[发明专利]一种非对称式流动气体受激拉曼散射变频装置

说明书

本发明涉及拉曼激光技术领域，具体地说是一种非对称式流动气体受激拉曼散射变频装置，其中气体循环主管路为密闭管路且一侧为气流驱动段、另一侧为通光段，气流驱动段设有气流驱动装置，通光段一端与输入导光臂同轴连接、另一端与输出导光臂同轴连接，且输入导光臂位于通光段外侧一端设有激光输入腔镜、位于通光段内部一端设有输入隔离光学窗，输出导光臂连接通光段一端设有向外倾斜的输出隔离光学窗、远离通光段一端设有激光输出腔镜，气体循环主管路一端设有导流平衡管与输出导光臂连通。本发明使拉曼介质循环流动且通光段保持较好的层流状态，既保证散热，也减少激光光路偏折畸变等情况，可用于大功率或较高重复频率激光的拉曼变频。

技术领域

本发明涉及拉曼激光技术领域，具体地说是一种非对称式流动气体受激拉曼散射变频装置。

背景技术

受激拉曼散射技术是一种常见的激光变频方法，其优点在于装置设计简单，调试便捷，可以选择的受激拉曼介质多样，不同的拉曼介质对泵浦激光的光谱移动范围不同，如固体可以产生几十几百个波数的移动，而气体拉曼介质可以产生上千个波数的频移，所以使用拉曼变频的变换跨度比较大，可变波长丰富。目前常用的拉曼介质有晶体(如：金刚石，SrWO₄)、液体(如：H₂O，CS₂，C₆H₆)和气体(如：H₂，CH₄)，其中气体拉曼介质所产生的受激拉曼频移大，损伤阈值低，可用于大功率激光的波长变换，因此在多个领域获得了广泛应用。

在采用气体介质的拉曼变频装置中，激光聚焦位置处产生的热效应可以随着气体分子的运动而扩散，因此可以在一定的重复频率范围内保持拉曼变频装置的性能稳定。但是当受激拉曼变频过程中产生的热量较多或者使用的激光重复频率较高时，在激光聚焦位置处产生的热量就可能无法及时扩散出去，因此导致拉曼变频效率下降、光束漂移或者产生热畸变等不良后果，其原因包括热效应导致的拉曼池内气体密度不均匀(如热透镜效应)，或者温度不一导致的气体分子无序流动产生局部涡流等。这导致受激拉曼散射变频装置只能工作在较低的重复频率，或者无法适用于较大功率激光的拉曼变频。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非对称式流动气体受激拉曼散射变频装置，使拉曼介质循环流动且流动管路中的通光段保持较好的层流状态，在保证有效散热的同时，也减少气流不均匀或涡流导致的泵浦激光和拉曼激光的光路偏折畸变等情况，使发明可以用于大功率或较高重复频率激光的拉曼变频。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种非对称式流动气体受激拉曼散射变频装置，包括气体循环主管路、气流驱动装置、输入导光臂和输出导光臂，所述气体循环主管路为密闭管路且一侧为气流驱动段、另一侧为通光段，所述气流驱动段设有气流驱动装置，所述通光段一端与所述输入导光臂同轴连接、另一端与所述输出导光臂同轴连接，且所述输入导光臂位于通光段外的一端设有激光输入腔镜、位于通光段内的一端设有输入隔离光学窗，所述输出导光臂连接通光段一端设有向外倾斜的输出隔离光学窗、远离通光段一端设有激光输出腔镜，所述气体循环主管路一端设有导流平衡管与所述输出导光臂连通。

所述气体循环主管路包括气流驱动段、通光段、弯管段和连接段，所述气流驱动段端部以及所述通光段端部分别通过弯管段与对应侧连接段的对应端部连接。

所述导流平衡管远离所述输出导光臂一端与同侧相邻的弯管段连接。

所述输入隔离光学窗竖直密封安装于所述输入导光臂位于通光段内的一端，所述输出隔离光学窗向外倾斜并且与竖直方向的夹角为α，所述α为50～65度。

所述输入隔离光学窗和输出隔离光学窗均为平面光学窗口，并且均采用厚度3mm的薄光学元件。

所述激光输入腔镜为聚焦透镜，两侧镀有泵浦激光增透膜和拉曼激光高反膜，所述激光输出腔镜两侧镀有泵浦激光和拉曼激光增透膜。