一種可調(diào)節(jié)低損耗腔內(nèi)拉曼激光頻移器的制造方法
【專利摘要】低損耗腔內(nèi)拉曼頻移器，它是屬于激光拉曼頻移器，在擴(kuò)展常規(guī)激光器工作頻率范圍方面有重要和廣泛的用途。低損耗腔內(nèi)拉曼頻移器主要由高壓密封布儒斯特窗口、拉曼管、可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。與已有的的拉曼頻移器相比，本發(fā)明采用獨(dú)立的耦合窗口，可以與任意長(zhǎng)度的拉曼管組裝，實(shí)現(xiàn)拉曼頻移器長(zhǎng)度的改變；本發(fā)明中使用了高壓密封布儒斯特窗口和帶可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架的窗口，可以實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)變頻振蕩的極低損耗和偏振態(tài)選擇，并減少密封窗口形變對(duì)光斑質(zhì)量的影響。這種結(jié)構(gòu)的拉曼頻移器可耐水壓6MPa，氮?dú)庠噳?MPa兩個(gè)月不漏氣，在2.2MPa甲烷氣體工作中可實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)拉曼出光閾值為9.4MW/cm2@1064nm。
【專利說(shuō)明】一種可調(diào)節(jié)低損耗腔內(nèi)拉曼激光頻移器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明與用于腔內(nèi)受激拉曼散射的拉曼頻移器有關(guān)，涉及一種用于降低腔內(nèi)損耗、降低拉曼變頻閾值、提高窗口損傷閾值、減小光斑畸變退化的拉曼激光頻移器。
【背景技術(shù)】
[0002]一般用于受激拉曼散射的拉曼池由兩塊平板石英玻璃作為窗口，泵浦激光和拉曼變頻激光垂直于石英玻璃平面入射進(jìn)出拉曼池，并在拉曼池窗口放置透鏡聚焦形成共焦系統(tǒng)。作為拉曼池窗口的平板一般不鍍膜，或者只鍍拉曼頻移光的的增透膜。泵浦激光在拉曼池中單程經(jīng)過(guò)，拉曼轉(zhuǎn)換也是單程的，因此拉曼轉(zhuǎn)換效率不高。將拉曼介質(zhì)放置在激光諧振腔內(nèi)部，構(gòu)成拉曼頻移諧振腔，可以提高拉曼頻移轉(zhuǎn)換效率，降低拉曼頻移轉(zhuǎn)換閾值。一般用于腔內(nèi)受激拉曼散射激光器結(jié)構(gòu)包括泵浦激光介質(zhì)、拉曼變頻介質(zhì)和諧振腔。氣體拉曼變頻介質(zhì)密封在高壓拉曼池中，拉曼池使用厚的石英玻璃作為窗口。腔內(nèi)形成激光振蕩時(shí)，泵浦光和Stokes光多次振蕩通過(guò)拉曼池，因此拉曼池窗口的反射損耗會(huì)占激光腔損耗的大部分，影響到的拉曼激光的出光閾值。一般通過(guò)鍍膜的方法可以降低拉曼池窗口的透射損耗，這對(duì)鍍膜工藝有很高要求，但是高壓拉曼介質(zhì)氣體對(duì)窗口的壓力會(huì)大大降低窗口鍍膜的閾值。這就限制了腔內(nèi)受激拉曼激光器的輸出功率和拉滿介質(zhì)的工作壓力。高壓氣體導(dǎo)致密封窗口的形變還會(huì)影響振蕩激光的光斑質(zhì)量，提高拉曼轉(zhuǎn)換閾值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)高壓氣體拉曼頻移器的不足，提供一種可以降低腔內(nèi)損耗、降低拉曼變頻閾值、提高窗口損傷閾值、減小光斑畸變退化的拉曼頻移器。
[0004]為克服傳統(tǒng)高壓氣體拉曼頻移器用于腔內(nèi)拉曼變頻實(shí)驗(yàn)中高損耗、光斑畸變退化、鍍膜損傷閾值低、拉曼變頻閾值高等缺陷，本發(fā)明提出由帶有獨(dú)立功能的高壓密封布儒斯特窗口和可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口與不同長(zhǎng)度的拉曼管組成低損耗腔內(nèi)拉曼頻移器。
[0005]一種可調(diào)節(jié)低損耗腔內(nèi)拉曼激光頻移器，由高壓密封布儒斯特窗口、可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口、拉曼管個(gè)部分組成；
[0006]高壓密封布儒斯特窗口包括窗口片腔體，窗口片腔體為中空的圓筒，窗口片腔體下端開(kāi)口處設(shè)有布氏窗底部法蘭，窗口片腔體上端開(kāi)口處設(shè)有布氏窗稱合法蘭，布氏窗率禹合法蘭與布氏窗底部法蘭通過(guò)螺柱固接；布氏窗窗口上支架和布氏窗窗口下支架，布氏窗窗口上支架和布氏窗窗口下支架為一圓柱體沿與其軸線成布儒斯特角斜切分割成的二部份，于與布氏窗窗口上支架相對(duì)應(yīng)的布氏窗窗口下支架的斜切面上設(shè)有凹槽；窗口片為圓形或橢圓形片狀結(jié)構(gòu)，窗口片的四周周設(shè)有窗口片保護(hù)圈；窗口片置于凹槽內(nèi)，在窗口片與斜切面上的凹槽之間設(shè)有布氏窗口片密封O圈，布氏窗窗口上支架置于布氏窗窗口下支架上方；布氏窗窗口上支架和布氏窗窗口下支架置于與窗口片腔體內(nèi)部，并與窗口片腔體同軸設(shè)置，使窗口片的法線與窗口片腔體的軸線成布儒斯特角；布氏窗窗口下支架與窗口片腔體內(nèi)壁面密閉連接，使窗口片腔體中靠近布氏窗耦合法蘭一側(cè)的腔室與布氏窗底部法蘭互不連通；于布氏窗窗口下支架的下端設(shè)有帶外螺紋的圓柱形底座，一開(kāi)口端帶內(nèi)螺紋的螺帽，通過(guò)螺帽與布氏窗窗口下支架相螺合將布氏窗窗口上支架緊壓在布氏窗窗口下支架上方，螺帽遠(yuǎn)離開(kāi)口端的端面設(shè)有通光孔，通光孔與窗口片腔體同軸；所述斜切分割成布氏窗窗口上支架和布氏窗窗口下支架的圓柱體為沿軸線設(shè)有通孔的圓柱體；布氏窗耦合法蘭和布氏窗底部法蘭中部均設(shè)有通光孔，布氏窗底部法蘭上的通光孔與窗口片腔體同軸；布氏窗稱合法蘭上的通光孔與窗口片腔體的軸線偏移用于修正窗口片折射帶來(lái)的光軸偏移，偏移量由窗口片厚度及材料折射率決定；于相對(duì)應(yīng)的布氏窗窗口上支架和布氏窗窗口下支架的斜切面上端和下端分別設(shè)有徑向限位平面用于固定窗口片；于窗口片腔體中靠近布氏窗耦合法蘭一側(cè)的腔室側(cè)壁上分別設(shè)有壓力表和閥門的接口，用于充裝拉曼氣體介質(zhì)并對(duì)氣體壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0007]可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口包括腔鏡架腔體，腔鏡架腔體為中空的圓筒結(jié)構(gòu)，腔鏡架腔體下端開(kāi)口處設(shè)有鏡架腔底部法蘭，腔鏡架腔體上端開(kāi)口處設(shè)有鏡架腔耦合法蘭，鏡架腔耦合法蘭與鏡架腔底部法蘭通過(guò)螺柱固接；腔鏡架腔體中部徑向設(shè)有圓形片狀的固定架；固定架、鏡架腔耦合法蘭和鏡架腔底部法蘭中部均設(shè)有通光孔，通光孔與腔鏡架腔體同軸；底部法蘭的通光孔處設(shè)置有密封窗口片，通光孔處與密封窗口片通過(guò)窗口片密封O圈密封；可調(diào)節(jié)鏡架固定于固定架上靠近于腔鏡架耦合法蘭一側(cè)；腔鏡固定于可調(diào)節(jié)鏡架上；對(duì)應(yīng)于可調(diào)節(jié)鏡架的螺紋副處的固定架上開(kāi)設(shè)有通孔，螺紋副從通孔中穿過(guò)；調(diào)節(jié)桿為一端設(shè)有鍵槽的螺桿，穿過(guò)通孔的螺紋副一端加工成與調(diào)節(jié)桿的鍵槽相匹配的鍵結(jié)構(gòu)，螺紋副上的鍵插入鍵槽中，可沿鍵槽的軸向滑動(dòng)；對(duì)應(yīng)于調(diào)節(jié)桿處的腔鏡架底部法蘭上開(kāi)設(shè)有通孔，調(diào)節(jié)桿遠(yuǎn)離鍵槽一端從通孔中穿過(guò)；在腔鏡架底部法蘭外部遠(yuǎn)離鍵槽一端的調(diào)節(jié)桿上螺合有螺母；調(diào)節(jié)桿與腔鏡架底部法蘭之間通過(guò)調(diào)節(jié)桿密封圈密封。將本裝置用于腔內(nèi)拉曼變頻實(shí)驗(yàn)時(shí)，相應(yīng)的腔鏡鏡片安裝在可調(diào)節(jié)鏡架上。
[0008]拉曼管由一根內(nèi)徑大于實(shí)驗(yàn)用光斑直徑的不銹鋼管兩端焊接法蘭構(gòu)成，一端的法蘭與高壓密封布儒斯特窗的耦合法蘭通過(guò)螺栓固接，另一端法蘭與可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口的腔鏡架耦合法蘭通過(guò)螺栓固接。
[0009]窗口片和密封窗口片材料為熔融石英，以保證通光特性和高壓氣體容器的安全性；布氏窗口片密封O圈和窗口片密封O圈的材料為為根據(jù)氣體性質(zhì)選擇丁腈橡膠O型圈、石墨墊圈、聚四氟乙烯O型圈等。
[0010]通過(guò)使用不同長(zhǎng)度的拉曼管與高壓密封布儒斯特窗口和可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口組合，可以組裝成不同長(zhǎng)度的可調(diào)節(jié)低損耗腔內(nèi)拉曼激光頻移器。
[0011]高壓密封布儒斯特窗口可以保證泵浦激光和產(chǎn)生的拉曼變頻激光以布儒斯特角通過(guò)窗口片進(jìn)出拉曼激光頻移器，單程損耗小于0.1%，遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)前鍍膜技術(shù)，并且具有極高的損傷閾值。高壓密封布儒斯特窗口的入射光軸與出射光軸之間有與窗口片厚度相應(yīng)的偏移，用于修正折射導(dǎo)致的光偏移。
[0012]可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口內(nèi)的可調(diào)節(jié)鏡架上安裝拉曼變頻激光的輸出耦合鏡或針對(duì)泵浦激光和拉曼變頻激光的雙波長(zhǎng)高反鏡，此處的鏡片用于構(gòu)成振蕩腔且無(wú)壓力形變，使整個(gè)振蕩腔內(nèi)因壓力形變帶來(lái)的光斑畸變僅來(lái)自于高壓密封布儒斯特窗口的窗口片，有效改善出光質(zhì)量，降低出光閾值。
[0013]窗口片和密封窗口片用于密封高壓拉曼氣體介質(zhì)，都是采用自壓緊方式密封，防止窗口片因受力不均導(dǎo)致的碎裂。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明涉及的低損耗腔內(nèi)拉曼頻移器結(jié)構(gòu)圖。圖中:1-1-高壓密封布儒斯特窗口、1-2—可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口、1-3—拉曼管。
[0015]圖2是本發(fā)明所涉及的高壓密封布儒斯特窗口結(jié)構(gòu)圖。圖中:2-1—窗口片腔體，2-2-布氏窗窗口下支架，2-3-窗口片，2-4—窗口片保護(hù)圈，2-5—布氏窗密封O圈，2_6—布氏窗窗口上支架，2-7一螺帽；2_8—布氏窗底部法蘭，2-9一布氏窗f禹合法蘭，2-10一閥丨],
2-11一壓力表。
[0016]圖3是本發(fā)明所涉及的可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口結(jié)構(gòu)圖。圖中:3-1-腔鏡架腔體，
3-2—鏡架腔底部法蘭，3-3—腔鏡架耦合法蘭，3-4—密封窗口片，3-5-窗口片密封O圈(，3-6-可調(diào)節(jié)鏡架，3-7-螺紋副，3-8-調(diào)節(jié)桿，3-9-調(diào)節(jié)桿密封圈，3_10_腔鏡鏡片。
[0017]圖4是本發(fā)明的低損耗拉曼頻移器用于腔內(nèi)拉曼激光器的結(jié)構(gòu)圖。圖中:4-1-雙波長(zhǎng)腔鏡，4-2-布儒斯特密封窗口，4-3- 二相色鏡，4-4一拉曼光輸出耦合鏡，4-5-調(diào)Q裝置，4-6-閃光燈，4-7-Nd: YAG棒，4_8_基頻光后腔鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1-3所示，一種可調(diào)節(jié)低損耗腔內(nèi)拉曼激光頻移器，由高壓密封布儒斯特窗口、可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口、拉曼管個(gè)部分組成；
[0019]高壓密封布儒斯特窗口包括窗口片腔體，窗口片腔體為中空的圓筒，窗口片腔體下端開(kāi)口處設(shè)有布氏窗底部法蘭，窗口片腔體上端開(kāi)口處設(shè)有布氏窗稱合法蘭，布氏窗率禹合法蘭與布氏窗底部法蘭通過(guò)螺柱固接；布氏窗窗口上支架和布氏窗窗口下支架，布氏窗窗口上支架和布氏窗窗口下支架為一圓柱體沿與其軸線成布儒斯特角斜切分割成的二部份，于與布氏窗窗口上支架相對(duì)應(yīng)的布氏窗窗口下支架的斜切面上設(shè)有凹槽；窗口片為圓形或橢圓形片狀結(jié)構(gòu)，窗口片的四周周設(shè)有窗口片保護(hù)圈；窗口片置于凹槽內(nèi)，在窗口片與斜切面上的凹槽之間設(shè)有布氏窗口片密封O圈，布氏窗窗口上支架置于布氏窗窗口下支架上方；布氏窗窗口上支架和布氏窗窗口下支架置于與窗口片腔體內(nèi)部，并與窗口片腔體同軸設(shè)置，使窗口片的法線與窗口片腔體的軸線成布儒斯特角；布氏窗窗口下支架與窗口片腔體內(nèi)壁面密閉連接，使窗口片腔體中靠近布氏窗耦合法蘭一側(cè)的腔室與布氏窗底部法蘭互不連通；于布氏窗窗口下支架的下端設(shè)有帶外螺紋的圓柱形底座，一開(kāi)口端帶內(nèi)螺紋的螺帽，通過(guò)螺帽與布氏窗窗口下支架相螺合將布氏窗窗口上支架緊壓在布氏窗窗口下支架上方，螺帽遠(yuǎn)離開(kāi)口端的端面設(shè)有通光孔，通光孔與窗口片腔體同軸；所述斜切分割成布氏窗窗口上支架和布氏窗窗口下支架的圓柱體為沿軸線設(shè)有通孔的圓柱體；布氏窗耦合法蘭和布氏窗底部法蘭中部均設(shè)有通光孔，布氏窗底部法蘭上的通光孔與窗口片腔體同軸；布氏窗稱合法蘭上的通光孔與窗口片腔體的軸線偏移用于修正窗口片折射帶來(lái)的光軸偏移，偏移量由窗口片厚度及材料折射率決定；于相對(duì)應(yīng)的布氏窗窗口上支架和布氏窗窗口下支架的斜切面上端和下端分別設(shè)有徑向限位平面用于固定窗口片；于窗口片腔體中靠近布氏窗耦合法蘭一側(cè)的腔室側(cè)壁上分別設(shè)有壓力表和閥門的接口，用于充裝拉曼氣體介質(zhì)并對(duì)氣體壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。[0020]可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口包括腔鏡架腔體，腔鏡架腔體為中空的圓筒結(jié)構(gòu)，腔鏡架腔體下端開(kāi)口處設(shè)有鏡架腔底部法蘭，腔鏡架腔體上端開(kāi)口處設(shè)有鏡架腔耦合法蘭，鏡架腔耦合法蘭與鏡架腔底部法蘭通過(guò)螺柱固接；腔鏡架腔體中部徑向設(shè)有圓形片狀的固定架；固定架、鏡架腔耦合法蘭和鏡架腔底部法蘭中部均設(shè)有通光孔，通光孔與腔鏡架腔體同軸；底部法蘭的通光孔處設(shè)置有密封窗口片，通光孔處與密封窗口片通過(guò)窗口片密封O圈密封；可調(diào)節(jié)鏡架固定于固定架上靠近于腔鏡架耦合法蘭一側(cè)；腔鏡固定于可調(diào)節(jié)鏡架上；對(duì)應(yīng)于可調(diào)節(jié)鏡架的螺紋副處的固定架上開(kāi)設(shè)有通孔，螺紋副從通孔中穿過(guò)；調(diào)節(jié)桿為一端設(shè)有鍵槽的螺桿，穿過(guò)通孔的螺紋副一端加工成與調(diào)節(jié)桿的鍵槽相匹配的鍵結(jié)構(gòu)，螺紋副上的鍵插入鍵槽中，可沿鍵槽的軸向滑動(dòng)；對(duì)應(yīng)于調(diào)節(jié)桿處的腔鏡架底部法蘭上開(kāi)設(shè)有通孔，調(diào)節(jié)桿遠(yuǎn)離鍵槽一端從通孔中穿過(guò)；在腔鏡架底部法蘭外部遠(yuǎn)離鍵槽一端的調(diào)節(jié)桿上螺合有螺母；調(diào)節(jié)桿與腔鏡架底部法蘭之間通過(guò)調(diào)節(jié)桿密封圈密封。將本裝置用于腔內(nèi)拉曼變頻實(shí)驗(yàn)時(shí)，相應(yīng)的腔鏡鏡片安裝在可調(diào)節(jié)鏡架上。
[0021]拉曼管由一根內(nèi)徑大于實(shí)驗(yàn)用光斑直徑的不銹鋼管兩端焊接法蘭構(gòu)成，一端的法蘭與高壓密封布儒斯特窗的耦合法蘭通過(guò)螺栓固接，另一端法蘭與可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口的腔鏡架耦合法蘭通過(guò)螺栓固接。
[0022]高壓密封布儒斯特窗口結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖1所示，密封用的石英窗口片法線與沿光線方向成布儒斯特角，可以實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)振蕩的偏振態(tài)控制，P偏振光以極小的反射損耗通過(guò)窗口片。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，高壓密封布儒斯特窗口由底部法蘭、窗口組合和耦合腔體組成，分體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)便于加工組裝。窗口組合為封裝好的布儒斯特角窗口模塊，對(duì)窗口的邊緣使用聚四氟墊圈保護(hù)，窗口密封使用自壓緊設(shè)計(jì)，有效防止因受力不均導(dǎo)致的窗口破碎，在窗口設(shè)計(jì)上采用入射孔和出射孔軸向偏離設(shè)計(jì)，校正了窗口對(duì)光線的偏移。可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖2所示，將諧振腔的高反鏡或輸出耦合鏡安裝在拉曼池內(nèi)部，可以減少因高壓氣體導(dǎo)致的窗口形變帶來(lái)的光斑畸變，可以提高光束質(zhì)量，同時(shí)也減少了密封窗口帶來(lái)的損耗。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口由調(diào)節(jié)法蘭、腔鏡架腔體和耦合法蘭組成，分體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)便于加工組裝。調(diào)節(jié)法蘭上的密封窗口為熔融石英窗口，采用自壓緊密封，避免受力不均導(dǎo)致的窗口破碎；調(diào)節(jié)桿與調(diào)節(jié)法蘭之間采用膠圈密封；調(diào)節(jié)桿上的緊固螺絲與調(diào)節(jié)法蘭之間使用聚四氟墊片或石墨墊片潤(rùn)滑；調(diào)節(jié)桿與腔鏡架的調(diào)節(jié)螺紋副之間通過(guò)鍵結(jié)構(gòu)連接，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)腔外的調(diào)節(jié)桿實(shí)現(xiàn)對(duì)腔鏡的調(diào)節(jié)。
[0023]通過(guò)與不同長(zhǎng)度拉曼管的銜接，可以組成不通長(zhǎng)度的拉曼池，滿足實(shí)驗(yàn)要求。拉曼管與獨(dú)立窗口以及拉曼管之間通過(guò)厚的聚四氟乙烯墊片密封，可以通過(guò)壓縮聚四氟乙烯墊片實(shí)現(xiàn)窗口的的平行調(diào)整。
[0024]將本發(fā)明涉及的低損耗腔內(nèi)拉曼頻移器用于腔內(nèi)拉曼變頻實(shí)驗(yàn)的示意圖如圖4所示，在腔內(nèi)使用氙燈泵浦Nd = YAG晶體產(chǎn)生1064nm振蕩作為基頻光；使用氣壓為2.2MPa的甲烷氣體作為拉曼頻移介質(zhì)，可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口內(nèi)安裝曲率半徑為IOOOmm凹面鏡作為雙波長(zhǎng)腔鏡，鍍膜為1064nm和1543nm雙波長(zhǎng)高反；雙波長(zhǎng)腔鏡與基頻光后腔鏡構(gòu)成基頻光振蕩腔，與輸出耦合鏡構(gòu)成拉曼光振蕩腔，基頻光后腔鏡和輸出耦合鏡均為曲率半徑為2000mm的凹面鏡，構(gòu)成的腔內(nèi)束腰位于拉曼頻移器內(nèi)部。調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)接近1.5m，可以獲得很小的束腰，在束腰處具有很高的功率密度，有利于拉曼光的產(chǎn)生。利用一束He-Ne激光作為準(zhǔn)直引導(dǎo)光，調(diào)節(jié)基頻光振蕩腔在調(diào)節(jié)過(guò)程中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口上的調(diào)節(jié)桿可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓氣體中的腔鏡鏡架的調(diào)節(jié)，使準(zhǔn)直引導(dǎo)激光很好的反射回去。再?gòu)碾p波長(zhǎng)腔鏡方向引入另外一束He-Ne激光與第一束引導(dǎo)光重合，調(diào)節(jié)輸出耦合鏡的俯仰和水平方向，使第二束引導(dǎo)光沿原光路返回。
[0025]在光腔調(diào)節(jié)完成后，利用氙燈泵浦可以實(shí)現(xiàn)1543nm拉曼激光出光，在氙燈電壓500V，輸出耦合率30%情況下，最高可輸出1543nm激光17.9mJ，能量轉(zhuǎn)化效率21.5%。使用高壓密封布儒斯特窗口時(shí)，石英窗口片法線與光線方向成布儒斯特角，可以實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)振蕩的偏振態(tài)控制，實(shí)現(xiàn)拉曼頻移器的線偏振激光輸出。P偏振方向的基頻光和拉曼光可以以極小的反射損耗通過(guò)窗口片。當(dāng)P偏振光以55.3±2°入射角通過(guò)窗口片，基頻光和拉曼光的反射損耗均小于0.09%，遠(yuǎn)優(yōu)于一般的鍍膜效果(約0.5%)。一般的鍍膜窗口在高壓密封面上的損傷閾值大約為lOOMW/cm—2，使用布儒斯特窗口密封時(shí)，不受鍍膜限制，損傷閾值可高達(dá)lGW/cm—2。逐漸降低氙燈電壓，可以獲得腔內(nèi)拉曼變頻閾值，束腰處基頻光功率密度為9.4MW/cm_2時(shí)即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定出光，對(duì)比腔外聚焦模式下焦點(diǎn)處功率密度為800MW/cm_2的拉曼變頻有了極大降低。
[0026]使用本發(fā)明涉及的這種低損耗腔內(nèi)拉曼頻移器進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，可耐水壓6MPa ;在拉曼頻移器重裝高壓氮?dú)?MPa，放置兩個(gè)月壓力表讀數(shù)無(wú)下降；進(jìn)行多次拆卸組裝操作，并充氣放氣20余次，密封窗口無(wú)一次損傷。
【權(quán)利要求】
1.一種可調(diào)節(jié)低損耗腔內(nèi)拉曼激光頻移器，其特征是，它包括高壓密封布儒斯特窗口(1-1)、可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口(1-2)、拉曼管(1-3)； 高壓密封布儒斯特窗口(1-1)包括窗口片腔體(2-1)，窗口片腔體(2-1)為中空的圓筒，窗口片腔體(2-1)下端開(kāi)口處設(shè)有布氏窗窗口下支架(2-2)，布氏窗窗口下支架(2-2)上端設(shè)有布氏窗窗口上支架(2-6)，布氏窗窗口上支架(2-6)和布氏窗窗口下支架(2-2)為一圓柱體沿與其軸線成布儒斯特角斜切分割成的二部份，于與布氏窗窗口上支架(2-6)相對(duì)應(yīng)的布氏窗窗口下支架(2-2)的斜切面上設(shè)有凹槽；窗口片(2-3)為圓形或橢圓形片狀結(jié)構(gòu)，窗口片(2-3)的四周設(shè)有窗口片保護(hù)圈(2-4);窗口片(2-3)置于布氏窗窗口下支架(2-2)的斜切面上的凹槽內(nèi)，在窗口片(2-3)與斜切面上的凹槽之間設(shè)有布氏窗口片密封O圈(2-5),布氏窗窗口上支架(2-6)置于布氏窗窗口下支架(2-2)上方；布氏窗窗口上支架(2-6)和布氏窗窗口下支架(2-2)置于窗口片腔體(2-1)內(nèi)部,并與窗口片腔體(2-1)同軸設(shè)置，使窗口片(2-3)的法線與窗口片腔體的軸線成布儒斯特角；布氏窗窗口下支架(2-2)與窗口片腔體(2-1)下法蘭面密閉連接，使窗口片腔體(2-1)中靠近布氏窗耦合法蘭(2-9)一側(cè)的腔室與布氏窗底部法蘭(2-8)互不連通；于布氏窗窗口下支架(2-2)的下端設(shè)有帶外螺紋的圓柱形底座，一開(kāi)口端帶內(nèi)螺紋的螺帽(2-7)，通過(guò)螺帽(2-7)與布氏窗窗口下支架(2-2)相螺合將布氏窗窗口上支架(2-6)緊壓在布氏窗窗口下支架(2-2)上方，螺帽(2-7)遠(yuǎn)離開(kāi)口端的端面設(shè)有通光孔，通光孔與窗口片腔體(2-1)同軸；所述斜切分割成布氏窗窗口上支架(2-6)和布氏窗窗口下支架(2-2)的圓柱體為沿軸線設(shè)有通孔的圓柱體；布氏窗窗口下支架(2-2 )下端設(shè)有布氏窗底部法蘭(2-8 )，窗口片腔體(2-1)上端開(kāi)口處設(shè)有布氏窗稱合法蘭(2-9 ),布氏窗稱合法蘭(2-9 )和布氏窗底部法蘭(2-8 )中部均設(shè)有通光孔，布氏窗底部法蘭(2-8)上的通光孔與窗口片腔體(2-1)同軸；布氏窗稱合法蘭(2-9)上的通光孔與窗口片腔體(2-1)的軸線偏移用于修正窗口片折射帶來(lái)的光軸偏移，偏移量由窗口片厚度及材料折射率決定；布氏窗耦合法蘭(2-9)與布氏窗底部法蘭(2-8)通過(guò)螺柱固接，窗口片腔體(2-1)與布氏窗窗口下支架(2-2)及布氏窗稱合法蘭(2-9)密封高壓氣體； 可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口(1-2)`包括腔鏡架腔體(3-1)，腔鏡架腔體(3-1)為中空的圓筒結(jié)構(gòu)，腔鏡架腔體(3-1)下端開(kāi)口處設(shè)有鏡架腔底部法蘭(3-2)，腔鏡架腔體(3-1)上端開(kāi)口處設(shè)有鏡架腔耦合法蘭(3-3 )，鏡架腔耦合法蘭(3-3 )與鏡架腔底部法蘭(3-2 )通過(guò)螺柱固接；腔鏡架腔體(3-1)中部徑向設(shè)有圓形片狀的固定架；固定架、鏡架腔耦合法蘭(3-3)和鏡架腔底部法蘭(3-2)中部均設(shè)有通光孔，通光孔與腔鏡架腔體(3-1)同軸；底部法蘭(3-2)的通光孔處設(shè)置有密封窗口片(3-4)，通光孔處與密封窗口片(3-4)通過(guò)窗口片密封O圈(3-5)密封；可調(diào)節(jié)鏡架(3-6)固定于固定架上靠近于腔鏡架耦合法蘭(3-3) —側(cè)；腔鏡固定于可調(diào)節(jié)鏡架(3-6)上；對(duì)應(yīng)于可調(diào)節(jié)鏡架(3-6)的螺紋副(3-7)處的固定架上開(kāi)設(shè)有通孔，螺紋副(3-7)從通孔中穿過(guò)；調(diào)節(jié)桿(3-8)為一端設(shè)有鍵槽的螺桿，穿過(guò)通孔的螺紋副一端加工成與調(diào)節(jié)桿(3-8)的鍵槽相匹配的鍵結(jié)構(gòu)，螺紋副上的鍵插入鍵槽中，可沿鍵槽的軸向滑動(dòng)；對(duì)應(yīng)于調(diào)節(jié)桿(3-8)處的腔鏡架底部法蘭(3-2)上開(kāi)設(shè)有通孔，調(diào)節(jié)桿(3-8)遠(yuǎn)離鍵槽一端從通孔中穿過(guò)；在腔鏡架底部法蘭(3-2)外部遠(yuǎn)離鍵槽一端的調(diào)節(jié)桿(3-8)上螺合有螺母；調(diào)節(jié)桿(3-8)與腔鏡架底部法蘭(3-2)之間通過(guò)調(diào)節(jié)桿密封圈(3-9)密封；將本裝置用于腔內(nèi)拉曼變頻實(shí)驗(yàn)時(shí)，相應(yīng)的腔鏡鏡片(3-10)安裝在可調(diào)節(jié)鏡架(3-6)上； 拉曼管(1-3)由不銹鋼管兩端焊接法蘭構(gòu)成，一端的法蘭與高壓密封布儒斯特窗口(1-1)的耦合法蘭(2-9)通過(guò)螺栓固接，另一端與可調(diào)節(jié)腔內(nèi)鏡架窗口( 1-2)的腔鏡架耦合法蘭(3-3)通過(guò)螺栓固接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻移器，其特征是: 于窗口片腔體(2-1)上分別設(shè)有壓力表(2-11)和閥門(2-10)的接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻移器，其特征是: 于相對(duì)應(yīng)的布氏窗窗口上支架(2-6)和布氏窗窗口下支架(2-2)的斜切面上端和下端分別設(shè)有徑向限位平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻移器，其特征是: 布氏窗窗口上支架(2-6)和布氏窗窗口下支架(2-2)的材料分別為聚四氟乙烯和不銹鋼，窗口片(2-3)和密封窗口片(3-4)材料為熔融石英。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻移器，其特征是: 布氏窗口片密封O圈(2-5)和窗口片密封O圈(3-5)的材料為根據(jù)氣體性質(zhì)選擇丁腈橡膠、石墨墊圈或聚四氟乙烯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻移器，其特征是:拉曼管(1-3)由一根不銹鋼管兩端焊接法蘭構(gòu)成。`
【文檔編號(hào)】G02F1/35GK103872566SQ201210529283
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月10日
【發(fā)明者】孟慶琨, 郭敬為, 劉金波, 周燦華, 金玉奇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所