一种窄线宽内腔拉曼激光器制造技术

一种窄线宽内腔拉曼激光器，属于拉曼激光器领域，本发明专利技术为解决现有拉曼激光器存在的问题。本发明专利技术包括激光发射部、SRS效应腔、分光部、泵浦光分束腔和Stokes光分束腔；激光发射部，用于向SRS效应腔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，且所述第一光信号在SRS效应腔中增益后产生第二光信号，所述第一光信号和第二光信号为功率和波长不同的泵浦光；在SRS效应腔中，利用受激拉曼效应将所述第二光信号转换为Stokes光，并残余部分未转化的泵浦光，所述Stokes光和未转化的泵浦光由分光部进行分离，使Stokes光在种子光振荡腔中振荡，受激拉曼效应残余的泵浦光在泵浦光振荡腔中振荡；从而输出窄线宽的激光。从而输出窄线宽的激光。从而输出窄线宽的激光。

【技术实现步骤摘要】
一种窄线宽内腔拉曼激光器


[0001]本专利技术涉及一种在腔内压缩线宽的窄线宽内腔拉曼激光器，属于拉曼激光器领域。

技术介绍

[0002]窄线宽激光具有高单色性、高相干性、高光束质量和极低的相位噪声等特点，因此在激光通信、激光测距、激光雷达、激光制冷等领域有着广泛的应用前景。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(SRS)效应成为实现高功率激光输出、频率变换和光束净化的重要手段。基于SRS的拉曼激光器具有诸多优势：极宽的波长可调性，可以覆盖从紫外到中红外的大范围波长；填补传统基于粒子数反转激光器空缺波长的输出；稳定的频移，拉曼频移只和介质的晶格振动相关，与泵浦光的频率无关；高转换效率，拉曼激光器的增益正比于泵浦光强，没有饱和效应及空间烧孔效应，可以实现接近量子效率极限的能量转化。但是拉曼激光器的线宽相对较宽，若将其应用于窄线宽激光器的应用领域，需要进行进一步的谱线压缩。以下是目前获得窄线宽激光的方法及其限制因素：
[0003]一：通过在激光器谐振腔外部加入分光器件，如闪耀光栅、体布拉格光栅等光学器件对谐振腔产生的光束进行筛选，进行谱线压缩。但是这种获得窄线宽激光的方法是在谐振腔产生输出后在谐振腔外对输出的激光进行谱线的筛选，将大大降低激光器的输出效率，从而很难获得高功率的激光输出。
[0004]二：在光纤激光器中使用分布式反馈(DFB)或分布式布拉格反射器(DBR)结构。在DFB或DBR光纤激光器中，一个周期性光栅结构被纳入到光纤中，它提供了所需的波长选择性反馈以进行激光器操作。该结构确保激光输出处于特定波长并具有窄线宽。但是这种光纤激光器的芯径尺寸相对于其他类型的激光器比较小，这使得在不损坏光纤的情况下扩大输出功率变得困难；此外，高功率的光纤激光器可能会受到拉曼散射和自身相位调制等非线性效应的影响，因而难以产生高功率的激光输出。
[0005]三：在激光器谐振腔中加入F
‑
P标准具进行波长选择。但是这种方式对F
‑
P标准具的精度要求极高，往往需要多个标准具来实现，大大增大了实现的难度，同时也引入了插入损耗，降低了激光器的工作效率。
[0006]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，但是传统的拉曼激光器的Stokes(种子)的返回光与泵浦光难以分离，从而无法对Stokes光(种子光)与泵浦光分别进行调整，将会导致在高功率运转时泵浦激光晶体产生热透镜效应，影响泵浦光的光束质量从而进一步导致拉曼腔中Stokes光的光束质量降低，严重影响了输出光的光束质量以及稳定性，因此很大程度上限制了拉曼激光器功率的提升。此外，目前针对空间环境探测与激光工业加工中，对窄线宽、高功率且波长可调谐的激光器有重要的需求，但基于传统的固体激光器很难同时实现窄线宽，高功率输出与波长可调谐的特点。

技术实现思路

[0007]针对现有拉曼激光器存在的问题，本专利技术提供一种窄线宽内腔拉曼激光器，本专利技术实现了窄线宽、高转化效率和波长可调，详见下文描述：
[0008]本专利技术所述一种窄线宽内腔拉曼激光器，包括激光发射部、SRS效应腔、分光部、泵浦光分束腔和Stokes光分束腔；泵浦光分束腔与SRS效应腔共光轴且二者构成泵浦光振荡腔，Stokes光分束腔与SRS效应腔的光轴呈夹角且二者构成种子光振荡腔；
[0009]激光发射部，用于向SRS效应腔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，且所述第一光信号在SRS效应腔中增益后产生第二光信号，所述第一光信号和第二光信号为功率和波长不同的泵浦光；
[0010]在SRS效应腔中，利用受激拉曼效应将所述第二光信号转换为Stokes光，并残余部分未转化的泵浦光，所述Stokes光和未转化的泵浦光由分光部进行分离，使Stokes光在种子光振荡腔中振荡，受激拉曼效应残余的泵浦光在泵浦光振荡腔中振荡；
[0011]其中Stokes光进入Stokes光分束腔，通过腔内设置的第二体布拉格光栅进行衍射，衍射将Stokes光的线宽压缩，从而输出窄线宽的激光；
[0012]其中受激拉曼效应未转化的泵浦光进入泵浦光分束腔，并在泵浦光振荡腔中振荡，未转化的泵浦光经过腔内设置的第一体布拉格光栅被筛选衍射，将衍射所得的窄线宽的剩余泵浦光反射回SRS效应腔中，实现窄线宽的第二信号光的放大；
[0013]所述窄线宽的第二光信号再次利用受激拉曼效应产生窄线宽Stokes光，并通过第二体布拉格光栅的衍射进一步压缩线宽。
[0014]优选地，激光发射部包括泵浦源1和聚焦透镜2，泵浦源1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，经聚焦透镜2聚集后输出。
[0015]优选地，分光部采用分光镜7实现。
[0016]优选地，SRS效应腔中设置输入镜3、激光增益介质4、第一整形透镜5和金刚石晶体6，泵浦源1输出的第一光信号经聚焦透镜2聚集后经由输入镜3进入激光增益介质4，增益后产生第二光信号；所述第二光信号通过所述第一整形透镜5整形后进入所述金刚石晶体6产生受激拉曼效应，激发生成Stokes光。激光增益介质4为Nd:YAG晶体，金刚石晶体6为沿<110>轴切割的人造金刚石晶体，分光镜7为平面镜。
[0017]优选地，SRS效应腔中设置输入镜3、布儒斯特切割晶体16、第一整形透镜5和金刚石晶体6，泵浦源1输出的第一光信号经聚焦透镜2聚集后经由输入镜3进入布儒斯特切割晶体16，布儒斯特切割晶体16滤除偏振方向垂直于入射平面的泵浦光，保留偏振方向平行于入射平面的泵浦光，增益后产生第二光信号；所述第二光信号通过所述第一整形透镜5整形后进入所述金刚石晶体6产生受激拉曼效应，激发生成Stokes光。金刚石晶体6为沿<110>轴切割的人造金刚石晶体，分光镜7为平面镜，布儒斯特切割晶体16为布儒斯特切割的Nd:YVO4晶体，布儒斯特切割晶体16左端面为直面，布儒斯特切割晶体16右端面为斜面。
[0018]优选地，泵浦光分束腔中设置第二整形透镜8和第一体布拉格光栅9，Stokes光分束腔中设置第三整形透镜10和第二体布拉格光栅11；
[0019]残余未转化泵浦光经过所述分光镜7透射后，进入第二整形透镜8整形，再进入第一体布拉格光栅9衍射，将衍射所得的窄线宽的剩余泵浦光反射回SRS效应腔中的增益部件，实现窄线宽的第二光信号的放大；
[0020]Stokes光经过所述分光镜7反射后，进入所述第三整形透镜10整形，再进入所述第二体布拉格光栅11衍射后输出稳定的窄线宽激光。
[0021]优选地，还包括第一加热贴片元件12、第二加热贴片元件13、第一直流电源14和第二直流电源15，所述第一加热贴片元件12通过硅脂黏贴在所述第一体布拉格光栅9下表面，通过所述第一直流电源14来设定特定的电压，将所述第一体布拉格光栅9加热到特定的温度，从而改变所述第一体布拉格光栅9的中心波长以达到对残余未转化泵浦光的衍射筛选作用；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种窄线宽内腔拉曼激光器，其特征在于，包括激光发射部、SRS效应腔、分光部、泵浦光分束腔和Stokes光分束腔；泵浦光分束腔与SRS效应腔共光轴且二者构成泵浦光振荡腔，Stokes光分束腔与SRS效应腔的光轴呈夹角且二者构成种子光振荡腔；激光发射部，用于向SRS效应腔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，且所述第一光信号在SRS效应腔中增益后产生第二光信号，所述第一光信号和第二光信号为功率和波长不同的泵浦光；在SRS效应腔中，利用受激拉曼效应将所述第二光信号转换为Stokes光，并残余部分未转化的泵浦光，所述Stokes光和未转化的泵浦光由分光部进行分离，使Stokes光在种子光振荡腔中振荡，受激拉曼效应残余的泵浦光在泵浦光振荡腔中振荡；其中Stokes光进入Stokes光分束腔，通过腔内设置的第二体布拉格光栅进行衍射，衍射将Stokes光的线宽压缩，从而输出窄线宽的激光；其中受激拉曼效应未转化的泵浦光进入泵浦光分束腔，并在泵浦光振荡腔中振荡，未转化的泵浦光经过腔内设置的第一体布拉格光栅被筛选衍射，将衍射所得的窄线宽的剩余泵浦光反射回SRS效应腔中，实现窄线宽的第二信号光的放大；所述窄线宽的第二光信号再次利用受激拉曼效应产生窄线宽Stokes光，并通过第二体布拉格光栅的衍射进一步压缩线宽。2.根据权利要求1所述一种窄线宽内腔拉曼激光器，其特征在于，激光发射部包括泵浦源(1)和聚焦透镜(2)，泵浦源(1)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，经聚焦透镜(2)聚集后输出。3.根据权利要求2所述一种窄线宽内腔拉曼激光器，其特征在于，分光部采用分光镜(7)实现。4.根据权利要求3所述一种窄线宽内腔拉曼激光器，其特征在于，SRS效应腔中设置输入镜(3)、激光增益介质(4)、第一整形透镜(5)和金刚石晶体(6)，泵浦源(1)输出的第一光信号经聚焦透镜(2)聚集后经由输入镜(3)进入激光增益介质(4)，增益后产生第二光信号；所述第二光信号通过所述第一整形透镜(5)整形后进入所述金刚石晶体(6)产生受激拉曼效应，激发生成Stokes光。5.根据权利要求3所述一种窄线宽内腔拉曼激光器，其特征在于，SRS效应腔中设置输入镜(3)、布儒斯特切割晶体(16)、第一整形透镜(5)和金刚石晶体(6)，泵浦源(1)输出的第一光信号经聚焦透镜(2)聚集后经由输入镜(3)进入布儒斯特切割晶体(16)，布儒斯特切割晶体(16)滤除偏振方向垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：白振旭，张博远，陈晖，常晓宇，牛雅儒，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：