透镜4，第一个拉曼池6及其两端面10毫米厚密封法兰上各设直径30毫米的第一石英窗口片5、第二石英窗口片7，安装在第一个拉曼池6上的气压表23及充气阀门24，后向拉曼种子光的第二聚焦透镜8，用于第二束泵浦光光路延迟的第一高反镜9、第二高反镜12，第三1/2波片10，第二束泵浦光的第三聚焦透镜11，将拉曼种子光和第二束泵浦光合束的第二二相色镜13，第二个拉曼池16及其两端面10毫米厚密封法兰上各设直径30毫米的第三石英窗口片14、第四石英窗口片18，内置于第二个拉曼池内的空心玻璃管19及其两端支架20和21，安装在第二个拉曼池16上的气压表15及充气阀门17,输出放大拉曼光的准直透镜22,—组分光棱镜25。其中，第一个拉曼池6和第二个拉曼池16的主体均是内径26毫米、壁厚3毫米的不锈钢管，长度分别为300毫米和1200毫米；空心玻璃管19为石英材质，其内径为1.5毫米，长度为580毫米。
[0028]具体地说，泵浦激光器I输出的泵浦光通过分光系统2分成两束泵浦光。其中第一束泵浦光通过第一二相色镜3 (对泵浦光高反，对拉曼光高透)反射和第一聚焦透镜4 (焦距为250毫米)聚焦后经第一个拉曼池6的左侧入射窗口导入该拉曼池6内，随之产生光束质量较好的后向斯托克斯拉曼种子光，该拉曼种子光按原光路返回，依次经过第一聚焦透镜4、第一二相色镜3、第二聚焦透镜8 (焦距为1000毫米，焦点在第二个拉曼池16内置的空心玻璃管19的输入端口)和第二二相色镜13以掠入射方式进入空心玻璃管19的输入端口，作为拉曼种子光，剩余的第一束泵浦光经第一个拉曼池6的右侧出射窗口透射出去；第二束泵浦光先后通过第一高反镜9、第二高反镜12进行光路延迟并经过中间的第三聚焦透镜11 (焦距为1000毫米，焦点在空心玻璃管19的输入端口)聚焦，作为受激拉曼放大泵浦光，与后向拉曼种子光同时到达第二二相色镜13，然后在空间上进行合束后一并以掠入射方式导入空心玻璃管19进行受激拉曼放大。最后通过准直透镜22(焦距为300毫米，焦点在空心玻璃管19的输出端口)和分光棱镜组25把剩余的泵浦光P和放大拉曼光SI分开，从而得到单一的放大拉曼光。
[0029]本发明实施例，采用美国Continuum Nd:YAG激光器基频光1064nm作为泵浦光，以H2为受激拉曼散射介质，实现其一阶斯托克斯1900nm拉曼光种子光的产生及其受激拉曼放大。第一个拉曼池6和第二个拉曼池16均注入3.5MPa氢气。按照上述的实验步骤进行基于空心玻璃管且自带拉曼种子光的H2受激拉曼放大实验。在进行传统的双级联拉曼放大实验时，只需将上述实验过程中第二个拉曼池内置的空心玻璃管取出，重新充装氢气介质，其他光路不变。最后对上述两个受激拉曼光出光效率进行比较和分析。
[0030]图2绘出了受激放大拉曼光的量子转化效率随着第二束泵浦光光强变化的两条曲线图，分别对应传统的双级联拉曼放大器和本发明的拉曼放大器。从图2可以看出:当第二束泵浦光均为63.4mJ时，前者拉曼量子转化效率为22%，后者量子转化效率为32%，即量子转化效率提高了 45%。整体而言，前者最大拉曼量子转化效率为23%，后者最大量子转化效率为35%，即最大量子转化效率提高了 52%。实验结果表明:与传统的双级联拉曼池受激拉曼相比，依据本发明的受激拉曼放大效率获得了明显提高。
【主权项】
1.一种基于空心玻璃管且自带拉曼种子光的气体受激拉曼放大器，包括一台泵浦激光器(1)，一套分光系统(2)，第一个拉曼池(6)，第二个拉曼池(16)，一根空心玻璃管(19)和一组分光棱镜(25),其特征在于: 泵浦激光器(I)输出的泵浦光通过分光系统(2)分成两束泵浦光； 第一束泵浦光通过第一个拉曼池(6)产生后向斯托克斯光作为拉曼种子光，后向斯托克斯光作为拉曼种子光和第二束泵浦光同时以掠入射方式导入置于第二个拉曼池(16)内的空心玻璃管(19)内进行拉曼光受激放大。
2.根据权利要求1所述的气体受激拉曼放大器，其特征在于: 第一束泵浦光通过第一二相色镜(3)反射和第一聚焦透镜(4)聚焦导入第一个拉曼池(6)，随之产生后向斯托克斯拉曼种子光，该拉曼种子光按原光路返回、依次穿过第一聚焦透镜(4)、第一二相色镜(3)、第二聚焦透镜(8)和第二二相色镜(13)进入空心玻璃管(19)内，作为拉曼种子光； 第二束泵浦光先后通过第一高反镜(9)、第三聚焦透镜(11)、第二高反镜(12)进行光路延迟，作为受激拉曼放大泵浦光，与后向斯托克斯拉曼种子光同时到达第二二相色镜(13)，然后经第二二相色镜(13)反射与后向斯托克斯拉曼种子光在空间上达到重合后一起进入空心玻璃管(19)内进行受激拉曼放大； 空心玻璃管(19)输出端口的输出光先后通过第四个石英窗口片(18)，准直透镜(22)和分光棱镜组(25)把剩余的泵浦光P和放大拉曼光SI分开，从而得到单一的放大拉曼光。
3.根据权利要求1所述的气体受激拉曼放大器，其特征在于: 所述的拉曼种子光和第二束泵浦光分别通过第二聚焦透镜(8)和第三聚焦透镜(11)在空间上均聚焦到空心玻璃管(19)的输入端口。
4.根据权利要求1所述的气体受激拉曼放大器，其特征在于: 所述的拉曼种子光和第二束泵浦光分别通过各自光路在时间上同时到达第二二相色镜(13)上并进行合束。
5.根据权利要求1所述的气体受激拉曼放大器，其特征在于: 所述的拉曼种子光为第一束泵浦光在第一个拉曼池(6)内产生的后向斯托克斯受激拉曼光，其光束质量优于泵浦光。
6.根据权利要求1所述的气体受激拉曼放大器，其特征在于: 所述的第一个拉曼池(6)左侧为入射窗口，右侧为出射窗口，两窗口分别设为第一石英窗口片(5)和第二石英窗口片(7)，经第一聚焦透镜(4)聚焦后的第一束泵浦光先通过第一个拉曼池(6)入射窗口再通过出射窗口透射出去，产生的后向斯托克斯拉曼种子光按原光路经入射端第一窗口片(5 )返回。
7.根据权利要求1所述的气体受激拉曼放大器，其特征在于: 所述的第二个拉曼池(16)右侧为入射窗口，左侧为出射窗口，两窗口分别设为第三石英窗口片(14)和第四石英窗口片(18)，拉曼种子光和第二束泵浦光在第二二相色镜(13)上合束后的混合光先通过第二个拉曼池(16)入射窗口，一起以掠入射方式导入置于第二个拉曼池(16)内的空心玻璃管(19)发生受激拉曼放大过程，然后剩余的泵浦光P和放大拉曼光SI均通过出射窗口透射出去。
8.根据权利要求1所述的气体受激拉曼放大器，其特征在于: 所述的分光系统(2)由3个高反镜、2个1/2波片和2个偏振分光片组成，泵浦光先经过第一 1/2波片，通过调节1/2波片光轴的角度连续改变S和P偏振光光强，再经过第一偏振分光片进行分束，下方透射的光束为第一束泵浦光，右方反射的光束为第二束泵浦光。
9.根据权利要求2所述的气体受激拉曼放大器，其特征在于: 所述的准直透镜(22)的聚焦焦点在置于第二个拉曼池(16)内的空心玻璃管(19)的输出端口。
10.根据权利要求2所述的气体受激拉曼放大器，其特征在于: 所述的第一二相色镜(3)为对拉曼光高透，对泵浦光高反；第二二相色镜(13)为对拉曼光高透，对泵浦光高反。
【专利摘要】本发明提供了一种基于空心玻璃管且自带拉曼种子光的气体受激拉曼放大器，包括一台泵浦激光器、一套分光系统、第一个拉曼池、第二个拉曼池、一根空心玻璃管和一组分光棱镜。泵浦光源通过分光系统分成两束泵浦光，其中第一束泵浦光通过第一二相色镜导入第一个拉曼池产生后向拉曼种子光；第二束泵浦光通过光路延迟，与后向拉曼种子光同时到达第二二相色镜并进行合束，然后一起以掠入射方式导入置于第二个拉曼池内的空心玻璃管内进行受激拉曼放大。最后通过分光棱镜组分光得到单一放大拉曼光。实验结果表明，和传统的双级联拉曼池相比，本发明可以获得转换效率更高的受激放大拉曼光。本发明可以广泛应用于军事、医疗、环境监测等领域。
【IPC分类】H01S3-30, H01S3-094, H01S3-08
【公开号】CN104716560
【申请号】CN201310691186
【发明人】周灿华, 郭敬为, 周冬建, 蔡向龙, 刘金波, 金玉奇
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月13日