[其他]小型内腔喇曼移频激光器

说明书

本实用新型属于可调谐激光器，特别是属于小型的激光泵浦与气体喇曼介质同置于一共振腔内的移频激光器。

在气体介质中进行受激喇曼散射非线性光学移频是在光波波段进行频率转换的一种十分有效的手段。在实际应用中为了降低受激拉曼的振荡阈值，提高能量转换效率，国内外对拉曼移频激光器共振腔的结构及其他因素的影响进行了大量的研究，为此人们提出将拉曼池放在泵浦激光腔内构成内腔双波长振荡器。美国专利（4，327，337）题为“高功率激光器腔内的拉曼移频”（Intracavity    Raman    Fre－quency    Conve    rsion    in    A    High    Power    Laser）公布了一种内腔拉曼移频激光器的结构，如图1所示：拉曼池〔6〕与激光介质〔4〕置于反射镜〔1〕和〔3〕组成的共振腔内，反射镜〔1〕是对泵浦光波长全反射膜片，反射镜〔3〕是对泵浦光波长高反，对受激拉曼光波长部分透射膜片。在共振腔中激光介质与拉曼池之间插入一镜片〔2〕对拉曼光波长高反，对泵浦光波长高透，镜片〔2〕和〔3〕构成对拉曼光的振荡腔。调Q开关置于镜片〔1〕和〔2〕之间，拉曼池内充有气体拉曼介质，两端由窗片〔7〕、〔8〕密封。此种结构产生拉曼振荡阈值仍很高，只适用于平均输出功率在10W以上的大功率激光器，需要用大尺寸的激光介质及较强的输入电功率。美国AD报告7127609报导了另一种共振腔结构的内腔拉曼移频器，题目为“用Nd：YAG为泵浦在甲烷中的受激拉曼散射”（Stimulated    Raman    Scattering    in    Methane    With    Nd：YAG    Pump）如图2所示，两端封有平面窗片〔7〕〔8〕，内充甲烷气体的拉曼池［6］置于由反射镜［1］和［3］组成的Nd：YAG［4］振荡腔内。与上述美国专利不同的是在拉曼池［6］两端加有一对凸透镜使泵浦光束聚焦于拉曼池中以提高光强密度，降低阈值。起偏器［11］与电光调Q晶体［5］置于反射镜［1］与凸透镜［9］之间，但腔内没有图1所示的对拉曼光高反的镜片［2］，故镜片［1］和［3］处均有1.54μm的拉曼光输出。因此这种结构仍不适用于低电功率输入的小型拉曼移频激光器。

本实用新型对上述内腔拉曼移频激光器的共振腔结构做了改进，为进一步提高受激拉曼散射的转换效率，降低受激拉曼散射阈值，以便使拉曼移频激光器小型化、实用化，特别是适用于需要小型轻便，又能产生对人眼安全光束的小功率手持式激光测距仪中。

本实用新型设计了一种小型内腔拉曼移频激光器共振腔的新结构，它包括由一块反射镜和一平凸透镜组成的光学共振腔，对它们进行光学调整，使其光学准直、共轴、反射镜是对泵浦激光波长的全反射镜，平凸透镜的平面朝腔外镀有对泵浦激光波长高反，对拉曼光波长高透的介质膜层，凸面朝腔内镀有对泵浦光和拉曼光双波长增透膜。在二镜之间沿光轴放置着调Q开关、激光泵浦介质及充有高压气体的拉曼池。它们互相进行光学准直共轴。拉曼池靠近激光介质的一端封有一块平凸透镜，其平面朝拉曼池外镀有对拉曼光波长高反，对泵浦光波长高透的介质膜层，凸面在拉曼池内有双波长增透膜，拉曼池另一端封有一双波长增透平面窗片。

本实用新型采用的此种新结构与上述已有技术描述的结构相比，由于它采用平凸透镜取代已有技术图1、图2中的反射镜［3］，使其不但对激光泵浦光有反射作用还兼有聚焦作用，采用另一块平凸透镜取代已有技术图1、图2中的反射镜［2］、透镜［9］以及拉曼池窗片［7］，使其只用一块平凸透镜就可兼有对拉曼光反馈、双光聚焦以及对拉曼池（内装高压气体）密封三种功能。采用本实用新型的这种结构，不但提高了光强密度、而且减少了光学元件及其光学界面的损耗，使结构紧凑，因此是一种具有拉曼散射阈值低，输入电功率小，而获得高的能量转换效率的小型实用内腔拉曼移频激光器。

下面结合附图对本实用新型作更为详细的说明。附图1为现有的大功率内腔拉曼移频激光器的共振腔结构。

附图2为现有的用Nd：YAG为泵浦在甲烷中的受激拉曼散射的共振腔的实验装置

附图3为小型内腔喇曼移频激光器共振腔结构。

本实用新型的一种最佳实施例是一种用于手持式人眼安全测距仪的小型拉曼频率激光器，参照图3叙述如下：激光介质［4］采用YAG晶体棒，调Q开关为染料调Q［5］，将染料盒［5］放置在反射镜［1］与YAG棒［4］之间，实验得到这种放置其能量转换效率高于把染料盒放在YAG棒与拉曼池之间。拉曼池［6］内封装有60～70个大气压的甲烷气体，为避免在拉曼池中同时存在的另一种非线性过程一受激布里渊散射对腔内光学元件的破坏，经过计算及实验验证，反射镜［1］与平凸镜［13］的距离L1应小于或等于平凸镜［13］与［12］之间的距离L2，在此实施例中，我们采用L1为80mm，L2为13.1mm，二平凸镜的焦距f1＝f2＝60mm。反射镜［1］为对1.06μm全反射的膜片，平凸透镜［13］的平面镀有对1.54μm高反射率，对1.06μm高透这卒的高强度介质膜层，凸面镀有对1.54μm和1.06μmm双波长增透膜。平面窗中［8］两面均镀有双波长增透膜，平凸透镜［12］平面镜有对1.06μm高反射膜反射率为90～100％对1.54μm透过率约为85～95％。凸面镀有对双波长增透膜。在此种实施例中，YAG棒为φ4×50mm，总输入电能为2.8焦耳印可产生大于5毫焦的1.54μm拉曼移频光。脉冲宽度约为10ns。由电能到1.54μm的总的能量转换效率为0.18％，将拉曼池去掉，测该输入电能下1.06μm输出，最佳达16.4毫焦，由1.06μm到1.54μm能量转换效率达26％，光子转换效率达38％。若用φ5×70mm的YAG棒，电光调Q作为泵浦，获得8.6～12毫焦的1.54μm输出，从1.06μm到1.54μm的能量转换效率达30％以上，光子转换效率达45％，输出1.54μm的稳定性优于5％。