发出的平行激光束的中心轴为轴线，经过45度反射镜(2)和佩林布洛卡棱镜(3)的反射后，激光束进入拉曼光束质量优化器；所述的拉曼光束质量优化器包括聚焦透镜一(4
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1)、聚焦透镜二(4
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2)、拉曼池窗口一(5
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1)、拉曼池窗口二(5
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2)、空间滤波光阑一(6
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1)、空间滤波光阑二(6
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2)、空间滤波光阑三(6
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3)、Herroitt凹面反射镜一(7
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1)、Herroitt凹面反射镜二(7
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2)和拉曼池(10)；所述的拉曼池(10)是中空的管状容器，其内部能够承受高压，其腔内充装气体，在室温条件下，其内部气体的气压范围为0.01
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5.00MPa之间；所述气体为拉曼活性气体单质气体或者一种拉曼活性气体与一种惰性气体的混合气体，当采用混合气体时，拉曼活性气体与惰性气体的体积比在1：0.1
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1：2之间，当采用单质拉曼活性气体时，其在室温条件下的气压范围在0.01
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4MPa之间；所述的拉曼池窗口一(5
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1)和拉曼池窗口二(5
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2)分别安装在拉曼池(10)两端，其中，拉曼池窗口一(5
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1)位于靠近佩林布洛卡棱镜(3)的一端，两个拉曼池窗口分别用于激光束进入和输出拉曼池(10)，两个窗口表面镀膜满足泵浦激光和拉曼激光波长增透；所述的聚焦透镜一(4
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1)位于拉曼池(10)外部，置于拉曼池窗口一(5
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1)的激光束入射一侧，且二者与激光束同轴；所述聚焦透镜二(4
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2)位于拉曼池(10)内部，置于拉曼池窗口二(5
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2)的激光束入射一侧，且二者与激光束同轴；所述的Herroitt凹面反射镜一(7
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1)和Herroitt凹面反射镜二(7
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2)分别置于拉曼池(10)内部两端，Herroitt凹面反射镜一(7
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1)与拉曼池窗口一(5
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1)相对放置，且其与聚焦透镜一(4
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1)共焦放置，Herroitt凹面反射镜二(7
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2)与拉曼池窗口二(5
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2)相对放置，且其与聚焦透镜二(4
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2)共焦放置；所述的佩林布洛卡棱镜(3)反射后的激光束穿过聚焦透镜4
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1后再穿过拉曼池窗口一(5
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1)进入拉曼池(10)中并聚焦，再通过Herroitt凹面反射镜一(7
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1)与Herroitt凹面反射镜二(7
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2)反射，激光束在拉曼池(10)中共形成3个聚焦点；所述拉曼池(10)中共安装三个空间滤波光阑，分别是空间滤波光阑一(6
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1)、空间滤波光阑二(6
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2)、空间滤波光阑三(6
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3)，其中空间滤波光阑一(6
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1)安装于第一个焦点附近，空间滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡向龙，郭敬为，刘金波，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：