[发明专利]采用拉曼频率变换将激光放大的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于激光频率变换领域，尤其是一种采用拉曼频率变换将激光放大的方法及其装置。

背景技术

现有激光器输出波长是由激光晶体中掺杂离子能级结构决定的。而掺杂离子种类多为常见几种，如Nd，Er，Yb等，故输出波长相对较为固定，单一。很多特定波长的激光有很强的实用价值，却无法从现有激光晶体中直接产生。为满足不同场合的需要，就要对现有波长进行频率变换。目前，常见的频率变换方法，多为利用非线性晶体的二阶非线性效应实现基频光的倍频，差频，和频等。此种方式大多采用角度匹配，对于不同的入射波长需改变晶体不同的切向。为使倍频效率达到最佳，倍频晶体的长度也需适当，不宜过长，也不宜过短。倍频的方式结构简单，设计方便，转化效率高，但产生的波长为基频光波长的一半，波长覆盖范围相对较窄，对于某些特定波段的产生仍有困难。

另一种常见的频率变换方式是采用宽荧光谱线的可调谐激光晶体，在其较宽的荧光谱线范围内实现激光波长连续可变的协调输出。但此种方法中可调谐激光晶体的种类较少，如钛宝石晶体(Ti:Al₂O₃)，掺铬紫翠宝石晶体(Cr:BeAl₂O₄)，掺镱钇铝石榴石(Yb:YAG)等。调谐的波长范围取决于该可调谐激光晶体的荧光谱线宽度，它们的波长协调范围多为几十或一百纳米左右的窄波段内，这限制了它的实际应用范围。

现有的拉曼激光器通过受激拉曼散射的方式对基频光进行频率变换。拉曼晶体对基频光进行拉曼频率变换时，基频光波长以等波数间隔由低阶斯托克斯拉曼光向高阶斯托克斯拉曼光转化。通过选择不同拉曼晶体，利用它们频移量的不同，便能够实现特定波长激光的输出。拉曼晶体对基频光无需角度匹配，对任意波长基频泵浦光均可实现拉曼频率变换，故波长范围覆盖较广。

大多数拉曼激光器采用外置拉曼腔的方案。此种结构拉曼光产生阈值较低，提高了拉曼转换效率。而且拉曼谐振腔还可以对某些特定波长，进行专门的设计，不仅能够实现特定输出波长的最佳运转，还能保证较好的拉曼光光束质量。但此种方案中，拉曼光波长通常与泵浦光波长相差不大，给耦合输入镜和输出镜的镀膜造成了一定的困难，所以此种方案往往输出低阶单一波长拉曼光。另一种常用的拉曼激光器为单通或双通方案。此种方案结构简单，装置小巧，易于调节。尤其适用于超短脉冲激光的频率转换，以及对拉曼晶体的受激拉曼阈值和拉曼晶体的拉曼增益进行测量，能同时输出多波长的拉曼光。但此种方案中拉曼光产生阈值相对较高，拉曼光的光束质量也往往不佳。

发明内容

针对上述方案中存在的不足之处，本发明提供了一种采用拉曼频率变换将激光放大的方法及其装置，通过增加分束，合束，延时等部分，实现拉曼激光放大，使得拉曼光的出光阈值低，并且在产生多波长拉曼光的同时，还能够保证较好的拉曼光光束质量。

为实现上述目的，本发明提供一种采用拉曼频率变换将激光放大的方法，包括以下步骤：

S1、利用分束镜将入射的泵浦光分束为第一路光束与第二路光束；

S2、分束后的第一路光束作为拉曼放大器的泵浦光脉冲绕过拉曼种子源发生器，经反射后入射至合束镜中，用于对拉曼种子光进行拉曼放大；

S3、第二路光束通过延时部分入射至拉曼种子源发生器形成拉曼种子光；

S4、通过对拉曼种子光源与泵浦光脉冲进行调节，使二者能够在空间中与时域上重合，以形成共轴光束；

S5、共轴光束进入拉曼放大器中实现对拉曼种子光能量的放大。

进一步地，在步骤S2中，第一路光束经分束镜远离拉曼种子源发生器，并通过第一全反镜与第二全反镜反射后入射至合束镜。

进一步地，在步骤S3中，延时部分由第三全反镜、全反镜组与第四全反镜构成，第二路光束依次通过第三全反镜、全反镜组与第四全反镜入射至拉曼种子源发生器形成拉曼种子光。

进一步地，步骤S4包括以下步骤：

a、利用合束镜调节拉曼种子光源与泵浦光脉冲在空间中的重合度；

b、为使拉曼种子光源在拉曼放大器中能有效得到放大，利用延时部分调节拉曼种子光与泵浦光脉冲的光程差，实现泵浦光脉冲与拉曼种子光在时域上的重合；

c、当拉曼种子光源与泵浦光脉冲在空间中与时域上相匹配时以形成共轴光束。