專(zhuān)利名稱(chēng)：溫度調(diào)諧型固體拉曼激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體激光器，特別是一種溫度調(diào)諧型固體拉曼激光器。
(二)
背景技術(shù)：
受激拉曼散射是一種重要的激光變頻技術(shù)，通過(guò)受激拉曼散射可以將激光器的輸出波長(zhǎng) 范圍擴(kuò)展到紅外至紫外。固體拉曼介質(zhì)與氣體或液體拉曼介質(zhì)相比，具有粒子濃度大、體積 小、性能穩(wěn)定、泵浦閾值低、熱導(dǎo)性能好等優(yōu)點(diǎn)。近幾年，固體拉曼介質(zhì)及全固體拉曼激光 器已成為激光器件領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)報(bào)道的固體拉曼激光器，其輸出光 波長(zhǎng)一般在1.18nm、 1.53nm附近，且這些拉曼激光器的輸出波長(zhǎng)都是固定的、不可調(diào)諧的。 可調(diào)諧固體拉曼激光器在光譜學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、國(guó)防等領(lǐng)域有重要應(yīng)用，但受技術(shù)限制， 波長(zhǎng)可調(diào)諧型固體拉曼激光輸出至今未見(jiàn)報(bào)道。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)可調(diào)諧的固體拉曼激光的輸出，本發(fā)明提供一種通 過(guò)調(diào)節(jié)拉曼晶體溫度實(shí)現(xiàn)的可調(diào)諧型全固體拉曼激光器。
一種溫度調(diào)諧型全固體拉曼激光器，包括泵浦系統(tǒng)、諧振腔、溫控裝置，諧振腔由后腔 鏡和輸出鏡組成，諧振腔中放置激光增益介質(zhì)、調(diào)Q裝置、拉曼晶體，其特征在于拉曼晶體 置于溫控裝置中；溫控裝置由溫控爐和電路系統(tǒng)組成，通過(guò)溫控裝置對(duì)拉曼晶體的溫度進(jìn)行 精細(xì)調(diào)節(jié)，獲得可調(diào)諧的拉曼激光輸出。
所述溫控裝置中的溫控爐由爐體、電熱器、溫度傳感器、鋁合金晶體夾具組成；電熱器 裝在爐體內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)線和爐體外的開(kāi)關(guān)及電源相連接；溫度傳感器接入電路系統(tǒng)中，被放置 在爐體內(nèi)，以測(cè)量爐體內(nèi)的溫度；鋁合金晶體夾具帶有空洞和凹槽，拉曼晶體置于鋁合金晶 體夾具中的空洞內(nèi)，鋁合金晶體夾具上的凹槽起固定作用，以免晶體夾具在爐體內(nèi)滑動(dòng)。
所述溫控裝置中的電路系統(tǒng)是由單片機(jī)、LED溫度指示電路模塊、溫度設(shè)置電路、溫度 傳感器、電平轉(zhuǎn)換電路、比較器龜路及供電電源電路組成；溫度傳感器連接電平轉(zhuǎn)換電路以 獲得表征溫度值的電壓信號(hào)，電平轉(zhuǎn)換電路跟比較器電路連接，比較器電路輸出端連接溫度 指示燈，同時(shí)經(jīng)單片機(jī)的10口同單片機(jī)相連接；單片機(jī)經(jīng)其IO口分別同LED溫度指示電路 模塊和裝在爐體內(nèi)的電熱器的開(kāi)關(guān)控制鍵相連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫控爐溫度的及時(shí)顯示、檢測(cè)、 控制；單片機(jī)的10口同溫度設(shè)置電路相連能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫控爐溫度的預(yù)設(shè)定供電電源電路的 直流輸出端連接在電路系統(tǒng)的單片機(jī)、溫度傳感器、電平轉(zhuǎn)換電路和比較器電路中為整機(jī)提 供電源。
上述激光增益介質(zhì)、調(diào)Q開(kāi)關(guān)可由冷卻系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制。由泵浦源產(chǎn)生的泵浦光耦合 進(jìn)入激光增益介質(zhì)，所產(chǎn)生的強(qiáng)度足夠大的基頻光經(jīng)拉曼晶體的受激拉曼散射，可以有效地
實(shí)現(xiàn)拉曼轉(zhuǎn)換;由于拉曼晶體的拉曼頻移隨晶體溫度變化而產(chǎn)生變換，因此通過(guò)精細(xì)調(diào)節(jié)拉 曼晶體的溫度，可以獲得可調(diào)諧的拉曼激光輸出；拉曼光由輸出鏡輸出。
所述的泵浦源可以是氙燈泵浦，也可以是激光二極管(LD)泵浦；其中，LD泵浦源可以 是連續(xù)光泵浦，也可以是準(zhǔn)連續(xù)光泵浦；可以是LD端面泵浦源，它包括驅(qū)動(dòng)電源、激光二 極管、冷卻裝置、光纖和耦合透鏡組；也可以是LD側(cè)面泵浦源，它包括驅(qū)動(dòng)電源、LD側(cè)泵 模塊、冷卻裝置。
所述的諧振腔是直腔，也可以是折疊腔(折疊腔時(shí)需加入折疊鏡以改變光路途徑)，腔長(zhǎng)為5cm—50cin，諧振腔的后腔鏡和輸出鏡的曲率半徑可根據(jù)實(shí)際情況選擇。
所述的諧振腔在LD端面泵浦情況下，諧振腔內(nèi)的調(diào)Q開(kāi)關(guān)和拉曼晶體的相對(duì)位置可進(jìn)行 調(diào)換；在氙燈泵浦或LD側(cè)面泵浦情況下，諧振腔內(nèi)的側(cè)泵模塊及激光增益介質(zhì)、調(diào)Q開(kāi)關(guān)、 拉曼晶體的相對(duì)位置可相互進(jìn)行調(diào)換。
所述的激光增益介質(zhì)可以是摻釹(Nd)或摻鐿(Yb)的以下諸晶體中的一種釔鋁石榴 石(YAG)、釩酸釔(YV(U、釩酸禮(GdV(U、釩酸镥(LuV04)、氟化釔鋰(YLF)、鋁酸釔(YAP)、 釓鎵石榴石(GGG)、鎢酸釓鉀(KGd(W04)2)等；也可以是鍵合晶體釔鋁石榴石/摻釹釔鋁石 榴石(YAG/Nd:YAG)、釩酸釔/摻釹釩酸釔(YV04/Nd:YV04)諸晶體中的一種；激光增益介質(zhì) 也可以是摻Nd或摻Y(jié)b的陶瓷材料，如Nd:YAG陶瓷、Yb:YAG陶瓷等。
所述的激光增益介質(zhì)的摻雜濃度當(dāng)摻釹時(shí)為0. 05-at. %至3-at. %;摻鐿時(shí)為0. 05-at. W至20-at. %。
所述的拉曼晶體可以是以下諸晶體中的一種鎢酸鹽類(lèi)(KGd(W04)2、 KLu(W0》2、 BiNa(W04)2、 BaW04、 SrW04、 PbW04、 CaW。4等)、鉬酸鹽類(lèi)(BaTeMo209、 BiNa(Mo04)2、 BaMo04、 SrMo04、 PbMoO,、 CaMo04等)、釩酸鹽類(lèi)(YV04、 GdV04等)、磷酸鈦氧鉀類(lèi)(KTiOP04、 KTiOAs04 等)、硝酸鹽類(lèi)(Ba(N03)2)，碘酸鹽類(lèi)(LiI(U等。
所述的激光增益介質(zhì)的兩個(gè)端面均鍍有對(duì)泵浦光波段及基頻光、拉曼光波段的增透膜； 拉曼晶體兩個(gè)端面均鍍有對(duì)基頻光、拉曼光波段的增透膜。
所述的基頻光波長(zhǎng)可以據(jù)實(shí)際需求選擇，可以是1.06pm附近，也可以是1.3網(wǎng)附近；所 述的拉曼光波長(zhǎng)有基頻光波長(zhǎng)及拉曼晶體的拉曼頻移決定，可以是1.09nm附近、1.18pm 附近及1.53^m附近。
所述的調(diào)Q裝置可以放入腔內(nèi)，此時(shí)為脈沖輸出狀態(tài)，也可以從激光腔內(nèi)移走，此時(shí)為 連續(xù)輸出狀態(tài)。調(diào)Q裝置可以是電光調(diào)Q裝置、聲光調(diào)Q裝置或可飽和吸收體被動(dòng)調(diào)Q裝置 中的任意一種聲光調(diào)Q裝置由射頻輸入裝置和調(diào)Q晶體組成，調(diào)Q晶體的兩端面均鍍有基 頻激光波長(zhǎng)的增透膜；調(diào)制頻率為lHz—100KHz,通過(guò)輸入射頻波改變調(diào)Q晶體的密度，來(lái) 實(shí)現(xiàn)周期性改變激光諧振腔閾值的目的，起到調(diào)Q開(kāi)關(guān)作用；電光調(diào)Q裝置由電光晶體和驅(qū) 動(dòng)電源組成，利用晶體的電光效應(yīng)，對(duì)通過(guò)其中的激光的相位產(chǎn)生調(diào)制，進(jìn)而改變偏振態(tài)， 完成開(kāi)、關(guān)門(mén)過(guò)程，調(diào)制頻率為lHz —100kHz;可飽和吸收體是利用材料的激發(fā)、躍遷特性， 受激吸收時(shí)關(guān)門(mén)、向下躍遷時(shí)開(kāi)門(mén)，以此完成對(duì)激光的開(kāi)、關(guān)門(mén)控制，調(diào)制頻率為lHz— 100kHz。
所述的冷卻裝置有兩種方式循環(huán)水冷卻——晶體側(cè)面均用帶有管道的金屬塊包住，金 屬塊的管道內(nèi)持續(xù)通有循環(huán)冷卻水，用來(lái)給晶體降低溫度；半導(dǎo)體制冷——晶體側(cè)面被半導(dǎo) 體制冷塊包圍。
所述的所有晶體的長(zhǎng)度均可以根據(jù)具體要求進(jìn)行選??；晶體的端面形狀和面積可以根據(jù) 光束截面的面積來(lái)確定。
所述的諧振腔中的后腔鏡鍍有泵浦光波段的增透膜和基頻光、拉曼光波段的高反膜；輸 出鏡鍍有基頻光附近波段的高反膜(此處所述高反膜其反射率大于95%)，并且該膜對(duì)波長(zhǎng) 為拉曼光具有一定的透射率(此處所述一定的透過(guò)率范圍為3%~70%)。
激光器的工作流程如下泵浦源發(fā)出的泵浦光耦合進(jìn)入激光增益介質(zhì)，當(dāng)調(diào)Q裝置的調(diào) Q開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)粒子存儲(chǔ)起來(lái)；當(dāng)Q開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子瞬間 通過(guò)受激輻射轉(zhuǎn)為基頻光；強(qiáng)度足夠大的基頻光經(jīng)拉曼晶體的受激拉曼散射，可以有效地實(shí)現(xiàn)拉曼轉(zhuǎn)換；由于拉曼晶體的拉曼頻移隨晶體溫度變化而產(chǎn)生變換，因此通過(guò)精細(xì)調(diào)節(jié)拉曼 晶體的溫度，可以獲得可調(diào)諧的拉曼激光輸出；拉曼光由輸出鏡輸出。
本發(fā)明激光頭的體積可以做到10 cmX10 cmX20 cm左右，拉曼光的輸出功率大于1W, 拉曼晶體表面溫度一般在5攝氏度到500攝氏度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，溫控精度優(yōu)于土O. l度，輸出 波長(zhǎng)的調(diào)諧范圍可以做到大于3nm，調(diào)諧精度優(yōu)于土lpm,性能穩(wěn)定。這種通過(guò)溫度進(jìn)行的固 體拉曼激光器的波長(zhǎng)調(diào)諧，調(diào)諧精度高，可以滿足諸如鈉導(dǎo)星激光器(589. 159nm)這類(lèi)特 殊應(yīng)用。鈉導(dǎo)星激光器在天文學(xué)方面有重要應(yīng)用，有助于提高大型天文望遠(yuǎn)鏡的分辨率和成 像質(zhì)量，而這類(lèi)激光器對(duì)輸出波長(zhǎng)的要求非?？量?，精確到0.001nm (即pm)量級(jí)。在輸出 波長(zhǎng)已接近該特殊波長(zhǎng)的情況下，通過(guò)波長(zhǎng)精確微調(diào)，即可獲得精準(zhǔn)的鈉導(dǎo)星激光波長(zhǎng)。因 此，雖然調(diào)諧范圍只有幾個(gè)nm，溫度調(diào)諧的固體拉曼激光器是獲得波長(zhǎng)精度要求極高的特 殊激光器(如鈉導(dǎo)星激光器)的有效方案之一。
本發(fā)明提供了一種波長(zhǎng)可調(diào)諧的固體拉曼激光器技術(shù)，使用泵浦源、激光增益介質(zhì)、精 確溫控的拉曼晶體，采用腔內(nèi)拉曼激光器的方式成功產(chǎn)生輸出波長(zhǎng)可調(diào)諧的拉曼激光，提供 了一種新的可調(diào)的、高效率、高功率、體積小、穩(wěn)定性好的全固體拉曼激光器。
(四)


圖l是電路模塊連接示意圖。
其中l(wèi).供電電源電路，2.溫度傳感器，3.單片機(jī)，4.電平轉(zhuǎn)換電路，5.比較器電路， 6.LED溫度指示電路模塊，7.溫度設(shè)置電路，8.開(kāi)關(guān)，9.爐體。
圖2是溫控爐結(jié)構(gòu)示意圖。
其中IO.爐體，ll.鋁合金晶體夾具，12.凹槽，13.拉曼晶體，14.導(dǎo)線 圖3是本發(fā)明激光器LD端面泵浦情況下直腔光路結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本發(fā)明激光器LD側(cè)面泵浦或氙燈泵浦情況下直腔光路結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是本發(fā)明激光器LD端面泵浦情況下折疊腔的示意圖。
其中15.激光二極管LD， 16.光纖，17.耦合透鏡組，18.后腔鏡，19.激光增益介 質(zhì)，20.調(diào)Q裝置，21.拉曼晶體，22.輸出鏡，23.冷卻裝置，24.溫控爐體，25.導(dǎo)線， 26.電路系統(tǒng)，27. LD側(cè)面泵浦模塊或氙燈泵浦模塊，28.折疊鏡。
(五)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于此。 實(shí)施例1:
本發(fā)明激光器實(shí)施例1如圖3所示,包括激光二極管LD15、光纖16、耦合透鏡組17和諧 振腔，諧振腔由后腔鏡18和輸出鏡22組成，諧振腔中放置的激光增益介質(zhì)19為摻釹釔鋁 石榴石(Nd:YAG)激光晶體、聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)20和拉曼晶體(YV04) 21;由LD端面泵浦源產(chǎn) 生的泵浦光耦合進(jìn)入激光增益介質(zhì)19，所產(chǎn)生的基頻光通過(guò)YV04晶體21，由于YV04晶體21 具有拉曼效應(yīng)，因而會(huì)產(chǎn)生受激拉曼散射，產(chǎn)生拉曼光經(jīng)輸出鏡22輸出。YV04晶體21作為 拉曼介質(zhì)，可以有效的產(chǎn)生拉曼轉(zhuǎn)換、獲得1.175微米附近的拉曼激光。上述Nd:YAG激光 晶體19、聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)20側(cè)面均用帶有管道的金屬塊圍住，金屬塊內(nèi)的管道持續(xù)通有循環(huán) 冷卻水，用來(lái)給晶體降低溫度，水溫控制在22.5度；YV04晶體放入溫控爐中，溫控爐在通 光方向長(zhǎng)度為55mm，溫控范圍40—180攝氏度，溫控精度士O. 1度。
所述溫控裝置中的溫控爐由爐體9、電熱器、溫度傳感器2、鋁合金晶體夾具ll組成； 電熱器裝在爐體9內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)線14和爐體9外的開(kāi)關(guān)8及電源相連接；溫度傳感器2接入量爐體9內(nèi)的溫度；鋁合金晶體夾具帶有空洞和凹槽 12，拉曼晶體13置于鋁合金晶體夾具11中的空洞內(nèi)，鋁合金晶體夾具11上的凹槽12起固 定作用，以免鋁合金晶體夾具11在爐體9內(nèi)滑動(dòng)。
所述溫控裝置中的電路系統(tǒng)26是由單片機(jī)3、 LED溫度指示電路模塊6、溫度設(shè)置電路 7、溫度傳感器2、電平轉(zhuǎn)換電路4、比較器電路5及供電電源電路1組成；溫度傳感器2連 接電平轉(zhuǎn)換電路4以獲得表征溫度值的電壓信號(hào)，電平轉(zhuǎn)換電路4跟比較器電路5連接，比 較器電路5輸出端連接溫度指示燈，同時(shí)經(jīng)單片機(jī)3的IO口同單片機(jī)3相連接；單片機(jī)3 經(jīng)其10 口分別同LED溫度指示電路模塊6和裝在爐體9內(nèi)的電熱器的開(kāi)關(guān)8控制鍵相連接 以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫控爐溫度的及時(shí)顯示、檢測(cè)、控制；單片機(jī)3的I0口同溫度設(shè)置電路7相連能 實(shí)現(xiàn)對(duì)溫控爐溫度的預(yù)設(shè)定供電電源電路1的直流輸出端連接在電路系統(tǒng)的單片機(jī)3、溫 度傳感器2、電平轉(zhuǎn)換電路4和比較器電路5中為整機(jī)提供電源。
所述的激光二極管LD15端面泵浦源是由波長(zhǎng)為808 nm附近的LD端面泵浦源(最高功 率25W)及相應(yīng)的光纖16 (纖芯直徑600微米，數(shù)值孔徑0.22)和耦合透鏡組17 (1:1成 像，工作距離80mm)組成。
所述的激光晶體Nd:YAG晶體19的尺寸為05 raraX8 mm，其摻雜濃度為1-at. %兩個(gè)端面 均鍍有808nm及1000 nm—1200 nm波長(zhǎng)的增透膜(透過(guò)率大于99. 8% )。
所述的聲光調(diào)Q裝置20由射頻輸入裝置和調(diào)Q晶體組成，調(diào)Q晶體的長(zhǎng)度為38 mm，兩 端面均鍍有對(duì)波長(zhǎng)1. 06pm附近的增透膜(透過(guò)率大于99. 8% );調(diào)制頻率為25KHz,通過(guò)輸 入射頻波改變調(diào)Q晶體的密度，來(lái)實(shí)現(xiàn)周期性改變激光諧振腔閾值的目的，起到調(diào)Q開(kāi)關(guān)作 用。
所述的YV04晶體21的尺寸為3X3X20咖3兩端面均鍍有對(duì)1000咖一1200 nm波段的增 透膜(透過(guò)率大于99.8%)， YV04晶體21做拉曼介質(zhì)將基頻光轉(zhuǎn)換為拉曼光。其切割方向?yàn)?c向切割。
所述的后腔鏡18的曲率半徑為3000鵬鍍有808nm泵浦光的增透膜和1000nm—1200nm 波段的高反膜(反射率大于99.8%)。
所述的輸出鏡22鍍有1.06nm附近波長(zhǎng)的高反膜(反射率大于99.5%)，并且該膜對(duì)波 長(zhǎng)為1.175微米附近的光有8%的透過(guò)率。
所述的諧振腔腔長(zhǎng)為105 mm。
激光器的工作流程LD發(fā)出808 nm的泵浦光經(jīng)光纖16和耦合透鏡組17進(jìn)入摻釹釔鋁 石榴石Nd:YAG晶體19,當(dāng)聲光調(diào)Q裝置20關(guān)閉時(shí)，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)粒子存儲(chǔ)起來(lái)；當(dāng)Q 開(kāi)關(guān)20打開(kāi)時(shí)，積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子通過(guò)受激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1.064nm的基頻光；具有較高 峰值功率的基頻光經(jīng)過(guò)YV04晶體21時(shí)，由于受激拉曼散射的作用轉(zhuǎn)為波長(zhǎng)1.175罔附近的 拉曼光，并由輸出鏡22輸出；YV04晶體表面溫度為5度時(shí)拉曼光中心波長(zhǎng)為1175.72nm,其 表面溫度200度時(shí)拉曼光中心波長(zhǎng)降為1174. 62mn，調(diào)諧范圍1. lnm,如果溫度調(diào)節(jié)范圍進(jìn) 一步增大，拉曼光的調(diào)諧范圍還可以增大。
實(shí)施例2:
本發(fā)明裝置實(shí)施例如圖4所示，包括激光二極管LD側(cè)面泵浦模塊27和諧振腔，諧振 腔由后腔鏡18和輸出鏡22組成，諧振腔中依次放置激光增益介質(zhì)19一即Nd:YAG激光晶 體、聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)20和SrW04晶體21;由LD側(cè)面泵浦源產(chǎn)生的泵浦光耦合進(jìn)入激光增益介 質(zhì)19，所產(chǎn)生的基頻光通過(guò)SrW04晶體21。 SrW04晶體21作為拉曼介質(zhì)，可以有效的產(chǎn)生拉
6曼轉(zhuǎn)換、獲得1. 18微米拉曼激光。上述調(diào)Q開(kāi)關(guān)20持續(xù)通有循環(huán)冷卻水，用來(lái)給晶體降低 溫度，水溫控制在20度；SrW04晶體放入溫控爐中，溫控爐在通光方向長(zhǎng)度為55mm，溫控范 圍40—180度，溫控精度土O. l度。
所述溫控裝置中的溫控爐由爐體9、電熱器、溫度傳感器2、鋁合金晶體夾具ll組成； 電熱器裝在爐體9內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)線14和爐體9外的開(kāi)關(guān)8及電源相連接；溫度傳感器2接入 電路系統(tǒng)中，被放置在爐體9內(nèi)，以測(cè)量爐體9內(nèi)的溫度；鋁合金晶體夾具帶有空洞和凹槽 12，拉曼晶體13置于鋁合金晶體夾具11中的空洞內(nèi)，鋁合金晶體夾具11上的凹槽12起固 定作用，以免鋁合金晶體夾具11在爐體9內(nèi)滑動(dòng)。
所述溫控裝置中的電路系統(tǒng)26是由單片機(jī)3、 LED溫度指示電路模塊6、溫度設(shè)置電路 7、溫度傳感器2、電平轉(zhuǎn)換電路4、比較器電路5及供電電源電路1組成；溫度傳感器2連 接電平轉(zhuǎn)換電路4以獲得表征溫度值的電壓信號(hào)，電平轉(zhuǎn)換電路4跟比較器電路5連接，比 較器電路5輸出端連接溫度指示燈，同時(shí)經(jīng)單片機(jī)3的I0口同單片機(jī)3相連接；單片機(jī)3 經(jīng)其10 口分別同LED溫度指示電路模塊6和裝在爐體9內(nèi)的電熱器的開(kāi)關(guān)8控制鍵相連接 以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫控爐溫度的及時(shí)顯示、檢測(cè)、控制；單片機(jī)3的I0口同溫度設(shè)置電路7相連能 實(shí)現(xiàn)對(duì)溫控爐溫度的預(yù)設(shè)定供電電源電路l的直流輸出端連接在電路系統(tǒng)的單片機(jī)3、溫 度傳感器2、電平轉(zhuǎn)換電路4和比較器電路5中為整機(jī)提供電源。
所述的激光二極管LD側(cè)面泵浦模塊27是由波長(zhǎng)為808nm附近的LD側(cè)泵激光頭(最高功 率180W)、驅(qū)動(dòng)電源和水冷箱組成的，循環(huán)水溫度控制在22度。
所述的摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體19的尺寸為03 mmX63 mm,其摻雜濃度為0. 6-at. %兩個(gè)端面均鍍有1. 06|Lim附近波段的增透膜(透過(guò)率大于99. 8%)。
所述的聲光調(diào)Q裝置20由射頻輸入裝置和調(diào)Q晶體組成，調(diào)Q晶體的長(zhǎng)度為46咖，兩 端面均鍍有對(duì)1. 06|am附近波段的增透膜(透過(guò)率大于99. 8%);調(diào)制頻率為lOKHz，通過(guò)輸 入射頻波改變調(diào)。晶體的密度，來(lái)實(shí)現(xiàn)周期性改變激光諧振腔閾值的目的，起到調(diào)Q開(kāi)關(guān)作 用。
所述的SrW04晶體21的尺寸為3X3X36咖3， a向切割，兩端面均鍍有對(duì)1000 nm—1200 nm波段的增透膜(透過(guò)率大于99.8%)， SrW04晶體21做拉曼介質(zhì)將基頻光轉(zhuǎn)換為拉曼光。
所述的后腔鏡18的是平—凸鏡，曲率半徑為-800 mm,鍍有1000nm—1200nm波長(zhǎng)的高反 膜(反射率大于99.8%)。
所述的輸出鏡22是平面鏡，鍍有1.06pm附近波長(zhǎng)的高反膜(反射率大于99.5%)，并 且該膜對(duì)波長(zhǎng)為1.18微米附近的光有13%的透過(guò)率。
所述的諧振腔腔長(zhǎng)為200 mm。
激光器的工作流程LD側(cè)面泵浦源發(fā)出808 nm的泵浦光入射到摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG 晶體19,當(dāng)聲光調(diào)Q裝置20在關(guān)閉時(shí)，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)粒子存儲(chǔ)起來(lái)；當(dāng)Q開(kāi)關(guān)20打開(kāi) 時(shí)，積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子通過(guò)受激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1064.2nm基頻光；具有較高峰值功率的基 頻光經(jīng)過(guò)SrW04晶體21時(shí)，由于受激拉曼散射的作用轉(zhuǎn)為1179.8mn附近的拉曼光，并由輸 出鏡22輸出；調(diào)Q重復(fù)頻率為15kHz, SrW(X晶體表面溫度為5度時(shí)拉曼光中心波長(zhǎng)為 1180. 12nm,其表面溫度300度時(shí)拉曼光中心波長(zhǎng)降為1178. 02nm,調(diào)諧范圍2. lnm，如果溫 度調(diào)節(jié)范圍進(jìn)一歩增大，拉曼光的調(diào)諧范圍還可以增大。
實(shí)施例3:
與實(shí)施例l相同，只是所述的諧振腔為折疊腔，折疊鏡28鍍有對(duì)1000nm—1200nm波長(zhǎng)的高反膜(反射率大于99.8%)，后腔鏡4和折疊鏡28間距70ram，折疊鏡28和輸出鏡22 間距65ram。
激光器的工作流程LD端面泵浦源發(fā)出808 nm的泵浦光經(jīng)光纖16和耦合透鏡組17進(jìn) 入Nd:YAG晶體19，當(dāng)聲光調(diào)Q裝置20關(guān)閉時(shí)，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)粒子存儲(chǔ)起來(lái)；當(dāng)Q開(kāi)關(guān) 20打開(kāi)時(shí)，積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子通過(guò)受激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1064.2 nm基頻光；具有較高峰值 功率的基頻光經(jīng)過(guò)YV04晶體21時(shí)，由于受激拉曼散射的作用轉(zhuǎn)為1175 nm附近的拉曼光， 并由輸出鏡22輸出；YV(X晶體表面溫度為5度時(shí)拉曼光中心波長(zhǎng)為1175. 72nm，其表面溫度 100度時(shí)拉曼光中心波長(zhǎng)降為1175. 22nm,調(diào)諧范圍0.5nm，如果溫度調(diào)節(jié)范圍進(jìn)一步增大， 拉曼光的調(diào)諧范圍還可以增大。
實(shí)施例4:
與實(shí)施例1相同，只是所述的聲光調(diào)Q裝置20的射頻波調(diào)制頻率為40kHz;所述的后腔 鏡18的曲率半徑為無(wú)窮大；所述的激光增益介質(zhì)19是a切摻釹釩酸釔(Nd:YVO》，其摻雜 濃度為O. 5%,尺寸為3mmX3 mmX8 mm。
激光器的工作流禾呈LD端面泵浦源發(fā)出的808 nm的泵浦光經(jīng)光纖和耦合透鏡進(jìn)入Nd:YV04 晶體19，當(dāng)聲光調(diào)Q裝置20關(guān)閉時(shí)，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)粒子存儲(chǔ)起來(lái)；當(dāng)Q開(kāi)關(guān)20打開(kāi)時(shí)， 積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子通過(guò)受激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1064.7 nm基頻光；具有較高峰值功率的基頻光 經(jīng)過(guò)YV04晶體21時(shí)，由于受激拉曼散射的作用轉(zhuǎn)為1176.0 nm附近的拉曼光，并由輸出鏡 22輸出；YV04晶體表面溫度為5度時(shí)拉曼光中心波長(zhǎng)為1176. 27nm，其表面溫度100度時(shí)拉 曼光中心波長(zhǎng)降為1175. 77nm,調(diào)諧范圍0. 5nm。
實(shí)施例5:
與實(shí)施例1相同，只是所述的激光增益介質(zhì)19是鍵合a切摻釹釩酸釔(YV04/Nd:YV04), 其摻雜濃度為O. 5%，尺寸為3醒X3咖X3 mm (YV04)十3咖X3鵬X8 mm (Nd:YV04)。
激光器的工作流程LD端面泵浦源發(fā)出808 nm的泵浦光經(jīng)光纖和耦合透鏡進(jìn)入Nd:YV04 晶體19，當(dāng)聲光調(diào)Q裝置20關(guān)閉時(shí)，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)粒子存儲(chǔ)起來(lái)；當(dāng)Q開(kāi)關(guān)20打開(kāi)時(shí)， 積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子通過(guò)受激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1064. 7 nm基頻光；具有較高峰值功率的基頻光 經(jīng)過(guò)YV04晶體21時(shí)，由于受激拉曼散射的作用轉(zhuǎn)為1176.0 nm附近的拉曼光，并由輸出鏡 22輸出；YV04晶體表面溫度為5度時(shí)拉曼光中心波長(zhǎng)為1176. 27咖，其表面溫度100度時(shí)拉 曼光中心波長(zhǎng)降為1175. 77nm，調(diào)諧范圍0. 5nm。
實(shí)施例6:
與實(shí)施例2相同，只是諧振腔內(nèi)依次放置聲光調(diào)Q裝置20、 LD側(cè)泵模塊27及激光增益 介質(zhì)19和SrW04晶體21。
激光器的工作流程LD端面泵浦源發(fā)出808 nm的泵浦光經(jīng)光纖和耦合透鏡進(jìn)入Nd:YAG 晶體19，當(dāng)聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)20關(guān)閉時(shí)，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)粒子存儲(chǔ)起來(lái)；當(dāng)Q開(kāi)關(guān)20打開(kāi)時(shí)， 積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子通過(guò)受激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1064. 2 nm基頻光；具有較高峰值功率的基頻光 經(jīng)過(guò)SrW04晶體21時(shí)，由于受激拉曼散射的作用轉(zhuǎn)為1179. 8 nm附近的拉曼光，并由輸出 鏡22輸出；SrW04晶體表面溫度為5度時(shí)拉曼光中心波長(zhǎng)為1180.12nm，其表面溫度為300 度時(shí)拉曼光中心波長(zhǎng)降為1178. 02nm,調(diào)諧范圍2. lnm。
權(quán)利要求
1、一種溫度調(diào)諧型全固體拉曼激光器，包括泵浦系統(tǒng)、諧振腔、溫控裝置，諧振腔由后腔鏡和輸出鏡組成，諧振腔中放置激光增益介質(zhì)、調(diào)Q裝置、拉曼晶體，其特征在于拉曼晶體置于溫控裝置中；溫控裝置由溫控爐和電路系統(tǒng)組成，通過(guò)溫控裝置對(duì)拉曼晶體的溫度進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，獲得可調(diào)諧的拉曼激光輸出。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種溫度調(diào)諧型全固體拉曼激光器，其特征在于所述溫控裝置中 的溫控爐由爐體、電熱器、溫度傳感器、鋁合金晶體夾具組成；電熱器裝在爐體內(nèi)，通過(guò)導(dǎo) 線和爐體外的開(kāi)關(guān)及電源相連接；溫度傳感器接入電路系統(tǒng)中，被放置在爐體內(nèi)，以測(cè)量爐 體內(nèi)的溫度；鋁合金晶體夾具帶有空洞和凹槽，拉曼晶體置于鋁合金晶體夾具中的空洞內(nèi)， 鋁合金晶體夾具上的凹槽起固定作用，以免晶體夾具在爐體內(nèi)滑動(dòng)。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種溫度調(diào)諧型全固體拉曼激光器，其特征在于所述溫控裝置中 的電路系統(tǒng)是由單片機(jī)、LED溫度指示電路模塊、溫度設(shè)置電路、溫度傳感器、電平轉(zhuǎn)換電 路、比較器電路及供電電源電路組成；溫度傳感器連接電平轉(zhuǎn)換電路以獲得表征溫度值的電 壓信號(hào)，電平轉(zhuǎn)換電路跟比較器電路連接，比較器電路輸出端連接溫度指示燈，同時(shí)經(jīng)單片 機(jī)的10 口同單片機(jī)相連接；單片機(jī)經(jīng)其10 口分別同LED溫度指示電路模塊和裝在爐體內(nèi)的 電熱器的開(kāi)關(guān)控制鍵相連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫控爐溫度的及時(shí)顯示、檢測(cè)、控制；單片機(jī)的10 口 同溫度設(shè)置電路相連能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫控爐溫度的預(yù)設(shè)定供電電源電路的直流輸出端連接在電路 系統(tǒng)的單片機(jī)、溫度傳感器、電平轉(zhuǎn)換電路和比較器電路中為整機(jī)提供電源。
全文摘要
溫度調(diào)諧型全固體拉曼激光器，屬于固體激光器領(lǐng)域，包括泵浦系統(tǒng)、諧振腔、溫控裝置，諧振腔由后腔鏡和輸出鏡組成，諧振腔中放置激光增益介質(zhì)、調(diào)Q裝置、拉曼晶體，其特征在于拉曼晶體置于溫控裝置中；溫控裝置由溫控爐和電路系統(tǒng)組成，通過(guò)溫控裝置對(duì)拉曼晶體的溫度進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，獲得可調(diào)諧的拉曼激光輸出。本發(fā)明激光器具有體積小、性能穩(wěn)定、功率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，且能產(chǎn)生輸出波長(zhǎng)可調(diào)諧的拉曼激光，故具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01S3/30GK101540473SQ20091002074
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者叢振華, 劉兆軍, 孫文佳, 張行愚, 王青圃, 范書(shū)振, 陳曉寒, 陶緒堂 申請(qǐng)人:山東大學(xué)