一种混合气体4μm中红外波段拉曼激光输出装置

一种混合气体4
μ
m中红外波段拉曼激光输出装置
技术领域
1.本发明涉及非线性激光变频技术领域，具体而言，尤其涉及一种混合气体4μm中红外波段拉曼激光输出装置。


背景技术：

2.3-5μm的中红外波段激光在医疗学科、大气探测、光电对抗以及有机物检测等领域有着重要的应用价值。通过受激拉曼散射的手段，可以实现激光频率下转换产生中红外波段的拉曼激光。同时，以高损伤阈值、大拉曼频移的气体作为拉曼活性介质，并选择合适的泵浦激光波长，可以实现高峰值功率的中红外拉曼激光输出，该技术已经被证明是一种产生中红外激光的有效手段。
3.为了充分利用气体的受激拉曼散射构建高转化效率的拉曼激光器，可在拉曼池内混入多组分的拉曼活性气体，用一束激光泵浦拉曼池，同时产生多条拉曼谱线的转化。利用混合气体进行受激拉曼转化可实现多波长激光输出，有效提高拉曼转化效率，通过内部四波混频效应还可降低级联拉曼转化的阈值，并且具有易于操作、成本低、易调整等优点。


技术实现要素：

4.本发明以高峰值功率的1064nm固体调q脉冲激光作为泵浦源，泵浦双组分拉曼活性气体混合气体，发生受激拉曼散射，泵浦激光光子与双组分拉曼活性气体各自产生的一节斯托克斯光子发生四波混频作用，产生了中红外波段种子光，并在拉曼池中进行受激拉曼放大，从而输出中红外拉曼激光。
5.本发明采用的技术手段如下：
6.一种混合气体4μm中红外波段拉曼激光输出装置，包括：
7.4μm中红外波段拉曼光产生系统，包括调q脉冲固体激光器、二分之一波片、偏振分光立方体、平凸透镜和拉曼池；所述调q脉冲固体激光器用以输出高峰值功率的1064nm泵浦激光；所述二分之一波片和所述偏振分光立方体用以调整泵浦激光的偏振状态为线偏光；所述平凸透镜用以将泵浦激光聚焦到所述拉曼池中心位置；所述拉曼池用以接受泵浦激光，产生受激拉曼散射，输出中红外拉曼光；所述拉曼池内填充的拉曼活性气体为氢气与氘气的混合气体或者氢气与甲烷的混合气体；填充的拉曼活性气体为氢气与氘气的混合气体时，可输出4.4μm的中红外波段拉曼激光；填充的拉曼活性气体为氢气与甲烷的混合气体时，可输出4.3μm的中红外波段拉曼激光；
8.4μm中红外波段拉曼光分离输出系统，包括棱镜和激光选择挡板；由所述拉曼池中所产生的4μm中红外波段拉曼光经过所述棱镜后与泵浦光和其他拉曼光分离输出，后经过所述激光选择挡板将其他波长的激光阻挡，选择输出4μm中红外波段拉曼光。
9.进一步地，所述拉曼池是一个两端分别设置激光出射窗口和激光入射窗口的中空密闭腔室，内部填充拉曼活性气体；所述入射窗口为石英窗口，镀有1064nm高透膜；所述出射窗口为氟化钙窗口。
10.进一步地，所述调q脉冲固体激光器输出泵浦激光峰值功率大于1mw。
11.进一步地，所述拉曼池中装有的混合气体气压可调，各组分拉曼活性气体分压在0.1mpa
–
5mpa之间可调。
12.进一步地，所述棱镜为氟化钙材质棱镜，可为三棱镜或佩林布洛卡棱镜，用以分离所需中红外拉曼激光与泵浦光和其他拉曼光。
13.进一步地，所述激光选择挡板为中间带有方孔的长方形板，所述激光选择挡板的厚度为5mm-10mm；所述激光选择挡板采用聚四氟乙烯制成，用以分离输出4μm中红外波段拉曼光。
14.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
15.1、本发明利用双组分拉曼活性气体在拉曼池中所产生的一阶斯托克斯光子与泵浦光光子发生四波混频作用，生成中红外波段种子光，有效地降低了中红外波段拉曼光的产生阈值，并在拉曼池内实现受激拉曼放大，可实现高效率的中红外拉曼光输出。
16.2、本发明利用混合气体进行受激拉曼散射输出4μm中红外波段拉曼光，实验装置更为简易，方便操作，成本较低，且易调整。
17.3、本发明通过选用不同组分的拉曼活性介质可实现不同波长的中红外拉曼光输出，当拉曼池中填充的拉曼活性气体为氢气与氘气的混合气体时，可输出4.4μm的中红外波段拉曼激光；当拉曼池中填充的拉曼活性气体为氢气与甲烷的混合气体，可输出4.3μm的中红外波段拉曼激光。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明所述混合气体4μm中红外波段拉曼激光输出装置结构示意图。
20.图中：1、调q脉冲固体激光器；2、二分之一波片；3、偏振分光立方体；4、平凸透镜；5、拉曼池；6、棱镜；7、激光选择挡板。
具体实施方式
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
22.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
24.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
25.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
26.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
27.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
28.实施例1
29.如图1所示，本发明提供了一种混合气体4μm中红外波段拉曼激光输出装置，包括：
30.4μm中红外波段拉曼光产生系统，包括调q脉冲固体激光器1、二分之一波片2、偏振分光立方体3、平凸透镜4和拉曼池5；所述调q脉冲固体激光器1用以输出高峰值功率的1064nm泵浦激光；所述二分之一波片2和所述偏振分光立方体3用以调整泵浦激光的偏振状态为线偏光；所述平凸透镜4用以将泵浦激光聚焦到所述拉曼池中心位置；所述拉曼池5用以接受泵浦激光，产生受激拉曼散射，输出中红外拉曼光；所述拉曼池5内填充的拉曼活性气体为氢气与氘气的混合气体，可输出4.4μm的中红外波段拉曼激光；
31.4μm中红外波段拉曼光分离输出系统，包括棱镜6和激光选择挡板7；由所述拉曼池中所产生的4μm中红外波段拉曼光经过所述棱镜6后与泵浦光和其他拉曼光分离输出，后经过所述激光选择挡板7将其他波长的激光阻挡，选择输出4μm中红外波段拉曼光。
32.进一步地，所述拉曼池5是一个两端分别设置激光出射窗口和激光入射窗口的中空密闭腔室，内部填充拉曼活性气体；所述入射窗口为石英窗口，镀有1064nm高透膜，所述
高透膜对1064nm激光的透射率高于99％；所述出射窗口为氟化钙窗口，对3-5μm中红外波段激光透射率高于95％。
33.进一步地，所述调q脉冲固体激光器1输出1064nm波长的脉冲激光作为泵浦激光，且输出泵浦激光峰值功率大于1mw。
34.进一步地，所述拉曼池5中装有的混合气体气压可调，各组分拉曼活性气体分压在0.1mpa
–
5mpa之间可调。
35.进一步地，所述棱镜6为氟化钙材质棱镜，对4-5μm中红外波段激光透射率高于95％，可为三棱镜或佩林布洛卡棱镜，用以分离所需中红外拉曼激光与泵浦光和其他拉曼光。
36.进一步地，所述激光选择挡板7为中间带有方孔的长方形板，所述激光选择挡板7的厚度为5mm-10mm；所述激光选择挡板7采用聚四氟乙烯或其他耐激光毁伤的材料制成，用以分离输出4μm中红外波段拉曼光。
37.在本实施例中，以调q脉冲固体激光器1输出的1064nm的泵浦激光光路为参照，依次放置二分之一波片2、偏振分光立方体3、平凸透镜4、拉曼池5、棱镜6和激光选择挡板7。调q脉冲固体激光器1输出的1064nm泵浦激光，经过二分之一波片2、偏振分光立方体3后调整泵浦激光的偏振状态为线偏光；而后泵浦光由平凸透镜4聚焦到拉曼池5中心位置，拉曼池5中装有氢气与氘气的混合气体，产生受激拉曼散射效应。
38.拉曼池5中，1064nm泵浦激光泵浦氢气产生1907nm的一阶斯托克斯拉曼光，1064nm泵浦激光泵浦氘气产生1560nm的一阶斯托克斯拉曼光，1064nm的泵浦光光子与1907nm的氢气一阶斯托克斯拉曼光光子和1560nm的氘气一阶斯托克斯拉曼光光子发生四波混频作用，产生4.4μm的中红外波段种子光，并在拉曼池5内经过受激拉曼放大，输出4.4μm的中红外波段拉曼激光。
39.由拉曼池5中所产生的4.4μm中红外波段拉曼光经过棱镜6后与泵浦光和其他拉曼光分离输出，后经过激光选择挡板7将其他波长的激光阻挡，选择输出4.4μm中红外波段拉曼光。
40.实施例2
41.本实施例与实施例1的区别仅在于所述拉曼池内填充的拉曼活性气体为氢气与甲烷的混合气体，可输出4.3μm的中红外波段拉曼激光。
42.拉曼池5中，1064nm泵浦激光泵浦氢气产生1907nm的一阶斯托克斯拉曼光，1064nm泵浦激光泵浦甲烷产生1543nm的一阶斯托克斯拉曼光，1064nm的泵浦光光子与1907nm的氢气一阶斯托克斯拉曼光光子和1543nm的甲烷一阶斯托克斯拉曼光光子发生四波混频作用，产生4.3μm的中红外波段种子光，并在拉曼池5内经过受激拉曼放大，输出4.3μm的中红外波段拉曼激光。
43.由拉曼池5中所产生的4.3μm中红外波段拉曼光经过棱镜6后与泵浦光和其他拉曼光分离输出，后经过激光选择挡板7将其他波长的激光阻挡，选择输出4.3μm中红外波段拉曼光。
44.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。