本發(fā)明為內(nèi)腔拉曼激光變頻的腔內(nèi)氣體拉曼激光器，利用氣體介質(zhì)的轉(zhuǎn)動拉曼效應(yīng)來實現(xiàn)激光的頻率變化。

背景技術(shù)：
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受激拉曼技術(shù)是實現(xiàn)對高峰值功率脈沖激光器的激光變頻的重要技術(shù)。一般的拉曼變頻的工作介質(zhì)有固體、液體和氣體。固體拉曼的工作介質(zhì)的濃度高，所以增益和轉(zhuǎn)化率高，所以被人們廣泛研究，但是它也存在著一些問題：損傷閾值低，不容易實現(xiàn)高功率輸出。液體拉曼介質(zhì)通常不穩(wěn)定。而氣體拉曼的損傷閾值相對來說非常高，容易實現(xiàn)大功率輸出。現(xiàn)在研究非常多的氣體拉曼通常是利用如N₂，H₂，O₂和CH₄等氣體的振動拉曼平移來實現(xiàn)變頻，通常是能夠?qū)崿F(xiàn)較大波長的移動。而本技術(shù)是利用H₂的轉(zhuǎn)動拉曼原理來實現(xiàn)較小的波長移動。

目前氣體拉曼頻移的方法主要有兩種，第一種是采用外腔法，就是將拉曼池放于成熟激光器的腔外，基頻光經(jīng)過聚焦，在焦點附近可以達(dá)到很高的功率密度從而達(dá)到受激拉曼的閾值。但是這樣的結(jié)構(gòu)的弊端是變頻的有效區(qū)域比較短，拉曼轉(zhuǎn)化率低。

另外一種方式是采用拉曼諧振腔，將拉曼池放在激光諧振腔里。這樣基頻光和拉曼光多次經(jīng)過拉曼池子，增加了基頻光和拉曼介質(zhì)作用的長度，從而降低了受激拉曼的閾值。

現(xiàn)在很多研究都是利用N₂，H₂，O₂和CH₄等氣體的振動拉曼平移來實現(xiàn)較大波長的移動，但是對于較小波長的移動還比較少，但是相對于振動拉曼來說，轉(zhuǎn)動拉曼要求的閾值更加高，所以采用了近共心穩(wěn)定腔的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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針對氣體拉曼介質(zhì)，為了降低受激拉曼閾值，提出了既保證基頻光介質(zhì)模體積，又能夠在拉曼池中獲得比較小的光斑的雙凹近共焦穩(wěn)定腔的光腔結(jié)構(gòu)。

對于轉(zhuǎn)動拉曼，圓偏振的光相對于線偏振具有更加高效的激發(fā)概率，所以本發(fā)明中采用了一些特殊的光腔設(shè)計，使得通過拉曼 池的基頻光都是圓偏振光。

本發(fā)明的光腔包括左右相向放置的基頻激光全反的平凹鏡，從左往右依次排布一個偏振片，基頻激光介質(zhì)，基頻激光Q單元(打開相當(dāng)于λ/4波片)，基頻光高透、拉曼光高反的二相色鏡，拉曼池，基頻光、拉曼光λ/4波片和對于基頻光全反、拉曼光透過率為T的平凹鏡。在二相色鏡的一側(cè)依次排布拉曼光λ/4波片和一個拉曼光全反的平凹鏡。偏振片，YAG激光晶體和泵浦源，基頻激光Q單元，二相色鏡，拉曼池，λ/4波片都在兩個平凹鏡的中心連線上排布。拉曼光λ/4波片，和拉曼光全反平凹鏡的連心線和前者垂直放置。

基頻激光的束腰位于拉曼池內(nèi)，兩個平凹鏡片之間的距離稍小于兩個腔鏡的曲率半徑之和，這符合穩(wěn)定腔的條件，而且束腰的半徑較小使得功率密度變大，這可以有效的降低拉曼轉(zhuǎn)化閾值和提高拉曼轉(zhuǎn)化效率。與此同時，基頻介質(zhì)處的光束半徑大，這有利于提高基頻激光介質(zhì)的利用率。同時二相色鏡到拉曼光高反平凹鏡和基頻光高反平凹鏡的距離相同，而且拉曼高反和基頻光高反平凹鏡的曲率半徑相同。

該拉曼激光器采用氣體拉曼介質(zhì)，通常為氫氣。將氫氣置于封閉的拉曼池中，拉曼池的兩端鍍有基頻光和拉曼光高透膜的窗口，窗口的中心位于兩個平凹鏡中心的連線上。因為氣體拉曼的激光損傷閾值大，所以本激光器可以實現(xiàn)高光學(xué)均勻度，大功率密度的激光輸出。

在基頻激光Q單元和拉曼池之間放置的二相色鏡使得基頻和拉曼諧振腔分開，由左右方向的兩個平凹鏡組成了基頻諧振腔，由正下方和右邊的平凹鏡組成了拉曼諧振腔。

本發(fā)明當(dāng)基頻激光Q單元關(guān)閉的情況下基頻光經(jīng)過兩次λ/4波片后到達(dá)偏振片時偏振正好轉(zhuǎn)了π/2，這樣導(dǎo)致基頻光不會在諧振腔里面起振放大，從而實現(xiàn)上能級粒子數(shù)的積累。在基頻激光Q單元打開的情況下，基頻光由線偏振經(jīng)過基頻激光Q單元變成圓偏振，再經(jīng)過λ/4波片又變成線偏振。經(jīng)過右側(cè)的平凹鏡反射再次經(jīng)過λ/4波片變成圓偏振。這樣在基頻光經(jīng)過拉曼池的時候都能保證基頻光為圓偏振，有利于實現(xiàn)氫氣的轉(zhuǎn)動受激拉曼，同時當(dāng)基頻光再次經(jīng)過偏振片時，相位恰好延遲了2π從而可以低損耗地通過偏振片，實現(xiàn)基頻激光的起振和迅速放大。

本發(fā)明的近共心穩(wěn)定腔可以減小腔鏡失調(diào)造成的光斑畸變的風(fēng)險，使得光腔調(diào)節(jié)難度降低，提高本激光器的穩(wěn)定性。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的激光器的結(jié)構(gòu)圖。圖中：1-基頻激光平凹全反鏡，2-偏振片，3-YAG激光晶體和泵浦源，4-基頻激光調(diào)Q單元(打開相當(dāng)于基頻光λ/4波片)，5-二相色鏡(基頻光高反，拉曼光高透)，6-拉曼池，7-基頻光、拉曼光λ/4波片，8-基頻光全反、拉曼光透射率為T的平凹鏡，9-拉曼光λ/4波片，10-拉曼光平凹全反鏡。

附圖2是本發(fā)明中的近共心穩(wěn)定腔在工作狀態(tài)下基頻、拉曼激光在腔內(nèi)的光路圖。圖中：1-基頻激光平凹全反鏡，2-偏振片，3-YAG激光晶體和泵浦源，4-基頻激光調(diào)Q單元(打開相當(dāng)于基頻光λ/4波片)，5-二相色鏡(基頻光高反，拉曼光高透)，6-拉曼池，7-基頻光、拉曼光λ/4波片，8-基頻光全反、拉曼光透射率為T的平凹鏡，9-拉曼光λ/4波片，10-拉曼光平凹全反鏡。其中實線部分表示基頻光光場的分布，虛線表示拉曼光在諧振腔中的振蕩和輸出情況。

具體實施方式

詳見附圖1。本發(fā)明中2-7光學(xué)元件都在腔鏡1，8中心的連線上，5、9、10中心的連線垂直于前者。鍍有基頻光高反的平凹鏡1在整個激光器光腔的最左邊。在1的右邊是偏振片2，在偏振片2的右邊是基頻激光介質(zhì)以及其泵浦源3，3的右邊是調(diào)Q單元4，4的右邊是基頻光高透，拉曼光高反的二相色鏡5，5的右邊是充滿拉曼氣體的拉曼池6，拉曼池6的右邊是λ/4波片7(基頻光、拉曼光)，λ/4波片7的右邊是基頻光高反，拉曼光透射率為T的平凹鏡8。位于二相色鏡5的正下方是拉曼光λ/4波片9，在9的正下方是拉曼光高反的平凹反射鏡10。

本激光器中平凹鏡1，8的距離略小于這兩個平凹鏡半徑R₁(平凹鏡1)和R₂(平凹鏡8)之和。平凹鏡8，10之間的距離(拉曼諧振腔)和經(jīng)過光學(xué)元件折射率修正后的平凹鏡1，8之間的距離相等。平凹鏡8和10的曲率半徑都是R₂。平凹反射鏡1，8都是基頻激光高反，這構(gòu)成了基頻光諧振腔；最右邊的平凹鏡8、二相色鏡5以及平凹反射鏡10構(gòu)成了拉曼光的子諧振腔?；l激光在平凹反射鏡1，8之間的近共心穩(wěn)定腔里振蕩，拉曼激光在平凹鏡8、二相色鏡5和平凹鏡10組成的近共心穩(wěn)定腔里振蕩。基頻激光的束腰在拉曼池的中心，這使得基頻光在拉曼池中心處的功率達(dá)到最大從而達(dá)到降低拉曼轉(zhuǎn)化閾值的目的?；l激光介質(zhì)位于穩(wěn)定腔的左邊，這里的基頻激光的光束半徑較大從而可以更 有效地利用基頻激光介質(zhì)，提高基頻激光的能量密度。

本發(fā)明的施例是采用氙燈泵浦YAG激光介質(zhì)產(chǎn)生基頻光，以H₂充滿拉曼池作為拉曼介質(zhì)實現(xiàn)拉曼光輸出，基頻光1064nm，期望的拉曼激光波長為1135nm，所以平凹鏡1是對1064nm的高反鏡，基頻激光Q單元4打開相當(dāng)于1064nm的λ/4波片，9為拉曼光的λ/4波片，7為對于拉曼光和基頻光均有效的λ/4波片，二相色鏡5是1064nm高透、1135nm高反的鏡片，平凹鏡8鍍有1064nm高反，1135nm透過率為T的膜系。這樣1064nm的基頻光在平凹鏡1和平凹鏡8之間振蕩，氣體拉曼介質(zhì)H₂在1064nm的基頻光下產(chǎn)生1135nm的拉曼光在平凹鏡10-二相色鏡5-輸出耦合鏡8之間振蕩，最終在平凹鏡8輸出?；l光的光腔長度等于拉曼光光腔長度都記為L，平凹鏡1和平凹鏡10的曲率半徑相等記為R₁，平凹鏡8的曲率半徑記為R₂，他們的關(guān)系為L＝R₁+R₂+a。實驗表明當(dāng)1064nm的基頻光內(nèi)功率為10⁵w量級時，腔內(nèi)持續(xù)時間為30-40ns時，輸出耦合率為30％-70％的情況下，拉曼光的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了20-30％。