[发明专利]提升气体拉曼激光功率稳定性的装置及方法

说明书

本发明公开了一种提升气体拉曼激光功率稳定性的装置及方法，装置包括：空芯光纤、单模光纤、宽带光源、泵浦和气压测量单元。空芯光纤的一端设置有第一耦合器，空芯光纤的另一端设置有第二耦合器，单模光纤的一端设置有第三耦合器，单模光纤的另一端设置有第四耦合器，宽带光源的输出端连接第三耦合器；泵浦连接第一耦合器，第四耦合器将单模光纤的输出光和空芯光纤的输出光通过合束形成马赫增德干涉得到干涉信号；气压测量单元通过干涉信号获取空芯光纤内部的气体压力。可以实时得到空芯光纤内部真实、实时的气体压力。从而能够有针对性的对泵浦功率进行调节，提高气体拉曼激光的功率稳定性。

技术领域

本发明涉及拉曼激光领域，特别涉及一种提升气体拉曼激光功率稳定性的装置及方法。

背景技术

特殊波长激光在生物光子学、国防和遥感等领域具有重要的价值。例如1.7μm处于水分子两个吸收峰之间，该波段激光能穿透含有大量水分子的生物组织，并且还处于脂肪和胶原的吸收峰位置，所以在多光子生物成像和光声成像领域具有重要应用。此外，中红外波段(2-5μm)激光在国防、遥感等领域也具有重要应用。

气体受激拉曼散射被认为是实现激光波长拓展极其有效的途径。气体拉曼激光利用气体的拉曼散射(分子振动/转动能级)实现激光频率的转换，具有不依赖泵浦激光波长的特点，克服了传统气体激光器对泵浦波长精确匹配的依赖。只要泵浦光的能量密度足够大并且有合适的拉曼频移气体，气体拉曼激光器原则上可以实现任意波长的激光输出。气体拉曼激光技术极大促进了激光技术在生物光子学、国防和遥感等领域的应用。然后，由于气体密度低，拉曼增益小，自由空间型的气体拉曼激光转换效率很低。空芯光纤能够将光与气体同时限制在几十微米的纤芯中传输，极大地增强了激光与气体的相互作用强度和距离，降低了拉曼阈值，提升了转换效率。这种新型的空芯光纤气体拉曼激光器兼具光纤激光器的结构优点和气体输出波长丰富的优点。空芯光纤的使用使气体拉曼激光技术得到了很大发展。在过去的几十年间，基于各种泵浦波长和气体的空芯光纤拉曼激光被广泛报道。

然而，受限于气体本身的低密度，需要较高的气体压力来获得高增益。此外气体具有极强的流动性，气体压力很难保持均匀和稳定，造成增益和激光功率极其不稳定，无法满足使用需求。现有的气体拉曼激光装置如图1所示，泵浦光通过自由空间或者光纤互联的方式注入空芯光纤，将泵浦光和空芯光纤耦合的位置放入气体腔700进行充气，气体腔700安装有气压表710，可以测量气体腔700内的气体压力。由于空芯光纤充气的纤芯只有几十微米直径，且光纤长度长，气体在空芯光纤内部的压力并不等于气体腔700处的气体压力，并且空芯光纤内部与气体腔700内的压力平衡需要很长时间才能达到。因此现有的气压表710测量方式无法获取空芯光纤纤芯内实际、实时的气体压力，因为气体压力与气体的增益呈现正相关，因此也就无法实时调节气体拉曼激光功率，导致现有的气体拉曼激光的功率稳定性不佳。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种提升气体拉曼激光功率稳定性的装置及方法，能够精确测量空芯光纤纤芯内的真实气体压力，提高气体拉曼激光的功率稳定性。

根据本发明第一方面实施例的一种提升气体拉曼激光功率稳定性的装置，包括：

空芯光纤，所述空芯光纤的一端设置有第一耦合器，所述空芯光纤的一端连接所述第一耦合器的输出端，所述空芯光纤的另一端设置有第二耦合器，所述空芯光纤的另一端连接所述第二耦合器的输入端；

单模光纤，所述单模光纤的一端设置有第三耦合器，所述单模光纤的一端连接所述第三耦合器的输出端，所述单模光纤的另一端设置有第四耦合器，所述单模光纤的另一端连接所述第四耦合器的一个输入端；

宽带光源，所述宽带光源的输出端连接所述第三耦合器的输入端，所述第三耦合器的输出端连接所述第一耦合器的一个输入端；