CN105048280B - 一种基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源及其工作方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源及其工作方法与应用。其包括泵浦激光***、斯托克斯谐振腔和倍频***；斯托克斯谐振腔包括砷酸钛氧钾晶体、谐振腔的后腔镜和斯托克斯输出镜，泵浦激光以一定的角度进入斯托克斯谐振腔，沿谐振腔的后腔镜、砷酸钛氧钾晶体和斯托克斯输出镜出射，砷酸钛氧钾晶体的受激激子散射过程构成斯托克斯光源，改变泵浦光入射斯托克斯谐振腔的角度可实现斯托克斯光的调谐输出，通过角度调谐获得1077.88nm到1089.02nm范围内的可调谐的斯托克斯光。倍频***包括倍频晶体和滤光片，通过对所述斯托克斯光源的倍频，获得534nm到540nm范围内的绿光光源。

Description

一种基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源及其工作方法与 应用

技术领域

本发明涉及一种基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源及其工作方法与应用，属于红外光源的技术领域。

背景技术

现有技术的斯托克斯光源调谐手段复杂，可调谐范围窄，如固态拉曼激光器是通过改变泵浦光波长和拉曼晶体种类来实现斯托克斯光的波长调谐。传统的托克斯光源大多都需要冷却***对工作物质进行冷却，结构复杂，且得到的斯托克斯光源不易调谐、线宽较宽。

现有技术中砷酸钛氧钾晶体作为工作介质的激光光源多是基于参量振荡或者是受激拉曼散射。中国专利CN101562311公开了一种砷酸钛氧钾晶体全固态拉曼自倍频黄光激光器，包括激光二极管泵浦源、谐振腔，谐振腔包括后腔镜和输出镜；其采用一块KTA晶体替代拉曼晶体和倍频晶体，谐振腔中依次放置激光增益介质、调Q装置和KTA晶体；由KTA晶体实现1.06微米基频光的拉曼转换获得1.14微米附近的拉曼光。

中国专利CN202050156公开了一种548.5nm全固态拉曼激光器。其包括泵浦源、耦合透镜组、耦合腔等，耦合腔内放置激光晶体、拉曼晶体、调Q器件、倍频晶体，其使用YVO4晶体的259cm－1拉曼频移产生1097nm激光波长后经过倍频得到548.5nm激光；输入镜M1、腔镜M2、输出镜M3、激光晶体、拉曼晶体和倍频晶体端面分别镀有对相应波长的光透过率或反射率大于96％的介质膜。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，利用砷酸钛氧钾晶体的受激激子散射过程产生斯托克斯光源。

本发明还提供了上述斯托克斯光源的工作方法。该方法实现了1077.88nm到1089.02nm范围内的可调谐的斯托克斯光输出。

本发明还提供了上述斯托克斯光源倍频得到绿光的工作方法。实现534nm到540nm范围内的绿光输出。

本发明的技术方案：

发明概述：本发明涉及一种基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，包括泵浦激光***、斯托克斯谐振腔和倍频***；所述斯托克斯谐振腔包括砷酸钛氧钾晶体、谐振腔的后腔镜和斯托克斯输出镜，所述泵浦激光***发出的泵浦激光以一定的角度进入斯托克斯谐振腔，沿谐振腔的后腔镜、砷酸钛氧钾晶体和斯托克斯输出镜出射，砷酸钛氧钾晶体的受激激子散射过程构成斯托克斯光源，改变泵浦光入射斯托克斯谐振腔的角度可以实现斯托克斯光的调谐输出，通过角度调谐的方式可以获得1077.88nm到1089.02nm范围内的可调谐的斯托克斯光。所述倍频***包括倍频晶体和滤光片，通过对所述斯托克斯光源的倍频，获得534nm到540nm范围内的绿光光源。

受激激子散射是一种产生斯托克斯光的新方法，这是一种既包含二阶又包含三阶非线性效应的非线性过程，在受激激子散射过程中，泵浦光、产生的斯托克斯光和极化波这三束光在其交叠的区域内相互作用，继续产生斯托克斯光和极化波。在具有既是红外又是拉曼活性的横向光学声子A1模的晶体中，在满足动量守恒和能量守恒的条件下，受激激子散射可以用于产生可调谐的斯托克斯光。

本发明的技术方案如下：

一种基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，包括泵浦激光***和斯托克斯谐振腔；所述斯托克斯谐振腔包括砷酸钛氧钾晶体，所述泵浦激光***发出泵浦激光沿斯托克斯谐振腔照射，所述砷酸钛氧钾晶体的受激激子散射过程构成斯托克斯光源。所述泵浦激光***产生泵浦光。

根据本发明优选的，所述基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源还包括倍频***，所述倍频***包括滤光片和倍频晶体；所述泵浦激光***发出的泵浦激光依次穿过斯托克斯谐振腔、倍频晶体和滤光片。

根据本发明优选的，所述斯托克斯谐振腔还包括谐振腔的后腔镜和斯托克斯输出镜，所述泵浦激光***发出的泵浦激光进入斯托克斯谐振腔，沿谐振腔的后腔镜、砷酸钛氧钾晶体和斯托克斯输出镜依次出射。

根据本发明优选的，所述砷酸钛氧钾晶体为非线性晶体砷酸钛氧钾。由泵浦激光***产生的泵浦光经过斯托克斯谐振腔内的非线性晶体砷酸钛氧钾，所述非线性晶体砷酸钛氧钾具有拉曼与红外活性振动模，产生受激激子散射，产生非线性参量过程。通过改变泵浦光入射到非线性晶体砷酸钛氧钾中的角度，实现斯托克斯光的调谐输出。

进一步优选的，所述非线性晶体砷酸钛氧钾的晶体切割方向为θ＝90°，φ＝0°，所述θ是泵浦光与非线性晶体z轴的夹角，φ为非线性晶体x轴与非线性晶体侧面的夹角，即非线性晶体x轴与xz面的夹角。非线性晶体的长度为l，非线性晶体的宽度为d，厚度为h；本发明中的所有非线性晶体的尺寸可以根据具体泵浦光光斑尺寸和入射角要求进行选取。

进一步优选的，所述非线性晶体砷酸钛氧钾的两端面，即yz面，均镀有增透膜；所述谐振腔的后腔镜镀有斯托克斯光波段的高反膜。增透膜提高了泵浦光的透过率，同时让晶体产生的斯托克斯光尽量透射出来；所述高反膜让斯托克斯光在所述斯托克斯谐振腔内振荡，通过斯托克斯输出镜输出。

进一步优选的，所述增透膜和高反膜分别为1000nm－1100nm增透膜和1000nm－1100nm高反膜；所述高反膜的反射率大于95％。

根据本发明优选的，所述斯托克斯输出镜针对波长为1000nm-1100nm的光的透过率为0.01％～99.99％。

根据本发明优选的，所述泵浦激光***产生的泵浦光和所述砷酸钛氧钾晶体x轴之间的夹角范围为1.875°-6.500°，以获得1077.88nm到1089.02nm范围内的可调谐的斯托克斯光源。

根据本发明优选的，所述泵浦激光***为准连续的重复频率为100Hz-100kHz的脉冲激光***、闪光灯泵浦或者LD泵浦的低重频的1-100Hz的激光***；所述泵浦激光***在砷酸钛氧钾晶体中提供的功率密度不低于10MW/cm²。

上述斯托克斯光源的工作方法如下：

泵浦激光***发出的泵浦激光进入斯托克斯谐振腔中，所述非线性晶体砷酸钛氧钾产生受激激子散射，产生斯托克斯光；通过改变泵浦激光入射斯托克斯谐振腔的角度为1.875°-6.500°,获得1077.88nm到1089.02nm范围内的可调谐斯托克斯光源。

上述斯托克斯光源得到绿光的工作方法如下：

1077.88nm到1089.02nm范围内的可调谐斯托克斯光依次入射倍频晶体，对斯托克斯光波段高反、对绿光高透的滤光片，获得534nm到540nm范围内的绿光。

本发明的有益效果：

1、本发明所述基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，具有小角度调谐的优点，即在固定泵浦波长和非线性晶体的条件下，通过小范围内改变泵浦光的入射角度就可以实现斯托克斯光的调谐输出，实现了波长的调谐；基于受激激子散射的斯托克斯光源具有便于调谐、使用方便、可封装集成、室温工作、线宽窄等优点；

2、本发明所述基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，使用了非线性晶体砷酸钛氧钾，该晶体非线性增益较高，物化性能稳定,生长技术较成熟，同时具有高的损伤阈值，通过角度调谐的方式获得1077.88nm到1089.02nm范围内的可调谐的斯托克斯光源；通过对所述斯托克斯光源的倍频可以获得534nm到540nm范围内的绿光；调谐范围广。

附图说明

图1是本发明所述砷酸钛氧钾晶体的晶体切割方向示意图；

图2是本发明所述基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源的光路结构示意图；

其中，1、谐振腔的后腔镜；2、斯托克斯谐振腔；3、非线性晶体砷酸钛氧钾；4、斯托克斯输出镜；5、倍频晶体；6、滤光片。

具体实施方式：

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

实施例1、

一种基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，包括泵浦激光***和斯托克斯谐振腔；所述斯托克斯谐振腔包括砷酸钛氧钾晶体、谐振腔的后腔镜1和斯托克斯输出镜4，所述泵浦激光***发出的泵浦激光进入斯托克斯谐振腔，沿谐振腔的后腔镜1、砷酸钛氧钾晶体和斯托克斯输出镜4依次出射。所述砷酸钛氧钾晶体的受激激子散射过程构成斯托克斯光源；所述泵浦激光***产生泵浦光。

实施例2、

如实施例1所述的基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，其区别在于，所述砷酸钛氧钾晶体为非线性晶体砷酸钛氧钾3。由泵浦激光***产生的泵浦光经过斯托克斯谐振腔内的非线性晶体砷酸钛氧钾3，所述非线性晶体砷酸钛氧钾3具有拉曼与红外活性振动模，产生受激激子散射，产生非线性参量过程。通过改变泵浦光入射到非线性晶体砷酸钛氧钾3中的角度，实现斯托克斯光的调谐输出。

实施例3、

如实施例2所述的基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，其区别在于，所述非线性晶体砷酸钛氧钾3的晶体切割方向为θ＝90°，φ＝0°，所述θ是泵浦光与非线性晶体z轴的夹角，φ为非线性晶体x轴与非线性晶体侧面的夹角，即非线性晶体x轴与xz面的夹角。非线性晶体的长度为l，非线性晶体的宽度为d，厚度为h；本发明中的所有非线性晶体的尺寸可以根据具体泵浦光光斑尺寸和入射角要求进行选取。

实施例4、

如实施例2所述的基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，其区别在于，所述非线性晶体砷酸钛氧钾3的两端面，即yz面均镀有1000nm－1100nm的增透膜；所述谐振腔的后腔镜1镀有1000nm－1100nm的高反膜，所述高反膜的反射率大于95％。增透膜是为了提高泵浦光的透过率，同时让晶体产生的斯托克斯光尽量透射出来；所述高反膜让斯托克斯光在所述斯托克斯谐振腔内振荡，通过斯托克斯输出镜输出。

实施例5、

如实施例1所述的基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，其区别在于，所述斯托克斯输出镜4针对波长为1000nm-1100nm的光的透过率为70％。

实施例6、

如实施例1所述的基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，其区别在于，所述泵浦激光***产生的泵浦光和所述砷酸钛氧钾晶体x轴之间的夹角的范围为1.875°-6.500°，可获得1077.88nm到1089.02nm范围内的可调谐的斯托克斯光源。

实施例7、

如实施例1所述的基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，其区别在于，所述泵浦激光***为准连续的重复频率为100Hz-100kHz的脉冲激光***、闪光灯泵浦或者LD泵浦的低重频的1-100Hz的激光***；所述泵浦激光***在砷酸钛氧钾晶体中提供的功率密度为20MW/cm²。

实施例8、

如实施例7所述的基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，其区别在于，所述泵浦激光***为LD泵浦的低重频的1-100Hz的激光***。

实施例9、

如实施例7所述的基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，其区别在于，所述泵浦激光***为闪光灯泵浦的低重频的1-100Hz的激光***。

实施例10、

如实施例1所述的基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，其区别在于，所述基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源还包括倍频***，所述倍频***包括倍频晶体5和滤光片6；所述泵浦激光***发出的泵浦激光依次穿过斯托克斯谐振腔、倍频晶体5和滤光片6。

实施例11、

如实施例1-9任意一项所述的基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源的工作方法如下：

泵浦激光***发出的泵浦激光以一定角度进入斯托克斯谐振腔中，所述非线性晶体砷酸钛氧钾产生受激激子散射，产生斯托克斯光；通过改变泵浦激光入射斯托克斯谐振腔的角度为1.875°-6.500°,获得1077.88nm到1089.02nm范围内的可调谐斯托克斯光源。

实施例12、

如实施例11所述的基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源得到绿光的工作方法如下：

1077.88nm到1089.02nm范围内的可调谐斯托克斯光依次入射倍频晶体5，对斯托克斯光波段高反、对绿光高透的滤光片6，获得534nm到540nm范围内的绿光。

Claims (6)

1.一种基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，包括泵浦激光***和斯托克斯谐振腔；其特征在于，所述斯托克斯谐振腔包括砷酸钛氧钾晶体，所述泵浦激光***发出泵浦激光沿斯托克斯谐振腔照射，所述砷酸钛氧钾晶体的受激激子散射过程构成斯托克斯光源；所述斯托克斯谐振腔还包括谐振腔的后腔镜和斯托克斯输出镜，所述泵浦激光***发出的泵浦激光进入斯托克斯谐振腔，沿谐振腔的后腔镜、砷酸钛氧钾晶体和斯托克斯输出镜依次出射；所述砷酸钛氧钾晶体为非线性晶体砷酸钛氧钾；所述非线性晶体砷酸钛氧钾的晶体切割方向为θ＝90°，φ＝0°，所述θ是泵浦光与非线性晶体z轴的夹角，φ为非线性晶体x轴与非线性晶体侧面的夹角，即非线性晶体x轴与xz的夹角；所述斯托克斯输出镜针对波长为1000nm-1100nm的光的透过率为0.01％～99.99％；所述泵浦激光***产生的泵浦光和所述砷酸钛氧钾晶体x轴之间的夹角范围为1.875°-6.500°。

2.如权利要求1所述的基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，其特征在于，所述非线性晶体砷酸钛氧钾的两端面，即yz面均镀有增透膜；所述谐振腔的后腔镜镀有泵浦光波段的高反膜；所述增透膜和高反膜分别为1000nm－1100nm增透膜和1000nm－1100nm高反膜；所述高反膜的反射率大于95％。

3.如权利要求1所述的基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，其特征在于，所述泵浦激光***为准连续的重复频率为100Hz-100kHz的脉冲激光***、闪光灯泵浦或者LD泵浦的低重频的1-100Hz的激光***；所述泵浦激光***在砷酸钛氧钾晶体中提供的功率密度不低于10MW/cm²。

4.如权利要求1所述的基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源，其特征在于，所述基于砷酸钛氧钾晶体的斯托克斯光源还包括倍频***，所述倍频***包括倍频晶体和滤光片；所述泵浦激光***发出的泵浦激光依次穿过斯托克斯谐振腔、倍频晶体和滤光片。

5.如权利要求1-4任意一项所述的斯托克斯光源的工作方法如下：

泵浦激光***发出的泵浦激光以一定角度进入斯托克斯谐振腔中，所述非线性晶体砷酸钛氧钾产生受激激子散射，产生斯托克斯光；通过改变泵浦激光入射斯托克斯谐振腔的角度为1.875°-6.500°,获得1077.88nm到1089.02nm范围内的可调谐斯托克斯光源。

6.如权利要求5所述的斯托克斯光源的工作方法如下：

1077.88nm到1089.02nm范围内的可调谐斯托克斯光依次入射倍频晶体，对斯托克斯光波段高反、对绿光高透的滤光片，获得534nm到540nm范围内的绿光。