[发明专利]一种窄脉宽高峰值功率高平均功率的中红外拉曼激光器

说明书

本发明提供一种窄脉宽高峰值功率高平均功率中红外波段拉曼激光输出方案，利用受激拉曼散射的脉宽压窄特性，首先泵浦拉曼活性气体产生窄脉宽的中红外拉曼种子光，并利用多级放大系统，放大种子光，得到高峰值功率、高平均功率、窄脉宽的中红外拉曼激光输出。可有效地分散拉曼活性介质发生非线性效应过程中的产热区域，改善热管理，并具有优异的定标放大性和波长延展性。

技术领域

本发明涉及非线性激光变频技术领域，具体而言，尤其涉及一种窄脉宽高峰值功率高平均功率的中红外拉曼激光器。

背景技术

2-5μm的中红外波段激光在医疗学科、大气探测、光电对抗以及有机物检测等领域有着重要的应用价值。通过受激拉曼散射的手段，可以实现激光频率下转换产生中红外波段的拉曼激光。同时，以高损伤阈值、大拉曼频移的气体作为拉曼活性介质，并选择合适的泵浦激光波长，可以实现高功率的中红外拉曼激光输出，该技术已经被证明是一种产生中红外激光的有效手段。

高功率、高效率、窄脉宽的激光器一直是科研人员研究的热点。通过光纤光栅对脉宽缩、孤子受激拉曼散射、交叉相位调制脉宽压缩、和干涉仪脉宽压缩等技术均可获得窄脉宽的激光，而对于拉曼激光脉宽压缩的研究报道则比较少，本发明利用受激散射光脉冲持续时间小于入射激光脉冲持续时间的脉宽压缩特性，来获得窄脉宽的激光输出。

发明内容

基于受激拉曼散射的脉宽压窄特性，本发明以刚超过受激拉曼散射阈值能量的泵浦激光进行泵浦拉曼活性介质气体，发生受激拉曼散射，产生中红外波段的拉曼激光，利用更少的有效泵浦激光脉冲时间而引起拉曼光的脉宽变窄；同时通过在拉曼池中掺入惰性气体并降低拉曼活性气体的分压，导致拉曼线宽的增加及拉曼介质粒子数的减少从而使增益系数变小，提高其拉曼转化的阈值功率密度，也可获得窄脉宽的中红外波段拉曼种子光；之后通过种子光放大手段，获得窄脉宽、高功率的中红外拉曼激光输出。

本发明采用的技术手段如下：

一种中红外拉曼激光器，包括：中红外拉曼种子光产生系统，其包括调Q脉冲固体激光器一、拉曼池一和二向色镜一；调Q脉冲固体激光器一用以输出所需波长的泵浦激光；拉曼池一用以接收调Q脉冲固体激光器一输出的泵浦激光，并转换为中红外拉曼种子光；二向色镜一用以将中红外拉曼种子光透射至多级放大系统；

多级放大系统，其包括一级放大单元和二级放大单元；一级放大单元包括调Q脉冲固体激光器二、二向色镜二和拉曼池二；拉曼池二用以接收中红外拉曼种子光和调Q脉冲固体激光器二输出的与中红外拉曼种子光传播路线相反的泵浦激光，并输出一级放大拉曼光；二向色镜二用以反射一级放大拉曼光至二级放大单元；

二级放大单元包括调Q脉冲固体激光器三、二向色镜四、拉曼池三和二向色镜三；拉曼池三用以接收一级放大拉曼光和调Q脉冲固体激光器三输出的与一级放大拉曼光传播路线相反的泵浦激光，并经二向色镜四输出中红外拉曼光；二向色镜三用以将一级放大拉曼光反射至拉曼池三；

时间同步系统，其包括时间延迟器，用以调控调Q脉冲固体激光器一、调Q脉冲固体激光器二和调Q脉冲固体激光器三输出泵浦激光的时间，实现泵浦激光与拉曼光在时间上的同步传输。

进一步的，多级放大系统包含多级放大单元；每级放大单元均包括调Q脉冲固体激光器、拉曼池，并由二向色镜将放大后的拉曼光分离输出。

进一步的，拉曼池选用气密性好的单程池、三程池、五程池或2N+1程池，可填不同拉曼活性气体，气体压力可在0.1MPa-10MPa之间进行调节；放大单元的拉曼池的长度要大于泵浦激光脉宽×光速/拉曼池程数。

进一步的，二向色镜用于分离泵浦激光和中红外拉曼光，其中二向色镜一镀有中红外拉曼光波长透过率高于99％的增透膜和泵浦激光波长反射率高于99％的高反膜；多级放大系统中的二向色镜二、二向色镜三和二向色镜四镀有泵浦激光波长透过率高于99％的增透膜和中红外拉曼光波长反射率高于99％的高反膜。