[发明专利]抑制受激拉曼散射提高激光传输效率的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及抑制受激拉曼散射提高激光传输效率的方法及装置，属于光学领域。

背景技术

随着激光技术的广泛应用，在很多激光装置和实验系统内，激光(脉冲)必须在气体或液体等介质内传输一段距离。但是，随着激光功率的不断增加，传输介质内极易产生受激拉曼散射(包括受激转动拉曼散射(SRRS)、受激振动拉曼散射(SVRS))等非线性效应。在受激散射过程中，随着传输距离的增大，激光能量逐渐向一阶Stokes光与anti-Stokes(反斯托克斯)转化，当一阶Stokes光强度增大到一定程度时，又会导致二阶、三阶等高阶Stokes光产生，从而损耗了大量激光能量；Stokes光的产生还会导致传输介质粒子布局数变化，这种变化会破坏介质折射率的均匀性而使激光产生波前相位畸变，以致降低了激光光束质量。因此，如何有效抑制SRRS等非线性效应已经成为激光传输与应用领域亟待解决的关键问题之一。

目前，为抑制SRRS等非线性效应的产生或放大，有人提出或利用以下方法及装置：

1、不同传输介质“串联”。将频移量不等的两种或多种介质依次“串联”在一起，作为同一束激光的传输介质，这样可以避免同一条散射谱线强度被持续放大，从而减小激光能量损失。例如激光脉冲在空气中传输时，用惰性气体(如氩气)甚至真空代替一部分空气，以此减小SRRS互作用距离而抑制Stokes光(散射光)持续放大，从而降低激光能量损耗。然而，惰性气体或真空管道的使用无疑会使激光系统变得复杂，这不仅提高了工程造价还给相关器件的日常维护、装卸带来很大麻烦，尤其在某些大型或巨型激光装置中，光学元器件数量较多，这种方法基本无法使用。

2、Bragg光栅(布拉格光栅)滤波。在SRRS阈值距离附近插入一片Bragg光栅，Stokes光会因与激光衍射角度(或效率)不同而被分离出去。Bragg光栅对光束入射角要求比较苛刻，入射角与Bragg角稍有偏离会导致光束衍射效率急剧下降，这大大提高了Bragg光栅的安装、调试难度。另外，当入射激光有一定带宽时，Bragg光栅不仅会增大光束发散角，还会因一部分频率激光衍射效率较低而降低透射激光能量。

3、光谱色散匀滑(简称SSD)。SSD是利用相位调制器与光栅对光束相位进行时间与空间调制，从而降低光束的时间相干性与空间相干性。目前SSD主要用于激光远场焦斑匀滑的研究与应用，有研究表明，SSD对空气的SRRS也有一定抑制作用。然而，SSD使用后会极大改变初始激光的原有特性，如时空相干性降低，激光带宽增加，光束发散角增大等，这些都会极大地缩小SSD技术的应用范围。

因此，探索一种应用范围广、结构简单、维护方便、能够有效抑制SRRS等非线性效应提高激光传输效率的方法及装置，对激光传输与应用具有重要意义。

发明内容

本发明目的是为解决现有抑制SRRS等非线性效应的产生或放大技术存在的问题，提供了一种抑制受激拉曼散射提高激光传输效率的方法及装置。

本发明所述抑制受激拉曼散射提高激光传输效率的方法：

第一个方法技术方案：激光源发射出的激光束在介质中传输的光程上，在第一个受激拉曼散射阈值距离处采用相位延迟的方法使所述激光产生的散射光的偏振方向旋转90°，使所述激光的偏振方向保持不变。

第二个方法技术方案：在第一个方法技术方案的基础上，再将偏振方向旋转90°的散射光和激光经偏振器件透射，将偏振方向旋转90°的散射光滤除。

第三个方法技术方案：激光源发射出的激光束在介质中传输的光程上，每个受激拉曼散射阈值距离处均采用相位延迟的方法使所述激光产生的散射光的偏振方向旋转90°，使所述激光的偏振方向保持不变。

第四个方法技术方案：在第三个方法技术方案的基础上，所述方法中还包括：对每个相位延迟处理后的光束再经偏振器件透射，将偏振方向旋转90°的散射光滤除。

第一个装置技术方案：抑制受激拉曼散射提高激光传输效率的装置，它包括激光源和相位延迟器，相位延迟器设置在激光源发出激光束在介质中传输光程为第一个受激拉曼散射阈值距离处。

第二个装置技术方案：在第一个装置技术方案的基础上，它还包括偏振器件，所述相位延迟器和偏振器件均设置在激光源输出的光束的光轴上，所述相位延迟器的输出光束入射至偏振器件，所述偏振器件透射激光束，所述偏振器件滤除偏振方向旋转90°的散射光。