固体材料拉曼增益系数测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种固体材料拉曼增益系数测量系统及方法。其结构为：它包括激光泵浦源，在激光泵浦源后方依次设置至少一个光束偏振和强度调节装置、至少一个光束缩束系统、至少一个部分反射镜、至少两个不同长度、同种材料的待测样本、至少一个光束分离器和更换式测量装置ＩＩ，其中部分反射镜则与更换式测量装置Ｉ配合。该方法实验光路调节简单容易，只是利用两块待测样本重复进行实验，然后通过能量计和ＣＣＤ得到的数据直接计算得到拉曼增益系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种拉曼增益系数的测量方法，尤其涉及一种固体材料拉曼增益系数 测量系统及方法。
技术介绍
应用拉曼材料的激光变频技术在科学研究和现代化生产中得到广泛应用。作为拉曼材料重要参数之一的拉曼增益系数成为衡量拉曼材料性能的主要标准。测量该值对于拉 曼激光材料的选择显得尤为重要。目前，国外已经有关于固体拉曼材料增益系数的报道。他们主要采用三种方 式来实现一是采用自发拉曼光谱测量方法(Raman band intensities of tellurite glasses,《OPTICSLETTERS》，Vol. 30，2005，1156-1158)，二是使用激光单脉冲受激拉曼方 法(Efficient Ramanshifting of picosecond pulses using BaffO4 crystal, ((Optics Communications)), Vol. 177，2000，397-404)。三是采用激光双脉冲受激拉曼的方法 (Raman gain measurements in bulk glasssamples,《J. Opt. Soc. Am. B》，Vol. 22,2005, 1861-1867)。第一种方法利用待测样品的自发拉曼光谱和标准材料的自发拉曼光谱相对比 得到待测样品拉曼增益系数，实验过程必须依托标准材料(一般是二氧化硅)的参量常数 得到待测样本的增益系数，而无法在没有标准样本的情况下通过实验得到拉曼增益系数。 第二种方法利用皮秒或纳秒脉冲单程通过拉曼材料的受激拉曼现象得到增益系数，数据处 理过程中用了一些假设的参量(如假设自发辐射噪声参数)，这些假设没有考虑到材料的 不同对结果的影响，而把不同材料的参量不加区别统一对待。第三种方法利用两个光束通 过待测样本时发生受激拉曼现象产生能量转移得到拉曼增益系数，实验过程复杂且调节难 度很大(尤其是两脉冲时间空间高度重叠的条件很难得到满足)。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为解决上述问题，提供一种具有不用参照标准样品(实验只是 利用两块同种材料待测样本)、不用假设参量和常数(根据测量结果直接代入公式计算)、 光路调节简单且测量方便(只是单光束准直且直接利用能量计、CCD测量得到实验结果)等 优点的测量系统及方法。一种固体材料拉曼增益系数测量系统，它包括激光泵浦源，在激光泵浦源后方依 次设置至少一个光束偏振和强度调节装置、至少一个光束缩束系统、至少一个部分反射镜、 至少两个待测样本、至少一个光束分离器和更换式测量装置II，其中部分反射镜则与更换 式测量装置I配合。所述激光泵浦源为皮秒或纳秒脉冲激光器。所述光束偏振和强度调节装置可以有多种选择，例如两个依次布置的偏振片或半 波片和极化器等其他组合。所述待测样本为长度不同的两块同种材料样本，两者的长度差异控制在20%以内。所述待测样本是可以应用到拉曼激光器中的固体材料如钨酸盐类、钒酸盐类、硝酸盐类、碘酸盐类等；待测样本两个端面均镀有泵浦光波段及相应的stokes波段增透膜。所述光束缩束系统有多种选择，如两个凸透镜或凸透镜加凹透镜等其他组合。所述更换式测量装置I和更换式测量装置II均为能量计、(XD。一种固体材料拉曼增益系数测量系统的测量方法，它的过程为步骤1，利用激光泵浦源产生纳秒或者皮秒脉冲激光，经过光束偏振和能量调节系 统和光束缩束系统调整后入射到部分反射镜；步骤2，部分反射镜提取部分泵浦光，用能量计I测量输入脉冲能量，同时用能量 计II测输出脉冲能量，然后相应的用CCD测量光束横向尺寸(为了尽量减少仪器位置的变 动，可以用CCD分别在图中摆放两能量计的位置进行测量)；测量实验数据，在实验中按照每秒增加一到十微焦的速率缓慢调节泵浦光脉冲能 量(可以直接增大激光器功率也可以调节光束偏振和能量调节系统)，直至开始观察到第 一块样本(长度较短的)发生受激拉曼效应，这时用两个能量计同时测量入射前的泵浦能 量和输出的stokes能量；然后用CCD分别测量样本入射前和出射后的脉冲横向尺寸；在保 持实验装置位置不变的情况下，用第二块样本(长度较长的)代替第一块样本后，在相同实 验条件下测量另一组实验数据，代入公式进行计算；步骤3，根据两待测样本在相同实验条件下测得的数据进行计算，根据公式l-e~aplIs(I) = Is(0)exp(gIP--asl)ap其中Is(O)和Is(I)分别是拉曼样本输入端和输出端的stokes光强，在无泵浦状 态下，Is(O)代表自发辐射噪声，g是拉曼增益系数，Ip是泵浦激光光强，1是样本长度，α ρ 是泵浦损耗系数，α s是stokes光损耗系数；在分别放置两块样本且发生受激拉曼时满足<formula>formula see original document page 5</formula>由以上两式相除得到 Is(I2) r , e-v,= sxPig1P--ash + ash )1S Vl /aP其中I1和I2是两样本长度，Ip是泵浦激光光强，Is(I1)和Is(I2)分别是相同条件 下不同长度同种材料样本分别产生的stokes光输出光强，带入公式可以求出拉曼增益系 数g，用公式表示为<formula>formula see original document page 5</formula>泵浦光强Ip根据能量计测得的脉冲能量、已知的脉冲宽度、CCD测出的脉冲腰斑计 算出来，同理可以算出stokes光的光强Is(I1)和Is(I2)；<formula>formula see original document page 6</formula>其中Q标记脉冲能量，用能量计测得；ω标记激光腰斑，用C⑶测量得到；At标记 脉冲宽度(在受激拉曼阈值附近两脉冲宽度相等)；下标1和2分别表示两块样本。从上述实验步骤可以看出，本实验光路调节简单容易，只是利用两块待测样本重 复进行实验，然后通过能量计和CCD得到的数据直接计算得到拉曼增益系数。本专利技术测量拉曼增益系数的系统，包括激光泵浦源、光束偏振和强度调节装置、激 光缩束装置、部分反射镜、光束分离器、能量计、两块长度接近的待测样本和CCD组成。该方 法利用纳秒或者皮秒量级的激光经过待测拉曼样本发生受激拉曼散射，然后用分光装置分 开输出光中的不同波长成分，用能量计同时测两波长能量，用CCD测光束横向尺寸。激光泵浦源可以是输出纳秒或皮秒脉冲的激光器。光束偏振和强度调节装置可以有多种选择，例如两个依次布置的偏振片或半波片 和极化器等其他组合。所述光束缩束系统有多种选择，如两个凸透镜或凸透镜加凹透镜等其他组合。部分反射镜用来提取少量泵浦光，用能量计测量脉冲能量，同时用CCD测量光束 横向尺寸。对于两块同种材料拉曼材料的选择要注意必须长度差别不大，因为大的长度差异 会因为散射光的非共轴成分增加和泵浦光的耗尽影响实验结果的稳定性。实验中两样本长 度差异控制在20%以内。待测样本可以是应用到拉曼激光器中的固体材料如钨酸盐类、 钒酸盐类、硝酸盐类、碘酸盐类等；待测样本两个端面都抛光且均镀有泵浦光波段及相应的 stokes波段增透膜。拉曼材料可根据需要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体材料拉曼增益系数测量系统，其特征是，它包括激光泵浦源，在激光泵浦源后方依次设置至少一个光束偏振和强度调节装置、至少一个光束缩束系统、至少一个部分反射镜、至少两个不同长度、同种材料待测样本、至少一个光束分离器和更换式测量装置Ⅱ，其中部分反射镜则与更换式测量装置Ⅰ配合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张行愚，薛峤，王青圃，徐慧华，范书振，李雷，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]