一種輸出可變遮攔比環(huán)形光束的拉曼激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，更具體地是涉及一種拉曼激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]激光晶體，例如Nd:YAG、Nd =YVO4等，以及氣態(tài)工作物質(zhì)例如C02、N2, Ar、He-Ne等體系可以用來產(chǎn)生激光束。通常激光器給出一個或者幾個固定的波長，當(dāng)需要其他波長時，就需要用到頻移技術(shù)。拉曼激光器是一種包含了頻移技術(shù)的激光器，最常見的是固體拉曼激光器，例如將激光晶體和拉曼頻移晶體一同放置在激光諧振腔內(nèi)組成腔內(nèi)拉曼激光器，激光晶體和拉曼頻移晶體也可以是同一塊晶體。氣體拉曼活性介質(zhì)也可以用來制作拉曼激光器，相比固體它可以有更高的損傷閾值，但出光閾值也更高，因此更適合高能激光的受激拉曼變頻。
[0003]通常的激光器產(chǎn)生的光束為高斯激光束，具有中心明亮邊緣漸暗的光斑強(qiáng)度分布。這樣的光強(qiáng)分布經(jīng)常來自于穩(wěn)定諧振腔。但是這樣的結(jié)構(gòu)，通常會有高階橫模的產(chǎn)生，影響到激光器的光束質(zhì)量，從而影響到后續(xù)的應(yīng)用。這時候需要采取手段來抑制高階橫模。而對于非穩(wěn)定激光諧振腔，高階橫模通常難以存在。另外，在一些領(lǐng)域中，需要環(huán)形激光束而不是高斯激光束來發(fā)揮作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述的技術(shù)難題，本發(fā)明目標(biāo)是提供一種輸出可變遮攔比環(huán)形光束的拉曼激光器，用來解決氣體，拉曼激光器出光閾值高的問題，同時提供高光束質(zhì)量的環(huán)形激光束輸出。
[0005]本發(fā)明由凹面反射鏡一、激光晶體、二向色鏡、拉曼池、凹面反射鏡二和凹面反射鏡三組成，凹面反射鏡一和凹面反射鏡二相對設(shè)置，構(gòu)成一負(fù)支共焦非穩(wěn)腔；共焦非穩(wěn)腔中從凹面反射鏡一至凹面反射鏡二的光軸上依次放置有激光晶體、二向色鏡和拉曼池。
[0006]凹面反射鏡三設(shè)置于負(fù)支共焦非穩(wěn)腔外側(cè)，二向色鏡與負(fù)支共焦非穩(wěn)腔的光軸呈45度角擺放；凹面反射鏡三與凹面反射鏡二在二向色鏡中的鏡像組成另一共焦非穩(wěn)腔。
[0007]進(jìn)一步的，激光晶體接受側(cè)向燈泵以在凹面反射鏡一和凹面反射鏡二之間產(chǎn)生激光振蕩。
[0008]進(jìn)一步的，拉曼池放置在凹面反射鏡二光軸前方實焦點上，顯然此處激光強(qiáng)度最強(qiáng)。
[0009]進(jìn)一步的，二向色鏡的光軸投影直徑與凹面反射鏡二相同，并且其對激光晶體產(chǎn)生的激光透明，而對拉曼池內(nèi)拉曼介質(zhì)產(chǎn)生的拉曼激光全反射。
[0010]進(jìn)一步的，凹面反射鏡三的焦距長于凹面反射鏡一，其焦點顯然也與凹面反射鏡二的重合，而具體的焦距和鏡面大小可以自由選擇。
[0011]進(jìn)一步的，產(chǎn)生的拉曼激光通過二向色鏡邊緣環(huán)形束輸出，也可以加設(shè)45度刮刀鏡來輸出。
[0012]這些元件構(gòu)成了 2個部分共用的、放大率不同的負(fù)支共焦非穩(wěn)腔，泵浦激光在腔內(nèi)振蕩產(chǎn)生，并被聚焦在拉曼介質(zhì)池中以達(dá)到拉曼激光發(fā)射閾值；拉曼激光通過負(fù)支共焦非穩(wěn)腔輸出環(huán)形光束，其外徑內(nèi)徑比(遮攔比)可以通過凹面鏡三與凹面鏡二的曲率半徑之比調(diào)節(jié)。本發(fā)明提供的激光器輸出環(huán)形激光束，效率與腔內(nèi)拉曼激光器類似，并且遮攔比可以調(diào)節(jié)，非常有利于通過發(fā)射望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。
[0013]本發(fā)明提供的輸出可變遮攔比環(huán)形光束的拉曼激光器可以在相對較低的注入泵浦光條件下產(chǎn)生拉曼激光；腔內(nèi)波長分束器使用了二向色鏡，現(xiàn)在的介質(zhì)膜二向色鏡通常具有較大的損傷閾值，在lOOMff/cm2數(shù)量級。并且拉曼激光在共焦非穩(wěn)腔中振蕩并輸出，其光束質(zhì)量好，并且輸出的環(huán)形激光束的外內(nèi)徑比(遮攔比)和輸出激光束方向也可以調(diào)節(jié)。如果要增加腔內(nèi)激光功率，輸出脈沖激光，可以在泵浦光路中使用調(diào)Q開關(guān)，這里沒有畫出。
【附圖說明】
[0014]圖1:一種輸出可變遮攔比環(huán)形光束的拉曼激光器:
[0015]圖中1.凹面反射鏡一 2.激光晶體3.二向色鏡4.拉曼池5.凹面反射鏡二
6.凹面反射鏡三7.45度刮刀鏡。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0017]如圖1所示，一種輸出可變遮攔比環(huán)形光束的拉曼激光器，包括凹面反射鏡一 1、激光晶體2、二向色鏡3、拉曼池4、凹面反射鏡二 5和凹面反射鏡三6，其特征是:凹面反射鏡一 I和凹面反射鏡二 5相對設(shè)置，構(gòu)成一負(fù)支共焦非穩(wěn)腔；共焦非穩(wěn)腔中從凹面反射鏡一I至凹面反射鏡二 5的光軸上依次放置有激光晶體2、二向色鏡3和拉曼池4 ；
[0018]凹面反射鏡三6設(shè)置于負(fù)支共焦非穩(wěn)腔外側(cè)，二向色鏡3與負(fù)支共焦非穩(wěn)腔的光軸呈45度角擺放；凹面反射鏡三6與凹面反射鏡二 5在二向色鏡3中的鏡像組成另一共焦非穩(wěn)腔。
[0019]其具體的工作細(xì)節(jié)是，激光晶體2可以是Nd =YAG或者其他類型的激光晶體，也可以是氣態(tài)的激光介質(zhì)。當(dāng)使用閃光燈或者激光等光源來泵浦激光晶體2，會在凹面反射鏡一I和凹面反射鏡二 5之間產(chǎn)生激光振蕩。共焦非穩(wěn)腔振蕩模式為基模，光束質(zhì)量好；并在拉曼池內(nèi)形成實焦點，在未達(dá)到受激拉曼閾值時，由于泵浦光的振蕩放大作用，拉曼池內(nèi)的實焦點的泵浦光功率密度不斷增加，直到達(dá)到受激拉曼閾值實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。泵浦光所在的共焦非穩(wěn)腔的放大率應(yīng)該盡量接近I，這樣可以減小共焦非穩(wěn)腔的幾何損耗，提高焦點處的功率密度，從而提高拉曼轉(zhuǎn)化率。雖然該項的幾何損耗可以寫為1-1/ΜΛ但是該腔的實際損耗遠(yuǎn)大于這個值，主要原因在于泵浦光在振蕩擴(kuò)散的同時不斷的實現(xiàn)受激拉曼轉(zhuǎn)化，當(dāng)擴(kuò)束到極限口徑時，已經(jīng)有相當(dāng)比例的泵浦光轉(zhuǎn)化為拉曼光。
[0020]進(jìn)一步，拉曼池4中含有拉曼介質(zhì)，它可以是氣體，例如氫氣、氘氣、氧氣、烷烴或者混合氣體等；拉曼光的波長和泵浦拉曼池4的腔內(nèi)激光具有不同的波長，通過選擇合適的鍍膜讓二向色鏡3對泵浦光高透、對拉曼光高反射率，這樣，拉曼光在凹面反射鏡三6、凹面反射鏡二 5與二向色鏡3構(gòu)成負(fù)支共焦非穩(wěn)腔內(nèi)振蕩；同時保證泵浦光與拉曼光在凹面反射鏡二 5與二向色鏡3之間的區(qū)域盡量地重合。泵浦光在凹面反射鏡一I和凹面反射鏡二 5之間振蕩，并且功率密度不斷提高，當(dāng)達(dá)到受激拉曼閾值，產(chǎn)生的受激拉曼光在凹面反射鏡三6、凹面反射鏡二 5與二向色鏡3之間形成的腔內(nèi)振蕩，并擴(kuò)束，最終被45度刮刀鏡7刮出。輸出光斑的形狀為環(huán)形光斑。
[0021]在實際的應(yīng)用中可能需要不同遮攔比外徑/內(nèi)徑的環(huán)形，通過靈活設(shè)置凹面反射鏡三6，改變其焦距以及位置，就可以改變輸出環(huán)形激光束的遮攔比，以方便后續(xù)的應(yīng)用。
[0022]為了增加光腔內(nèi)泵浦激光的強(qiáng)度，可以使用調(diào)Q開關(guān)，在附圖中并沒有畫出，實際的制作可以將其設(shè)置在激光晶體的附近。
[0023]本實施例僅僅是為了讓本專業(yè)人員更詳細(xì)具體地了解本專利的內(nèi)容，不能以此限制本專利的權(quán)利要求范圍。
【主權(quán)項】
1.一種輸出可變遮攔比環(huán)形光束的拉曼激光器，包括凹面反射鏡一(I)、激光晶體(2)、二向色鏡(3)、拉曼池(4)、凹面反射鏡二(5)和凹面反射鏡三(6)，其特征是:凹面反射鏡一(I)和凹面反射鏡二(5)相對設(shè)置，構(gòu)成一負(fù)支共焦非穩(wěn)腔；共焦非穩(wěn)腔中從凹面反射鏡一(I)至凹面反射鏡二(5)的光軸上依次放置有激光晶體(2)、二向色鏡(3)和拉曼池(4)；凹面反射鏡三(6)設(shè)置于負(fù)支共焦非穩(wěn)腔外側(cè)，二向色鏡(3)與負(fù)支共焦非穩(wěn)腔的光軸呈45度角擺放；凹面反射鏡三(6)與凹面反射鏡二(5)在二向色鏡(3)中的鏡像組成另一共焦非穩(wěn)腔。2.按照權(quán)利要求1所述的輸出可變遮攔比環(huán)形光束的拉曼激光器，其特征是:在凹面反射鏡三(6)與二向色鏡(3)間設(shè)有45度刮刀鏡(7)，共焦非穩(wěn)腔產(chǎn)生的拉曼激光通過45度刮刀鏡(7)來輸出。3.按照權(quán)利要求1所述的輸出可變遮攔比環(huán)形光束的拉曼激光器，其特征是，在凹面反射鏡一⑴和二向色鏡⑶之間放置激光晶體(2)，其口徑為D，且其距離二向色鏡(3)焦點距離比二向色鏡⑶更遠(yuǎn)。4.按照權(quán)利要求1所述的輸出可變遮攔比環(huán)形光束的拉曼激光器，其特征是:拉曼池(4)放置在凹面反射鏡二(5)光軸前方實焦點上。5.按照權(quán)利要求1所述的輸出可變遮攔比環(huán)形光束的拉曼激光器，其特征是:二向色鏡(3)為與光軸呈45度角放置，其有效區(qū)光軸投影為圓形，直徑與凹面反射鏡二(5)相同，并且其對激光晶體(2)產(chǎn)生的激光透明，而對拉曼池(4)內(nèi)拉曼介質(zhì)產(chǎn)生的拉曼激光全反射。6.按照權(quán)利要求1所述的輸出可變遮攔比環(huán)形光束的拉曼激光器，其特征是:凹面反射鏡一(I)的焦距長于凹面反射鏡二(5)，其焦點也與凹面反射鏡二(5)的重合，形成的放大率為Ml的共焦非穩(wěn)腔；并且放大率Ml取值在1.05-1.2之間。7.按照權(quán)利要求1所述的輸出可變遮攔比環(huán)形光束的拉曼激光器，其特征是:凹面反射鏡三(6)的焦距長于凹面反射鏡一(I)，其焦點也與凹面反射鏡二(5)的重合，形成放大率為M2的共焦非穩(wěn)腔。8.按照權(quán)利要求7所述的輸出可變遮攔比環(huán)形光束的拉曼激光器，其特征是:所述的45度刮刀鏡(7)距離焦點的光程小于凹面鏡二(5)到焦點的光程。9.按照權(quán)利要求7所述的輸出可變遮攔比環(huán)形光束的拉曼激光器，其特征是:所述的45度刮刀鏡(7)的通光口徑為與激光晶體的直徑相同(為D)，輸出環(huán)形光斑的外徑為DXM2，空心部分直徑為D。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輸出可變遮攔比環(huán)形光束的拉曼激光器，包括反射鏡一、激光晶體、二向色鏡、拉曼池、反射鏡二、反射鏡三、刮刀鏡；這些元件構(gòu)成了2個部分共用的、放大率不同的負(fù)支共焦非穩(wěn)腔，泵浦激光在腔內(nèi)振蕩產(chǎn)生，并被聚焦在拉曼介質(zhì)池中以達(dá)到拉曼激光發(fā)射閾值；拉曼激光通過負(fù)支共焦非穩(wěn)腔輸出環(huán)形光束，其外徑內(nèi)徑比(遮攔比)可以通過凹面鏡三與凹面鏡二的曲率半徑之比調(diào)節(jié)。本發(fā)明提供的激光器輸出環(huán)形激光束，效率與腔內(nèi)拉曼激光器類似，并且遮攔比可以調(diào)節(jié)，非常有利于通過發(fā)射望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。
【IPC分類】H01S3/081, H01S3/30
【公開號】CN105305222
【申請?zhí)枴緾N201410363668
【發(fā)明人】蓋寶棟, 周冬建, 郭敬為, 劉金波, 桑鳳亭, 金玉奇
【申請人】中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2014年7月28日