技术领域本发明涉及拉曼激光器，特别是一种基于气体振动拉曼光泵浦产生其转动拉曼光的拉曼激光器。
背景技术：
近年来，随着激光在交通、测量、医疗、国防和工农业等众多应用领域不断地发展，开发特殊的激光波长已经越来越引起人们的兴趣。这些特殊的激光波长可以通过新的激光工作物质产生，也可以通过气体或晶体材料等非线性光学频率转换产生。在非线性光学领域，受激拉曼散射能够用来对激光发射波长做特定频率转换(取决于拉曼介质的拉曼振/转动模频率)，达到特定的激光波长输出。因此，受激拉曼散射技术是实现激光波长变换的重要技术手段之一。依据拉曼介质的物质形态不同，拉曼介质通常可分为固体、液体和气体。固体拉曼介质一般体积小，拉曼介质浓度高，故其拉曼增益和转化率高。当前已研制出多种固体拉曼介质，应用十分广泛，但固体拉曼介质损伤阈值低，不易实现高能量激光输出。液体拉曼介质则由于液体介质的挥发性，毒性或不稳定性等缺陷，应用范围受到很大限制。相对而言，气体拉曼介质浓度较低，增益较小，但具有较好的热管理性、较高的损伤阈值(更可能实现大能量拉曼激光输出)、高拉曼振动模和窄拉曼线宽等优点，因此也得到了广泛深入的研究。常用的气体拉曼介质有H2，CH4，O2和N2等。目前，人们采用气体介质实现激光受激拉曼转换主要基于气体分子振动能差(V)产生其振动拉曼光，或者基于气体分子转动能差(R)产生其转动拉曼光。然而常用的激光波长多数无法通过某种气体单一的振动或者转动能差实现受激拉曼变频得到人们非常感兴趣的波长，特别是中红外波长。这些中红外波长尤其在医疗和国防等领域需求较为突出。
技术实现要素：
本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提出了一种结构比较新颖的受激拉曼方式，即提供了一种基于气体振动拉曼光泵浦产生其转动拉曼光的拉曼激光器。本发明的技术解决方案如下：一种基于气体振动拉曼光泵浦产生其转动拉曼光的拉曼激光器，主要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，一个二向色镜、一个λ/4波片和一组分光棱镜，其特征在于：泵浦激光器输出的线偏振泵浦光通过分光系统调谐能量后，输出第一束线偏振泵浦光；第一束线偏振泵浦光导入第一个拉曼池产生带有前向一级斯托克斯线偏振振动拉曼光和剩余的线偏振泵浦光的混合光；混合光经过二向色镜分离出剩余的线偏振泵浦光，前向一级斯托克斯线偏振振动拉曼光继续向前传播，再经过一个λ/4波片转换为圆偏振振动拉曼光，圆偏振振动拉曼光作为第二束圆偏振泵浦光，第二束圆偏振泵浦光再导入第二个拉曼池产生带有前向一级斯托克斯圆偏振转动拉曼光和剩余的圆偏振振动拉曼光的混合光；最后该混合光通过分光棱镜组分光得到单一的圆偏振转动拉曼光。其中，从分光系统输出的第一束线偏振泵浦光依次通过第一高反镜、第二高反镜和第一聚焦透镜聚焦导入第一个拉曼池，随之产生带有前向一级斯托克斯线偏振振动拉曼光和剩余的线偏振泵浦光的混合光，该混合光依次经过第二聚焦透镜和二向色镜后，剩余的泵浦光P从垂直光传播方向分离导入BeamDump消散；而线偏振振动拉曼光继续向前传播经过λ/4波片，转换为圆偏振振动拉曼光，作为第二束圆偏振泵浦光，通过第三聚焦透镜聚焦导入第二个拉曼池，随之产生带有前向一级斯托克斯圆偏振转动拉曼光和剩余的圆偏振振动拉曼光的混合光；最后，混合光先后通过第四聚焦透镜准直和分光棱镜组，把剩余的第二束泵浦光和圆偏振转动拉曼光分开，从而得到单一的圆偏振转动拉曼光。其中，所述的分光棱镜组是由沿光路上依次设置的二个三棱镜构成。其中，所述的第一个拉曼池右侧为入射窗口，左侧为出射窗口，两窗口分别为第一石英窗口片和第二石英窗口片，经第一聚焦透镜后的第一束线偏振泵浦光和随之产生的前向一级斯托克斯线偏振振动拉曼光均先通过第一个拉曼池入射窗口再通过出射窗口透射出去。其中，所述的第二个拉曼池右侧为入射窗口，左侧为出射窗口，两窗口分别为第三石英窗口片和第四石英窗口片，经第三聚焦透镜后的第二束圆偏振泵浦光和随之产生的前向一级斯托克斯圆偏振转动拉曼光均先通过第二个拉曼池入射窗口再通过出射窗口透射出去。其中，所述的分光系统由1个λ/2波片、1个分束立方体、1个能量BeamDump和1个泵浦光高反镜组成；即，从泵浦激光器输出的线偏振泵浦光先经过λ/2波片，通过调节λ/2波片光轴的角度连续改变S和P偏振光光强，再经过分束立方体进行分束，下方透射的光束再经泵浦光高反镜后输出作为为第一束泵浦光，水平透射的光束进入BeamDump消散。其中，所述的第一聚焦透镜和第二聚焦透镜的焦点位于第一个拉曼池中心；第三聚焦透镜和第四聚焦透镜的焦点位于第二个拉曼池中心。其中，所述的第一高反镜和第二高反镜为对第一束线偏振泵浦光高反；二相色镜为对线偏振振动拉曼光高透且对第一束线偏振泵浦光高反；λ/4波片对应的波长为线偏振振动拉曼光波长。与传统的基于气体分子振动能差(V)产生其振动拉曼光，或者基于气体分子转动能差(R)产生其转动拉曼光进行受激拉曼频移，本发明的拉曼激光器有如下优点：1)、由于第二束泵浦光来源于第一个拉曼池的振动拉曼光，再次受激拉曼频移，则从能量角度来说，整个过程频移的范围变得更大；2)、有些常用的激光波长无法通过某种气体单一的振动或者转动能差实现受激拉曼变频得到人们感兴趣的激光波长，该技术为通过受激拉曼散射实现某些特定的中红外波长提供可能。附图说明图1为本发明基于气体振动拉曼光泵浦产生其转动拉曼光的拉曼激光器结构示意图。其中1-泵浦激光器，2-分光系统，3-第一高反镜，4-第二高反镜，5-第一聚焦透镜，6-第一石英窗口片，7、17-充气阀门，8-第一个拉曼池，9、19-气压表，10-第二石英窗口片，11-第二聚焦透镜，12-二向色镜，13-能量垃圾桶，14-λ/4波片，15-第三聚焦透镜，16-第三石英窗口片，18-第二个拉曼池，20-第四石英窗口片，21-第四聚焦透镜，22-分光棱镜组。图2为基于H2气体振动拉曼光683nm泵浦产生其转动拉曼光712nm的拉曼激光器输出光光谱图。具体实施方式详见附图1所示。由图可见，本发明基于气体振动拉曼光泵浦产生其转动拉曼光的拉曼激光器，包括：一台泵浦激光器1，一套可调谐泵浦光能量的分光系统2，第一个拉曼池8及其两端面法兰上各置直径30mm的第一石英窗口片6、第二石英窗口片10，安装在第一个拉曼池8上的充气阀门7及气压表9，放置第一拉曼池两端用于聚焦的第一聚焦透镜5及第二聚焦透镜11,一个对振动拉曼光高透且对第一束泵浦光高反的二向色镜12，一个接收剩余第一束泵浦光的能量垃圾桶13，一个对应为线偏振振动拉曼光波长的λ/4波片14，第二个拉曼池18及其两端面法兰上各置直径30mm的第三石英窗口片16、第四石英窗口片20，安装在第二个拉曼池18上的充气阀门17及气压表19，放置第二拉曼池两端用于聚焦的第三聚焦透镜15及第四聚焦透镜21，和一组分光棱镜22。其中，第一个拉曼池8和第二个拉曼池18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1800毫米和300毫米。具体地说，泵浦激光器1输出的泵浦光通过分光系统2调谐至适当能量，作为第一束线偏振泵浦光，通过第一高反镜3(R>99.5％)、第二高反镜4(R>99.5％)反射和第一聚焦透镜5(焦距为1000毫米)聚焦后经第一个拉曼池8的右侧入射窗口导入该拉曼池内，随之产生前向一级斯托克斯线偏振振动拉曼光。混合光经过第二聚焦透镜11(焦距为1000毫米)和二向色镜12(对线偏振振动拉曼光高透且对第一束线偏振泵浦光高反)后，在垂直传播方向分离出剩余的第一束泵浦光导入能量垃圾桶13；而线偏振振动拉曼光透过二向色镜12继续向前传播，再经过一个λ/4波片14转换为圆偏振振动拉曼光，并作为第二束圆偏振泵浦光。第二束圆偏振泵浦光经过第三聚焦透镜15(焦距为200毫米)再导入第二个拉曼池18，随之产生前向一级斯托克斯圆偏振转动拉曼光；最后通过第四聚焦透镜21(焦距为200毫米)和分光棱镜组22分光得到单一的圆偏振转动拉曼光。本发明实施例，采用美国ContinuumNd:YAG激光器倍频光532nm作为泵浦光，以高纯H2为受激拉曼散射介质，实现其前向一阶斯托克斯683nm振动拉曼光的产生并以其为第二束泵浦光再通过受激拉曼过程产生712nm转动拉曼光。第一个拉曼池8注入4.0MPa氢气，第二个拉曼池18注入2.0MPa氢气。按照上述的实验步骤进行基于H2气体振动拉曼光683nm泵浦产生其转动拉曼光712nm的拉曼激光器出光实验。实验过程中，Horiba光谱仪(HR320)用于探测分光棱镜出来的激光种类。图2给出了光谱仪探测到的各个拉曼激光输出波长。实验结果表明：基于H2气体振动拉曼光683nm(线偏振)泵浦较好地实现了其转动拉曼光712nm(圆偏振)的产生，即进一步说明通过使用该变频技术，可以实现某激光波长的级联变频。另外，图2给出的另外几个信号峰为氢气的反斯托克斯拉曼光，不影响上述对斯托克斯振动拉曼光和转动拉曼光的结果确认和分析。