[发明专利]一种降低氢气受激拉曼散射阈值的方法

说明书

技术领域

本发明涉及受激拉曼散射，特别是一种降低氢气受激拉曼散射阈值的方法。

背景技术

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。其中，气体拉曼介质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（大拉曼频移）和窄拉曼线宽等优点，因此气体受激拉曼散射得到了人们广泛深入的研究。常用的气体拉曼介质有H₂，CH₄，O₂和N₂等。

由于氢气具有最大的拉曼频移，散射截面大，增益大且损伤阈值高，所以氢气的受激拉曼散射是被研究最多的几种气体介质之一。采用氢气介质实现传统的激光受激拉曼变频的方法主要是：泵浦激光器输出的泵浦光经过透镜聚焦，导入充满氢气拉曼介质的拉曼池内发生受激拉曼散射过程，产生斯托克斯拉曼光，然后再通过准直透镜、棱镜分光得到受激拉曼光。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激光功率密度可以达到受激拉曼散射阈值，也就是说只有在此区域内才可以发生受激拉曼散射实现对泵浦光的频率转换。这就意味着传统的氢气受激拉曼散射阈值会比较高。这里值得指出的是，受激拉曼散射阈值与泵浦光波长的立方成反比，且波长越长增益越小，受激拉曼散射阈值就会越大，受激过程就越难发生。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述困难，提供了一种降低氢气受激拉曼散射阈值的方法，能够有效明显地降低氢气拉曼阈值。

本发明的技术解决方案如下：

一种降低氢气受激拉曼散射阈值的方法，其特征在于它是通过在拉曼池中心轴线上放置一根毛细波导管来实现的。

其中，所述的拉曼池内的毛细波导管一端在聚焦透镜的焦点处，为泵浦光的注入端；另一端在拉曼池窗口前，为拉曼光的输出端。

其中，所述的泵浦光通过聚焦透镜聚焦后是以掠入射方式导入并被束缚在毛细波导管内。

其中，所述的拉曼池内的毛细波导管为内径为1毫米的石英玻璃管。

其中，所述的降低氢气受激拉曼散射阈值的方法的拉曼装置包括：一台泵浦激光器，一个聚焦透镜，一个拉曼池，一根放置在拉曼池中心轴线上的毛细波导管，两片二相色镜分光系统；泵浦激光器输出的泵浦光通过聚焦透镜聚焦后经入射窗口导入充满拉曼介质的拉曼池；拉曼池中心轴线上放置的毛细波导管一端在聚焦透镜的焦点处，泵浦光以掠入射形式进入并被束缚在该毛细波导管内，发生受激拉曼散射过程；最后，从毛细波导管另一端输出的拉曼光通过两片二相色镜分光系统把剩余的泵浦光P和受激拉曼光S1分开。

其中，所述的拉曼池为筒状结构，其中心轴线通过的二端面分别为入射窗口和出射窗口，入射窗口和出射窗口处分别设有第一石英窗口片和第二石英窗口片。

其中，所述的两片二相色镜分光系统均为对泵浦光高反且对拉曼光高透，结构为光路上串联。

对于稳态受激拉曼散射过程，在小信号增益条件下（即可忽略泵浦光强的损耗），受激拉曼光增长满足：

I_s(z)=I_s(0)exp(gI_pz)

其中：I_s(z)为作用后的受激拉曼光，I_s(0)为自发拉曼种子光，g为稳态增益系数，I_p为泵浦光功率密度，z为拉曼光和泵浦光相互作用长度。上式表明受激拉曼光与泵浦光功率密度I_p和相互作用长度z成指数增长关系。

值得指出的是，泵浦光通过透镜聚焦后以掠入射的方式导入毛细波导管管口，即入射角（气体的光疏介质到石英的光密介质）趋近90°，则泵浦光（无论是P分量还是S分量）的反射率趋近100%。由于毛细波导管内径为1毫米，泵浦光的反射光仍被束缚在波导管内，继续发生多次几乎100%反射过程直到最后输出，因此泵浦光在该波导管内传输损耗非常小。

因此，与传统的不含毛细玻璃管拉曼池内的受激拉曼散射相比，本发明的含毛细玻璃管拉曼池内的受激拉曼散射有如下优点：

1）、泵浦光通过聚焦后以掠入射方式导入并被束缚在该毛细波导管，使得管内的泵浦光功率密度得到很大的提高，有利于拉曼光的产生；

2）、泵浦光被束缚在该毛细波导管内，使得拉曼光和泵浦光相互作用长度比传统受激拉曼的长度更长，因此受激拉曼光更容易增长，即受激拉曼阈值会更低。

附图说明

图1为本发明降低氢气受激拉曼散射阈值的方法的拉曼装置示意图。