[发明专利]一种基于空心玻璃管且自带种子光的气体受激拉曼放大器

说明书

技术领域

本发明涉及受激拉曼放大器，特别是一种基于空心玻璃管且自带拉曼种子光的气体受激拉曼放大器。

背景技术

近年来，随着激光在交通、测量、医疗、国防和工农业等众多应用领域不断地发展，开发特殊的激光波长已经越来越引起人们的注意。这些特殊的激光波长可以通过新的激光工作物质产生，也可以通过气体或光学材料（如晶体等）的非线性光学频率转换产生。在非线性光学领域，受激拉曼散射能够用来对激光发射波长做特定频率转换（取决于拉曼介质的拉曼振/转动模频率），达到特定的激光波长输出。因此，受激拉曼散射技术是实现激光波长变换的重要技术手段。

依据拉曼介质的物质形态不同，拉曼介质可分为固体、液体和气体。固体拉曼介质一般体积小，拉曼介质浓度高，故其拉曼增益和转化率高。当前已研制出多种固体拉曼介质，应用十分广泛，但固体拉曼介质损伤阈值低，不易实现高能量激光输出。液体拉曼介质则由于液体介质的挥发性，毒性或不稳定性等缺陷，应用范围受到很大限制。相对而言，气体拉曼介质浓度较低，增益较小，但具有较好的热管理性、较高的损伤阈值（更可能实现大能量拉曼激光输出）、高拉曼振动模（大拉曼频移）和窄拉曼线宽等优点，因此也得到了广泛深入的研究。常用的气体拉曼介质有H₂，CH₄，O₂和N₂等。

目前，采用气体介质实现激光受激拉曼转换的经典方法主要是：泵浦激光器输出的泵浦光经过透镜聚焦，导入充满气体拉曼介质的单程拉曼池内发生受激拉曼散射过程，产生斯托克斯拉曼光，然后再通过准直透镜、棱镜分光得到拉曼放大光。在此过程中，只有在聚焦透镜的焦点位置附近的一小段区域内激光功率密度可以达到受激拉曼散射阈值；也就是说，只有在此区域内才可以发生受激拉曼散射实现对泵浦光的频率转换。因此泵浦光与拉曼介质的有效相互作用区域很小，难以获得较高的拉曼转化效率。

此外，通常说的受激拉曼阈值是指拉曼振荡池中通过受激拉曼散射来实现从自发拉曼散射产生的噪声放大到可观测程度时所需要的最小泵浦光强。经典的单程拉曼池的激光波长转换，是自发拉曼散射为后续的受激拉曼散射提供了种子光。另外，由于气体介质的粒子浓度小，这就意味着传统的气体增益系数比较小，受激拉曼散射阈值会比较高。为此，人们提出了一种自带拉曼种子光的拉曼放大器，则自发拉曼散射的作用可以忽略不计，其受激拉曼散射过程实际上就不需要阈值。这样一来，解决了气体受激拉曼散射阈值较高的技术难题，泵浦光和拉曼种子光的有效相互作用区域也所有增大，但远离焦点处的泵浦光功率密度下降很快，很难继续进行受激拉曼放大过程，即有效相互作用区域仍然有所限制，因此还是难以获得较高的拉曼转化效率。

发明内容

本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供了一种基于空心玻璃管且自带拉曼种子光的气体受激拉曼放大器，能够明显增加泵浦光和拉曼种子光的有效相互作用长度，并且提高泵浦光的功率密度，显著提高拉曼光转化效率。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于空心玻璃管且自带种子光的气体受激拉曼放大器，包括一台泵浦激光器，一套分光系统，第一个拉曼池，第二个拉曼池，一根空心玻璃管和一组分光棱镜，其特征在于：泵浦激光器输出的泵浦光通过分光系统分成两束泵浦光；第一束泵浦光通过第一个拉曼池产生后向斯托克斯光作为拉曼种子光，后向斯托克斯光作为拉曼种子光和第二束泵浦光同时以掠入射方式导入置于第二个拉曼池内的空心玻璃管内进行拉曼光受激放大。

其中，第一束泵浦光通过第一二相色镜反射和第一聚焦透镜聚焦导入第一个拉曼池，随之产生后向斯托克斯拉曼种子光，该拉曼种子光按原光路返回、依次穿过第一聚焦透镜、第一二相色镜、第二聚焦透镜和第二二相色镜进入第二个拉曼池内置的空心玻璃管内，作为拉曼种子光；第二束泵浦光先后通过第一高反镜、第三聚焦透镜和第二高反镜进行光路延迟，作为受激拉曼放大泵浦光，与后向斯托克斯拉曼种子光同时到达第二二相色镜，然后经第二二相色镜反射与后向斯托克斯拉曼种子光在空间上达到重合，后一起以掠入射方式导入置于第二个拉曼池内的空心玻璃管进行受激拉曼放大；最后，空心玻璃管输出端口的输出光先后通过准直透镜和分光棱镜组，把剩余的泵浦光P和放大拉曼光S1分开，从而得到单一的放大拉曼光。

其中，所述的拉曼种子光和第二束泵浦光分别通过第二聚焦透镜和第三聚焦透镜在空间上均聚焦到置于第二个拉曼池内的空心玻璃管的输入端口。

其中，所述的拉曼种子光和第二束泵浦光分别通过各自光路在时间上同时到达第二二相色镜上并进行合束。