一种输出可变遮拦比环形光束的拉曼激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光技术领域，更具体地是涉及一种拉曼激光器。
【背景技术】
[0002]激光晶体，例如Nd:YAG、Nd =YVO4等，以及气态工作物质例如C02、N2, Ar、He-Ne等体系可以用来产生激光束。通常激光器给出一个或者几个固定的波长，当需要其他波长时，就需要用到频移技术。拉曼激光器是一种包含了频移技术的激光器，最常见的是固体拉曼激光器，例如将激光晶体和拉曼频移晶体一同放置在激光谐振腔内组成腔内拉曼激光器，激光晶体和拉曼频移晶体也可以是同一块晶体。气体拉曼活性介质也可以用来制作拉曼激光器，相比固体它可以有更高的损伤阈值，但出光阈值也更高，因此更适合高能激光的受激拉曼变频。
[0003]通常的激光器产生的光束为高斯激光束，具有中心明亮边缘渐暗的光斑强度分布。这样的光强分布经常来自于稳定谐振腔。但是这样的结构，通常会有高阶横模的产生，影响到激光器的光束质量，从而影响到后续的应用。这时候需要采取手段来抑制高阶横模。而对于非稳定激光谐振腔，高阶横模通常难以存在。另外，在一些领域中，需要环形激光束而不是高斯激光束来发挥作用。
【发明内容】
[0004]针对上述的技术难题，本发明目标是提供一种输出可变遮拦比环形光束的拉曼激光器，用来解决气体，拉曼激光器出光阈值高的问题，同时提供高光束质量的环形激光束输出。
[0005]本发明由凹面反射镜一、激光晶体、二向色镜、拉曼池、凹面反射镜二和凹面反射镜三组成，凹面反射镜一和凹面反射镜二相对设置，构成一负支共焦非稳腔；共焦非稳腔中从凹面反射镜一至凹面反射镜二的光轴上依次放置有激光晶体、二向色镜和拉曼池。
[0006]凹面反射镜三设置于负支共焦非稳腔外侧，二向色镜与负支共焦非稳腔的光轴呈45度角摆放；凹面反射镜三与凹面反射镜二在二向色镜中的镜像组成另一共焦非稳腔。
[0007]进一步的，激光晶体接受侧向灯泵以在凹面反射镜一和凹面反射镜二之间产生激光振荡。
[0008]进一步的，拉曼池放置在凹面反射镜二光轴前方实焦点上，显然此处激光强度最强。
[0009]进一步的，二向色镜的光轴投影直径与凹面反射镜二相同，并且其对激光晶体产生的激光透明，而对拉曼池内拉曼介质产生的拉曼激光全反射。
[0010]进一步的，凹面反射镜三的焦距长于凹面反射镜一，其焦点显然也与凹面反射镜二的重合，而具体的焦距和镜面大小可以自由选择。
[0011]进一步的，产生的拉曼激光通过二向色镜边缘环形束输出，也可以加设45度刮刀镜来输出。
[0012]这些元件构成了 2个部分共用的、放大率不同的负支共焦非稳腔，泵浦激光在腔内振荡产生，并被聚焦在拉曼介质池中以达到拉曼激光发射阈值；拉曼激光通过负支共焦非稳腔输出环形光束，其外径内径比(遮拦比)可以通过凹面镜三与凹面镜二的曲率半径之比调节。本发明提供的激光器输出环形激光束，效率与腔内拉曼激光器类似，并且遮拦比可以调节，非常有利于通过发射望远镜进行远程传输。
[0013]本发明提供的输出可变遮拦比环形光束的拉曼激光器可以在相对较低的注入泵浦光条件下产生拉曼激光；腔内波长分束器使用了二向色镜，现在的介质膜二向色镜通常具有较大的损伤阈值，在lOOMff/cm2数量级。并且拉曼激光在共焦非稳腔中振荡并输出，其光束质量好，并且输出的环形激光束的外内径比(遮拦比)和输出激光束方向也可以调节。如果要增加腔内激光功率，输出脉冲激光，可以在泵浦光路中使用调Q开关，这里没有画出。
【附图说明】
[0014]图1:一种输出可变遮拦比环形光束的拉曼激光器:
[0015]图中1.凹面反射镜一 2.激光晶体3.二向色镜4.拉曼池5.凹面反射镜二
6.凹面反射镜三7.45度刮刀镜。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明的实施例做进一步的详细描述。
[0017]如图1所示，一种输出可变遮拦比环形光束的拉曼激光器，包括凹面反射镜一 1、激光晶体2、二向色镜3、拉曼池4、凹面反射镜二 5和凹面反射镜三6，其特征是:凹面反射镜一 I和凹面反射镜二 5相对设置，构成一负支共焦非稳腔；共焦非稳腔中从凹面反射镜一I至凹面反射镜二 5的光轴上依次放置有激光晶体2、二向色镜3和拉曼池4 ；
[0018]凹面反射镜三6设置于负支共焦非稳腔外侧，二向色镜3与负支共焦非稳腔的光轴呈45度角摆放；凹面反射镜三6与凹面反射镜二 5在二向色镜3中的镜像组成另一共焦非稳腔。
[0019]其具体的工作细节是，激光晶体2可以是Nd =YAG或者其他类型的激光晶体，也可以是气态的激光介质。当使用闪光灯或者激光等光源来泵浦激光晶体2，会在凹面反射镜一I和凹面反射镜二 5之间产生激光振荡。共焦非稳腔振荡模式为基模，光束质量好；并在拉曼池内形成实焦点，在未达到受激拉曼阈值时，由于泵浦光的振荡放大作用，拉曼池内的实焦点的泵浦光功率密度不断增加，直到达到受激拉曼阈值实现转化。泵浦光所在的共焦非稳腔的放大率应该尽量接近I，这样可以减小共焦非稳腔的几何损耗，提高焦点处的功率密度，从而提高拉曼转化率。虽然该项的几何损耗可以写为1-1/ΜΛ但是该腔的实际损耗远大于这个值，主要原因在于泵浦光在振荡扩散的同时不断的实现受激拉曼转化，当扩束到极限口径时，已经有相当比例的泵浦光转化为拉曼光。
[0020]进一步，拉曼池4中含有拉曼介质，它可以是气体，例如氢气、氘气、氧气、烷烃或者混合气体等；拉曼光的波长和泵浦拉曼池4的腔内激光具有不同的波长，通过选择合适的镀膜让二向色镜3对泵浦光高透、对拉曼光高反射率，这样，拉曼光在凹面反射镜三6、凹面反射镜二 5与二向色镜3构成负支共焦非稳腔内振荡；同时保证泵浦光与拉曼光在凹面反射镜二 5与二向色镜3之间的区域尽量地重合。泵浦光在凹面反射镜一I和凹面反射镜二 5之间振荡，并且功率密度不断提高，当达到受激拉曼阈值，产生的受激拉曼光在凹面反射镜三6、凹面反射镜二 5与二向色镜3之间形成的腔内振荡，并扩束，最终被45度刮刀镜7刮出。输出光斑的形状为环形光斑。
[0021]在实际的应用中可能需要不同遮拦比外径/内径的环形，通过灵活设置凹面反射镜三6，改变其焦距以及位置，就可以改变输出环形激光束的遮拦比，以方便后续的应用。
[0022]为了增加光腔内泵浦激光的强度，可以使用调Q开关，在附图中并没有画出，实际的制作可以将其设置在激光晶体的附近。
[0023]本实施例仅仅是为了让本专业人员更详细具体地了解本专利的内容，不能以此限制本专利的权利要求范围。
【主权项】
1.一种输出可变遮拦比环形光束的拉曼激光器，包括凹面反射镜一(I)、激光晶体(2)、二向色镜(3)、拉曼池(4)、凹面反射镜二(5)和凹面反射镜三(6)，其特征是:凹面反射镜一(I)和凹面反射镜二(5)相对设置，构成一负支共焦非稳腔；共焦非稳腔中从凹面反射镜一(I)至凹面反射镜二(5)的光轴上依次放置有激光晶体(2)、二向色镜(3)和拉曼池(4)；凹面反射镜三(6)设置于负支共焦非稳腔外侧，二向色镜(3)与负支共焦非稳腔的光轴呈45度角摆放；凹面反射镜三(6)与凹面反射镜二(5)在二向色镜(3)中的镜像组成另一共焦非稳腔。2.按照权利要求1所述的输出可变遮拦比环形光束的拉曼激光器，其特征是:在凹面反射镜三(6)与二向色镜(3)间设有45度刮刀镜(7)，共焦非稳腔产生的拉曼激光通过45度刮刀镜(7)来输出。3.按照权利要求1所述的输出可变遮拦比环形光束的拉曼激光器，其特征是，在凹面反射镜一⑴和二向色镜⑶之间放置激光晶体(2)，其口径为D，且其距离二向色镜(3)焦点距离比二向色镜⑶更远。4.按照权利要求1所述的输出可变遮拦比环形光束的拉曼激光器，其特征是:拉曼池(4)放置在凹面反射镜二(5)光轴前方实焦点上。5.按照权利要求1所述的输出可变遮拦比环形光束的拉曼激光器，其特征是:二向色镜(3)为与光轴呈45度角放置，其有效区光轴投影为圆形，直径与凹面反射镜二(5)相同，并且其对激光晶体(2)产生的激光透明，而对拉曼池(4)内拉曼介质产生的拉曼激光全反射。6.按照权利要求1所述的输出可变遮拦比环形光束的拉曼激光器，其特征是:凹面反射镜一(I)的焦距长于凹面反射镜二(5)，其焦点也与凹面反射镜二(5)的重合，形成的放大率为Ml的共焦非稳腔；并且放大率Ml取值在1.05-1.2之间。7.按照权利要求1所述的输出可变遮拦比环形光束的拉曼激光器，其特征是:凹面反射镜三(6)的焦距长于凹面反射镜一(I)，其焦点也与凹面反射镜二(5)的重合，形成放大率为M2的共焦非稳腔。8.按照权利要求7所述的输出可变遮拦比环形光束的拉曼激光器，其特征是:所述的45度刮刀镜(7)距离焦点的光程小于凹面镜二(5)到焦点的光程。9.按照权利要求7所述的输出可变遮拦比环形光束的拉曼激光器，其特征是:所述的45度刮刀镜(7)的通光口径为与激光晶体的直径相同(为D)，输出环形光斑的外径为DXM2，空心部分直径为D。
【专利摘要】本发明公开了一种输出可变遮拦比环形光束的拉曼激光器，包括反射镜一、激光晶体、二向色镜、拉曼池、反射镜二、反射镜三、刮刀镜；这些元件构成了2个部分共用的、放大率不同的负支共焦非稳腔，泵浦激光在腔内振荡产生，并被聚焦在拉曼介质池中以达到拉曼激光发射阈值；拉曼激光通过负支共焦非稳腔输出环形光束，其外径内径比(遮拦比)可以通过凹面镜三与凹面镜二的曲率半径之比调节。本发明提供的激光器输出环形激光束，效率与腔内拉曼激光器类似，并且遮拦比可以调节，非常有利于通过发射望远镜进行远程传输。
【IPC分类】H01S3/081, H01S3/30
【公开号】CN105305222
【申请号】CN201410363668
【发明人】盖宝栋, 周冬建, 郭敬为, 刘金波, 桑凤亭, 金玉奇
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2014年7月28日