一种高阶斯托克斯光产生装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明为一种高阶斯托克斯光产生装置，采用的是共焦非稳腔与多程池结合的技术，与实现激光频率变换的拉曼激光技术有关，本发明采用多程池腔内放大技术，可以选择性地获得高阶斯托克斯光。
【背景技术】
[0002]拉曼激光散射技术是实现激光波长变换，拓展激光器输出激光波段的重要技术手段，采用拉曼介质的受激拉曼散射可以实现对激光波长的改变，依据实际条件的变化，可以获得不同阶次的激光频移，获得不同波长的斯托克斯光。
[0003]目前实现拉曼激光频移的方法主要包含两种:第一种是采用外腔法，即将拉曼介质放置于激光腔外，激光器输出的基频激光经过聚焦透镜，在单程通过拉曼介质时产生受激拉曼散射，产生斯托克斯光或者反斯托克光，在此过程中，只有在聚焦透镜的焦点位置附近的一小段区域内的基频激光功率密度才能达到受激拉曼转化阈值，因此激光与拉曼介质的有效作用区短，拉曼转化效率不高，对基频激光的功率要求也较高(一般需要几十毫焦，十纳秒以内脉宽情况下)，且一般很难获得高阶斯托克斯光输出；
[0004]另外一种方法是采用拉曼激光谐振腔，该方法包括将拉曼介质放置于激光谐振腔内(内腔式)的形式，将激光介质和拉曼介质都放在激光腔内，采用二相色镜实现基频光和拉曼光的分离，使基频激光只在腔内振荡而不对外输出，只有拉曼激光对外输出；这样基频光和拉曼光多次通过拉曼介质，相当于增加了基频激光与拉曼介质的有效作用长度，因此可以降低拉曼转化阈值，提高基频激光的拉曼转化效率。
[0005]如果能结合上述两种技术方案的优点，获得高效率的高阶斯托克斯光输出，就能够满足某些情况下对于特殊波长激光的需求，特别是在红外波段的需求。由于气体拉曼激光变频在高能量、高光束质量方面的巨大潜力，气体拉曼介质的优势十分明显，本发明的目的就是利用气体拉曼介质产生高阶斯托克斯光。
【发明内容】
[0006]针对已有激光器的变频需要，利用气体拉曼介质来实现拉曼变频，为实现高阶斯托克斯光输出，设计了一种利用共焦非稳腔腔内受激拉曼产生一阶斯托克斯光并在多程池中产生高阶斯托克斯光的装置。
[0007]本发明主要包括共焦非稳腔A和多程池B两部分；其中共焦非稳腔A采用两个对称放置高反凹面镜作为基频激光器的腔镜，两腔镜曲率及其间距满足共焦非稳腔条件；在共焦非稳腔A中，沿光轴方向依次放置有对基频激光高反射的左侧凹面腔镜，基频激光增益介质，对基频激光高透、一级斯托克斯光(记为S1)高反的二相色镜，拉曼池，刮刀镜，以及对基频激光和S1都高反射的右侧凹面腔镜，刮刀镜的上方放置有镀双高反膜的屋脊镜，刮刀镜的下方放置有两片水平排列的高反平面镜，刮刀镜输出的激光和S1光经屋脊镜变化为实心光束后，由刮刀镜下侧放置的高反平面镜输出，其输出光经多程池B的输入窗口进入到多程池B中；多程池B中充有气体拉曼介质，两片镀有对基频光和S1及二级斯托克斯光(记为S2)高反膜的凹面腔镜反射面相对放置在多程池两端，并通过法兰与多程池密封；进入多程池的激光和S1经多程池端面附近内侧壁上放置的一个高反镜反射到多程池的腔镜上，在多程池内两腔镜间不断振荡放大，并向高阶斯托克斯光转化，获得的高阶斯托克斯光经多程池另一端面附近内侧壁上放置的另一高反镜反射后，经多程池输出窗口输出。
[0008]共焦非稳腔A的两凹面腔镜的曲率半径之和等于2倍腔长，因此基频激光能在腔内形成一个焦点；拉曼池放置于焦点位置上，此处基频激光功率密度大，更容易满足受激拉曼阈值要求。
[0009]本发明中，多程池B中的两个凹面腔镜的曲率半径R1, R2和两腔镜之间的距离L之间的关系满足稳定腔条件，即0〈(1-1VR1) X (1-L/R2)〈I。进入多程池B的激光和S1光都是由共焦非稳腔A的刮刀镜和屋脊镜提供的，因此可以保证泵浦光与S1光具有良好的重合性，有助于实现对S1的放大，并提高S2的转化效率。经合束的基频激光与S1光经过输入窗口进入多程池内，由输入光反射镜反射后入射到左侧腔镜上，可以在两侧腔镜之间多次往返后再由输出高反镜反射后经输出窗口输出；这相当于提高了拉曼介质的有效增益长度，因此可以提高放大效率，更容易产生并放大S2光。
[0010]通过改变多程池两侧腔镜的镀膜种类，改变激光在多程池内的往返次数，可以选择产生某些高阶次斯托克斯光(如三阶斯托克斯光S3或者四阶斯托克斯光S4)，也可以避免更高阶斯托克斯光的产生(如三阶斯托克斯光S3或者S4)，提高二阶斯托克斯光S2的转化效率。通过改变共焦非稳腔内拉曼池以及多程池中填充的拉曼活性气体种类，可以改变产生的高阶斯托克斯光的波长，实现可快速切换的多波段激光输出。
【附图说明】
[0011]图1为本发明涉及的采用共焦非稳腔和多程池的高阶斯托克斯光产生装置示意图；
[0012]图中:1 一基频激光全反凹面镜，2—基频激光增益介质，3—对基频激光高透，对S1高反的二相色镜，4一拉曼池，5—对基频激光及S1全反的刮刀镜，6—基频激光及S1全反凹面镜，7—镀有高反膜的屋脊镜，8—基频激光及S1全反镜1，9一基频激光及S1全反镜2，10—多程池腔体，11一基频激光与S1输入窗，12—基频激光、S1及高阶斯托克斯光全反镜，13—基频激光、S1及高阶斯托克斯光全反的凹面镜1，14一基频激光、S1及高阶斯托克斯光全反的凹面镜2,15一高阶斯托克斯光全反镜，16一高阶斯托克斯光输出窗；
[0013]图1中上方虚线框内(A部分)为非稳腔单元；下方虚线框内(B部分)为多程池单元。
[0014]图2是非稳腔激光拉曼变频的工作原理；
[0015]图中:I一基频激光全反凹面镜，2—基频激光增益介质，3—对基频激光高透，对S1高反的二相色镜，4一拉曼池，5—对基频激光及S1全反的刮刀镜，6—基频激光及S1全反凹面镜，7—锻有高反膜的屋脊镜；图中带箭头的实线代表基频激光及其斯托克斯光。
[0016]图3是多程池的工作原理，多程池内部充满了气体拉曼介质；
[0017]图中:10—多程池腔体，12—基频激光、S1及高阶斯托克斯光全反镜，13—基频激光、S1及高阶斯托克斯光全反的凹面镜1，14一基频激光、S1及高阶斯托克斯光全反的凹面镜2，15—高阶斯托克斯光全反镜；
[0018]图中带箭头实线代表光束的传播路径，两个凹面腔镜上的虚线环与带箭头实线的交点代表拉曼光束及基频激光束在两腔镜上的入射及反射点位置，虚线环为这些交点的连线，该环一般为一椭圆环，依据不同设计，其大小和椭圆度可以改变，基频激光和斯托克斯光在腔内的往返次数也可以改变。
[0019]图4为本发明采用的多程池中光束在传播过程中其光斑半径的变化情况；
[0020]图中:10—多程池腔体，11一基频激光与S1输入窗，12—基频激光、S1及高阶斯托克斯光全反镜，13—基频激光、S1及高阶斯托克斯光全反的凹面镜1，14 一基频激光、S1及高阶斯托克斯光全反的凹面镜2,15一高阶斯托克斯光全反镜，16一高阶斯托克斯光输出窗；
[0021]图中填充网格的区域代表在该多程池内斯托克斯光和基频光在不同位置处的光束尺寸变化情况，在本发明中，斯托克斯光和基频光的束腰都在拉曼池内部中间位置，依据两腔镜具体曲率半径的变化，束腰位置和大小都会发生变化。
【具体实施方式】
[0022]一种高阶斯托克斯光产生装置，包括共焦非稳腔A和多程池B两部分；其中共焦非稳腔A采用两个相对放置高反凹面镜作为基频激光器的腔镜，两腔镜曲率及其间距满足共焦非稳腔条件；在共焦非稳腔A中，沿光轴方向依次放置有对基频激光高反射的左侧凹面腔镜，基频激光增益介质，对基频激光高透、一级斯托克斯光(记为S1)高反的二相色镜，拉曼池，刮刀镜，以及对基频激光和S1都高反射的右侧凹面腔镜；刮刀镜的上方放置有镀双高反膜的屋脊镜，刮刀镜的下方放置有两片水平排列的高反平面镜，刮刀镜输出的激光和S1光经屋脊镜变化为实心光束后，由刮刀镜下侧放置的高反平面镜输出，其输出光经多程