基于BaTeMo₂O₉晶体的全固态拉曼激光器的制作方法

专利名称：基于BaTeMo₂O₉晶体的全固态拉曼激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种采用BaTeMo2O9晶体的全固态拉曼激光器,属于全固态激光器技术领域。
背景技术：
利用晶体的非线性光学变频效应是获得新激光波长的重要方法，因此成为光学领域中研究的热点。受激拉曼散射(SRS)属于 三阶非线性光学效应，是较早被发现的非线性光学现象之一。以SRS效应为基础实现的激光频率转化具有高功率、高转换效率、波长选择范围广等优点。覆盖真空紫外到近红外波长范围使其在海底通讯、大气监测、激光雷达、环境监控、光刻技术、激光扫描、激光清洁等领域内都有广泛的应用。1963年，晶体中的SRS效应首次在钻石、冰洲石和硫中发现。(G. Eckhaidt,D. P. Bortfeld, and M. Geller, Appl. Phys. Lett. , 3,137,1963. ) 1977 年 Ammann 等人用 Nd3+激光器泵浦LiIO3得到77%的转换效率后，晶体中的SRS效应开始受到人们的广泛关注。(E. 0. Ammann and C. D. Decker, J. Appl. Phys. , 48,1973,1977.)随着高光学质量拉曼晶体的出现，可以通过SRS效应获得一般固体激光器不能得到的波长。与气体和液体拉曼介质相比，固体拉曼介质具有增益高、热传导性好、机械特性好、易于和全固态激光技术相结合等优点。以晶体作为拉曼介质的固体拉曼激光器结构紧凑、效率高、稳定性好，在信息、交通、测量、医疗、国防和工农业等领域都有广泛的应用。例如利用拉曼介质对Nd3+的1064nm和1340nm激光进行频率转换，可以分别获得IlOOnm和1500nm的红外光谱，其中，1500nm波段的光由于视网膜吸收少，被称为人眼安全激光，在激光雷达和自由空间通讯中具有重要的应用。(Y. F. Chen, Opt. Lett. , 29, 2172, 2004.)固体拉曼激光器另一个重要的应用是可以得到黄橙波段的激光，由于目前无法通过激活离子直接跃迁产生黄光，因此，黄光波段的激光比产生其他波段的可见光要困难。利用1064nm调Q激光作为泵浦源，通过SRS产生一阶Stokes激光,再通过倍频可以得到黄橙波段的激光。(H. M. Pask and J. A. Piper, Opt.Commun, 148, 285,1998.)或者可以直接以532nm绿光作为泵浦原，通过SRS效应获得黄橙波段的激光。(R. P. Mildren, M. Convery, H. M. Pask, and J. A. Piper, Opt. Express, 12, 785,2004.)该波段在医学、雷达、光谱学、测海学、信息存储和激光导航中具有重要的应用。正是由于具有这些优点，近几年固体拉曼介质及固体拉曼激光器已成为激光材料和器件领域的研究热点。拉曼晶体是固体拉曼激光的基础材料。理想的拉曼晶体具有以下性质具有高的拉曼增益系数，高的热导率，高的损伤阈值，易于生长出大尺寸、高质量的单晶，具有宽的透光波段，稳定的物理化学性能，优异的机械性能等。拉曼晶体的性能主要由原子团的性质决定，对于不同的原子团，如[WO4]，[NO3]，[VO4]等，内部振动频率不同、拉曼线宽、散射截面也都不相同。碱土金属对这类晶体的拉曼性能也有影响。钥酸碲钡BaTeMo2O9属于单斜晶系，空间群为P2。晶胞参数为a = 5. 5407 A, b =7. 4661 A, c = 8. 8448 A, ^ = 90. 841。，Z = 2。由休斯敦大学 H. S. Ra 等于 2003 年首次合成，并由山东大学晶体材料研究所张卫国等采用助熔剂法首次生长出大尺寸单晶，并对其性能进行了表征(Ra H. S. ,Ok K. M. , and Halasyamani P. S. , J. Am. Chem. Soc. 125,7764，2003 ；Zhang ff. , Tao X. , Zhang C. , Gao Z. , Zhang Y. , Yu ff. , Cheng X. , Liu X. , and JiangM.，Cryst. Growth Des. ,8,304,2008.)。晶体表现出高的损伤阈值、宽的透光波段，适中的机械性能、稳定的物理化学稳定性。作为一种四元钥酸盐化合物，目前尚未有此晶体拉曼性能极其拉曼激光方面的报道。
发明内容本实用新型针对BaTeMo2O9晶体在全固态拉曼激光器应用方面存在的不足，提供一种以BaTeMo2O9晶体为基质，通过腔外谐振实现此晶体各阶受激拉曼激光输出，结构简单、高效、稳定的基于BaTeMo2O9晶体的全固态拉曼激光器。本实用新型的基于BaTeMo2O9晶体的全固态拉曼激光器，采用以下技术方案该全固态拉曼激光器，包括激光泵浦光源、光阑、格兰棱镜和谐振腔，激光泵浦光 源、光阑、格兰棱镜和谐振腔依次排列在一起，谐振腔包括输入镜、BaTeMo2O9晶体、输出镜和滤波片，BaTeMo2O9晶体设置在输入镜与输出镜之间，滤波片设置在输出镜的外侧。激光泵浦光源为BaTeMo2O9晶体透光波段内的波长为500nm-5000nm的激光，中心波长为1064nm。BaTeMo2O9晶体按照光学Z轴加工。激光泵浦光源经过光阑将光斑大小调整为2_，通过格兰棱镜的偏振态变为水平偏振，经过输入镜进入谐振腔，在BaTeMo2O9晶体中发生受激拉曼散射，其中激光泵浦光源被输出镜高反(高度反射)，再次通过BaTeMo2O9晶体时实现双程拉曼泵浦，产生的拉曼光被输入镜高反，双程泵浦所产生的拉曼光经过腔镜输出镜部分透过，实现一阶拉曼激光输出、二阶拉曼激光输出、三阶拉曼激光输出或一阶和二阶拉曼激光的同时输出，不同阶数的拉曼激光输出是通过根据激光泵浦光源波长和输出的拉曼激光波长对输入镜和输出镜进行镀膜实现的。本实用新型采用BaTeMo2O9晶体，在充分研究该晶体自发拉曼光谱的基础上，选择最佳的拉曼频移，使用调Q的1064nm脉冲激光器，以腔外谐振的方式成功的产生了高效(48%的转换效率)、稳定的一阶(1178nm)、二阶(1320nm)和三阶(1500nm)的拉曼激光输出，甚至同时实现一阶和二阶拉曼激光多波长的输出，具有结构简单、高效、稳定的特点，产生的宽波段、高效拉曼激光在海底通讯、大气监测、激光雷达、环境监控、光刻技术、激光扫描、激光清洁等领域内具有广泛的应用。

图I是BaTeMo2O9晶体Z方向不同配置条件下的自发拉曼光谱图。图2是本实用新型基于BaTeMo2O9晶体的全固态拉曼激光器的光路结构示意图。其中1、激光泵浦光源,2、光阑,3、格兰棱镜,4、输入镜,5、输出镜,6、滤波片,7、BaTeMo2O9 晶体。
具体实施方式
[0016]如图I所示，本实用新型所涉及的BaTeMo2O9晶体在532nm激光照射条件下，自发拉曼光谱中显示出一个很强的拉曼频移(921CHT1)，并且具有较窄的半峰宽(5.6CHT1)，利用此拉曼频移，在合适的激光泵浦条件下，实现一阶、二阶、三阶甚至更高阶的斯托克斯拉曼激光频移。通过根据激光泵浦光源波长和设计输出的拉曼激光波长对谐振腔的输入镜和输出镜进行镀膜实现一阶、二阶甚至三阶的拉曼激光输出，甚至同时实现一阶和二阶拉曼激光多波长的输出。实施例I图2给出了本实用新型基于BaTeMo2O9晶体的全固态拉曼激光器的光路结构，包括激光泵浦光源I、光阑2、格兰棱镜3和谐振腔,激光泵浦光源I、光阑2、格兰棱镜3和谐振腔依次排列在一起，谐振腔包括输入镜4、BaTeMo209晶体7、输出镜5和滤波片6，BaTeMo2O9晶体7设置在输入镜4与输出镜5之间,滤波片6设置在输出镜5的外侧。激光泵浦光源I的中心波长为1064nm，可进行电光调Q，并且可以采用Nd3+YAG,Nd3+GGG等电光、声光调Q激光器。同样，在BaTeMo2O9晶体透光波段内的500nm-5000nm的 其它波段的激光泵浦光源也可以替代1064nm光源，并产生相应的拉曼激光。本实施例中的激光泵浦光源I采用电光调Q的Nd = YVO4激光放大系统产生的1064nm泵浦光源。BaTeMo2O9晶体7按照光学Z轴加工，BaTeMo2O9晶体7的取向和长度可以根据具体要求进行选取，晶体的端面形状和面积可以根据光束界面的面积确定。本实施例中的尺寸为 5X5X35mm3。本实施例中，谐振腔的腔长为40mm。输入镜4的前端面镀有1064nm增透膜，后端面镀有1064nm增透膜和1120_1185nm高反膜。输出镜5为一阶斯托克斯激光的输出镜，对1178nm部分透过。输入镜4和输出镜5都镀有1320nm增透膜，来抑制二阶斯托克斯激光产生。根据BaTeMo2O9晶体7的长度谐振腔的腔长和形状均可进行调节。在重复频率为1Hz、脉宽为10ns、能量为40mJ泵浦条件下，5 X 5 X 35mm3的BaTeMo2O9晶体可以获得19. 2mJ的1178nm拉曼激光输出。由电光调Q的Nd = YVO4激光放大系统产生的1064nm泵浦光源，经过光阑2将光斑大小调整为2mm，通过格兰棱镜3的偏振态变为水平偏振，经过高增透1064nm的输入镜4进入谐振腔，在BaTeMo2O9晶体7中发生受激拉曼散射，实现一阶斯托克斯频移。其中泵浦光被输出镜5高反，再次通过BaTeMo2O9晶体7时实现双程拉曼泵浦，产生的拉曼光被腔镜输入镜4高反，双程泵浦所产生的拉曼光经过输出镜5部分透过，实现拉曼激光输出。输出光经过滤波片6后输出能量用能量计接收，脉冲波形由光谱仪捕捉。实施例2本实施例与实施例I不同的是，将输入镜4和输出镜5的镀膜做以下改变输入镜4的前端面镀1064nm增透膜，后端面镀1064nm增透膜以及1178nm和1320nm高反膜；输出镜5镀1500nm增透膜以及1064nm和1178nm高反膜，部分透过1320nm。激光泵浦光源、谐振腔和晶体取向、长度如实施例I所示，均可以进行相应的替换和调节。这样可以实现二阶受激拉曼激光输出(1320nm)。实施例3本实施例与实施例I不同的是，将输入镜4和输出镜5的镀膜做以下改变输入镜4的前端面镀1064nm增透膜，后端面镀1064nm增透膜以及1178nm、1320nm和1500nm高反膜；输出镜5镀1500nm增透膜以及1064nm、1178nm、1320nm高反膜,部分透过1500nm。激光泵浦光源、谐振腔和晶体取向、长度如实施例I所示，均可以进行相应的替换和调节。这样可以获得人眼安全的三阶受激拉曼激光输出(1500nm)。实施例4 本实施例中，激光泵浦光源、谐振腔和晶体取向、长度与实施例I 一样，与实施例I不同的是，输入镜4的前端面镀1064nm增透膜，后端面镀1064nm增透膜以及1178nm和1320nm高反膜，输出镜5镀1064nm高反膜，部分透过1178nm和1320nm。这样可实现一阶和二阶拉曼光的同时输出。
权利要求1.一种基于BaTeMo2O9晶体的全固态拉曼激光器,包括激光泵浦光源、光阑、格兰棱镜和谐振腔，其特征是激光泵浦光源、光阑、格兰棱镜和谐振腔依次排列在一起，谐振腔包括输入镜、BaTeMo2O9晶体、输出镜和滤波片，BaTeMo2O9晶体设置在输入镜与输出镜之间，滤波片设置在输出镜的外側。
2.根据权利要求I所述的基于BaTeMo2O9晶体的全固态拉曼激光器，其特征是所述激光泵浦光源为BaTeMo2O9晶体透光波段内的波长为500nm-5000nm的激光，中心波长为1064nm。
专利摘要本实用新型提供一种基于BaTeMo2O9晶体的全固态拉曼激光器，包括激光泵浦光源、光阑、格兰棱镜和谐振腔，激光泵浦光源、光阑、格兰棱镜和谐振腔依次排列在一起，谐振腔包括输入镜、BaTeMo2O9晶体、输出镜和滤波片，BaTeMo2O9晶体设置在输入镜与输出镜之间，滤波片设置在输出镜的外侧。本实用新型采用BaTeMo2O9晶体，在充分研究该晶体自发拉曼光谱的基础上，选择最佳的拉曼频移，使用调Q的1064nm脉冲激光器，以腔外谐振的方式成功的产生了高效、稳定的一阶、二阶和三阶的拉曼激光输出，甚至同时实现一阶和二阶拉曼激光多波长的输出，具有结构简单、高效、稳定的特点。
文档编号H01S3/0941GK202550281SQ20122014306
公开日2012年11月21日 申请日期2012年4月6日 优先权日2012年4月6日
发明者陶绪堂, 高泽亮 申请人:山东大学