[发明专利]利用双级受激布里渊散射方法优化泵浦激光的拉曼激光器

说明书

技术领域

一种利用双级受激布里渊散射方法优化泵浦激光的拉曼激光器，它是为了解决一些低脉冲功率激光由于功率低于受激拉曼的阈值(达到GW级别)这一问题而设计的，某些介质的受激布里渊增益系数很高(8GW/cm),因此可以通过合理的发明设计利用布里渊散射(SRS)将峰值功率低的脉冲激光的脉宽压窄，从而提高激光的脉冲峰值功率，并最终实现受激拉曼转化。

背景技术

受激拉曼散射(SRS)是一种高效的激光波长转换手段。实现受激拉曼波长转换的介质是多种多样的，虽然固体拉曼介质的增益非常高，但是其损伤阈值相对较低，特别是热损伤阈值很低。高能激光的固体受激拉曼经常会造成固体的热炸裂。在液体中可以实现多波长的输出，这样就降低了单一波长转换的效率，在激光照射下介质的光解消耗大量的泵浦光能量。在某些气体拉曼能级比较单一，转换波长也比较单一，所以就能提高其转换效率，气体具有良好流动性能使波长转换后剩余的分子能量通过分子碰撞快速的消散，这样就促进了受激拉曼的转换，所以气体介质是高能激光受激拉曼的最佳选择。然而气体的拉曼增益系数比较小(气体介质中氢气的增益系数最大，当以1064nm激光为泵浦光时，40大气压的氢气的增益系数大约为1GW/cm)，实现气体受激拉曼散射的阈值达到了GW级别，这样就对受激拉曼散射泵浦激光峰值功率提出了苛刻的要求，要想实现地脉冲功率的激光器波长拉曼转换，就要先对其激光峰值功率提高，受激布里渊散射(SRS)有阈值低增益的特点，所以可以通过合理的装置设计就可以将峰值功率低的脉冲激光的脉宽压窄，提高泵浦光的峰值功率实现受激拉曼波长转换。

发明内容

本发明的实用性是能够将泵浦激光的脉冲压缩，提高其脉冲峰值功率进而实现气体受激拉曼散射波长转换。例如1MW的脉冲1064nm激光还无法实现气体介质的单程池受激拉曼转化，但是对于很多氟碳液体介质，这样的脉冲激光已经可以实现相当高的受激布里渊转化率了。

本发明中采用了双级布里渊池对脉冲压缩，先对脉冲激光进行后向的受激布里渊散射作为种子光，然后再在另外一个布里渊池中进行种子光放大，该种设计对泵浦激光有明显脉宽压缩和提高其峰值脉冲功率。该发明的最大特点是改变泵浦激光脉冲质量来实现受激拉曼散射波长转换，是首次将布里渊压缩脉宽方法应用到气体受激拉曼波长转换中的一种新型拉曼激光器。

本发明的技术解决方案如下：

一种利用双级受激布里渊散射方法优化泵浦激光的拉曼激光器；

包括一台泵浦激光器，第一偏振分光棱镜，第二偏振分光棱镜，第三偏振分光棱镜，第一个布里渊池，第二个布里渊池，拉曼池；

首先泵浦激光器发出的激光经第一λ/2波片照射于第一偏振分光棱镜上分成反射光和透射光；

第一偏振分光棱镜的反射光照射于第二偏振分光棱镜上，经第二偏振分光棱镜后的反射光经第一λ/4波片从第一个布里渊池的右侧窗口注入第一个布里渊池中，第一个布里渊池中的后向布里渊散射光从第一个布里渊池的右侧窗口经第一λ/4波片、第二偏振分光棱镜透射、再经第二λ/4波片从第二个布里渊池的左侧窗口注入第二个布里渊池中作为种子光；第二个布里渊池的左侧窗口与右侧窗口同轴；

经第一偏振分光棱镜后的透射光经平面反射镜反射后再经第二λ/2波片照射于第三偏振分光棱镜，经第三偏振分光棱镜的反射光经第三λ/4波片后从第二个布里渊池的右侧窗口注入第二个布里渊池中作为泵浦光；

于第二个布里渊池中种子光经泵浦光的放大后由右侧窗口射出，射出光经第三λ/4波片、第三偏振分光棱镜透射通过拉曼池的入光窗口注入拉曼池，再由拉曼池的出光窗口出射；

于第一λ/4波片和第一个布里渊池的右侧窗口间的光路上设有第一凸透镜；

于第一个布里渊池的左侧窗口出射光的光路上设有光束截止器；

于第二λ/4波片和第二个布里渊池的左侧窗口间的光路上设有第二凸透镜；

于第三λ/4波片和第二个布里渊池的右侧窗口间的光路上设有第三凸透镜；

于第三偏振分光棱镜和拉曼池的入光窗口间的光路上设有第四凸透镜。

以上的设计方案是通过三个偏振分光棱镜系统的配合将第一个布里渊池产生的光束质量较好的后向布里渊光作为种子光，和第二束泵浦光同时并且对向(种子光和泵浦光在第二个布里渊池中光束合并但两束光的传输方向相反)导入第二个布里渊池进行种子光进行二次脉宽压缩和放大，然后放大的种子光导入拉曼池中实现激光的受激拉曼散射散射波长变换的方法。

本发明中第一布里渊池采用的是后向受激布里渊光输出；