[发明专利]一种基频光种子注入的窄线宽内腔拉曼激光器

说明书

本发明公开了一种基频光种子注入的窄线宽内腔拉曼激光器，包括：激光增益介质吸收泵浦光，形成粒子数反转产生激光增益，在谐振腔反射镜、谐振腔折叠镜和输出镜构成的激光谐振腔正反馈作用下形成1064nm基频激光振荡；基频激光种子源发射1064nm的单频种子光，通过隔离器并经过种子光耦合透镜聚焦、分束镜反射后耦合进入激光谐振腔；单频种子光高效耦合进入激光谐振腔，实现种子注入；1064nm基频激光经过激光增益介质和拉曼增益介质时产生拉曼增益，当拉曼增益大于谐振腔反射镜、谐振腔折叠镜和输出镜构成的斯托克斯光谐振腔损耗后，发生受激拉曼散射，在斯托克斯光谐振腔内形成稳定的1176nm斯托克斯光振荡。

技术领域

本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种基频光种子注入的窄线宽内腔拉曼激光器。

背景技术

受激拉曼散射(SRS)是重要的非线性光学频率变换技术之一，基于SRS的拉曼激光器具有自动相位匹配(automatic phase matched)特性和光束净化(beam cleanup)特性，易于获得高光束质量的稳定输出，在紫外、可见光、近红外至中红外波段光源中均有应用。特别是内腔拉曼激光器，包括：自拉曼激光器，具有结构简单紧凑、成本经济等优点，是近年来激光技术领域的研究热点，应用也较为广泛。

现有技术中的内腔拉曼激光器在高功率运转状态下存在基频光光谱展宽、影响SRS转换效率的问题：SRS过程中能量由基频激光场向斯托克斯光场的耦合相当于对基频激光的非线性损耗，激光发射峰附近光强较强处SRS较强，因而损耗较大，而光强较弱处耦合较弱，即损耗较小，这样相当于基频激光的实际净增益线型相对于其本身受激发射截面线型发生了展宽，甚至于中心产生凹陷的情况，从而导致原本被增益竞争抑制的纵模开始起振，基频激光的光谱展宽，其激发的斯托克斯光也相应发生展宽的现象。在Opt.Express 15(11),7038–7046(2007)和Appl.Phys.B94(4),553–557(2009)等文献中均报道观察到了明显的基频光线宽展宽现象。

当基频光线宽加宽至可与拉曼增益线宽相比拟时，拉曼激光器实际的有效拉曼增益系数g_eff并不是拉曼增益介质本身的稳态拉曼增益系数g_R，而是g_R和介质的归一化自发拉曼散射线宽R(ν)、归一化基频激光线型F(ν)、归一化斯托克斯光线型S(ν)共同决定的。对于非线性增益对基频光产生等效损耗，导致基频光线宽展宽的情况，基频光的光谱线型F(ν)及其所激发的斯托克斯光的光谱线型S(ν)均不是理想的洛伦兹线型，此时的有效拉曼增益系数可表示为：

g_eff＝g_R∫[R(ν)*F(ν)]S(ν)dν

从该公式可以看出基频光线宽的展宽会导致有效拉曼增益系数的g_eff的下降，从而影响拉曼激光器的转换效率。Opt.Express 22(7),7492–7502(2014)中，为克服这一问题，采用了基频光谐振腔和斯托克斯光谐振腔部分分离的复合腔结构，在基频光谐振腔内插入两块标准具以压窄基频光线宽，从而提高SRS转换效率的技术方法。

该方法尽管实现了激光器整体效率的提升，但由于腔内插入多个元件，插入损耗无可避免，且插入元件所需要的空间使得谐振腔的设计非常繁复。

发明内容

本发明提供了一种基频光种子注入的窄线宽内腔拉曼激光器，本发明解决了现有内腔拉曼激光器高功率下基频光线宽加宽导致有效拉曼增益系数g_eff下降，影响拉曼激光器转换效率的问题，详见下文描述：

一种基频光种子注入的窄线宽内腔拉曼激光器，包括：

激光增益介质吸收泵浦光，形成粒子数反转产生激光增益，在谐振腔反射镜、谐振腔折叠镜和输出镜构成的激光谐振腔正反馈作用下形成1064nm基频激光振荡；