CN114597758A - 一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器 - Google Patents

一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器 Download PDF

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Abstract

本发明提公开一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器，包括泵浦光源、光学耦合***、谐振腔、Nd:YAG透明陶瓷、声光调制器、BaWO4晶体、滤波片组成，谐振腔由输入镜M1和输出镜M2组成；沿着泵浦光的输出方向，依次放置光学耦合***、输入镜M1、Nd:YAG透明陶瓷、声光调制器、BaWO4晶体、输出镜M2、滤波片；所述输入镜M1、Nd:YAG透明陶瓷、声光调制器、BaWO4晶体和输出镜M2的通光面均相互平行放置，且垂直于泵浦光的传播方向；基于不同的拉曼位移，本发明实现了有效的双波长操作。在泵浦功率为22.3W、脉冲重复频率为10kHz的情况下，在1240nm的一阶斯托克斯光和1376nm的二阶斯托克斯光的最大输出功率分别为869mW和512mW。一阶斯托克斯光和二阶斯托克斯光的脉冲宽度分别为16ns和2.6ns。

Description

一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器
技术领域
本发明属于固体激光器技术领域，具体涉及一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器。
背景技术
固态拉曼激光器因其转换效率高、体积紧凑、机械和热性能好而受到广泛关注。到目前为止，拉曼活性介质包括YVO4、SrWO4、KGd(WO4)2、BaWO4、PbWO4等都已用于拉曼生成。在著名的拉曼活性介质中，BaWO4晶体因其较高的拉曼增益效率和优异的热力学性能而被认为是一种很有前途的拉曼晶体材料。它适用于从皮秒到纳秒的广泛范围的泵浦脉冲持续时间。BaWO4晶体中最强烈的拉曼峰位于925cm-1和332cm-1处。
过去，基于332cm-1和925cm-1的拉曼位移，已经报道了各种关于BaWO4晶体应用的拉曼研究。除了广泛使用的332cm-1和925cm-1拉曼位移外，BaWO4晶体还有其他一些重要的拉曼位移，但目前基于其他拉曼位移的BaWO4拉曼激光器的相关研究报道还是很少。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器，解决了背景技术中提到的问题。
本发明提供了一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器，包括泵浦光源、光学耦合***、谐振腔、Nd:YAG透明陶瓷、声光调制器、BaWO4晶体、滤波片组成，谐振腔由输入镜M1和输出镜M2组成；沿着泵浦光的传播方向，依次放置光学耦合***、输入镜M1、Nd:YAG透明陶瓷、声光调制器、BaWO4晶体、输出镜M2、滤波片；所述输入镜M1、Nd:YAG透明陶瓷、声光调制器、BaWO4晶体和输出镜M2的通光面均相互平行放置，且垂直于泵浦光的传播方向；泵浦光源发射的泵浦光通过光学耦合***后,进入到谐振腔的输入镜M1,再入射到Nd:YAG透明陶瓷完成激光的增益过程、后经声光调制器和BaWO4晶体后产生两个波长的参量光,产生的参量光在谐振腔内振荡从而使能量放大,从输出镜M2输出激光,再通过滤波片滤除剩余的泵浦光和不需要的波长,保留所需的激光波长。
所述拉曼激光器在泵浦功率为22.3W、脉冲重复频率为10kHz的情况下，在1240nm的一阶斯托克斯光和1376nm的二阶阶斯托克斯光的最大输出功率分别为869mW和512mW；一阶斯托克斯光和二阶斯托克斯光的脉冲宽度分别为16ns和2.6ns。
所述泵浦光源采用808nm光纤耦合连续光输出的二极管泵浦激光器。
所述光学耦合***由两个凸透镜组成。
所述输入镜M1是一个曲率半径，为1000mm的凹面镜，输入镜M1的入光面镀有808nm的增透膜(R<0.2％)，并出光面镀1112nm(R>99.9％)、1240nm(R>99.8％)和1376nm(R>99.8％)的高反射涂层。
所述Nd:YAG透明陶瓷掺杂浓度为1.0at.％，尺寸为Φ4×5mm3，在两个端面均镀有1112nm、1240nm和1376nm(R<0.2％)防反射涂层。
所述声光调制器长38mm，以41MHz的中心频率驱动，射频功率为15W。
所述BaWO4晶体为a切BaWO4晶体，尺寸为5×5×46.6mm3，在两个端面均镀有1112nm、1240nm和1376nm(R<0.2％)防反射涂层。
所述输出镜M2是一种平面镜，镀有1240nm部分反射(R＝94％)膜、1376nm部分反射(R＝82％)膜和1112nm高反射(R＝99.8％)膜。
所述Nd：YAG透明陶瓷和BaWO4需用铟箔包裹，安装在水冷铜块中，与声光调制器均需要在恒为18℃的循环水中冷却。
本发明与现有技术相比具备以下有益效果：
本发明采用808nm二极管激光器作为泵浦源，分别在1240nm(基于928cm-l的拉曼位移)和1376nm(基于797cm-l的拉曼位移)实现了高效的一阶斯托克斯光和二阶斯托克斯光。
在泵浦功率为22.3W，平均输出功率高达869mW，波长为1240nm，输出功率为512mW；波长为1376nm，脉冲重复率为10kHz，对应的光转换效率分别为3.9％和2.3％。观察到拉曼位移的变化现象，这有利于拉曼光谱物理学的科学研究。
附图说明
图1为本发明所述的拉曼激光器的装置图。
图2为本发明所述的拉曼激光器的输出光谱图。
图3为本发明所述的拉曼激光器的输出功率与泵浦功率的依赖关系图。
图4为本发明所述的拉曼激光器的基波和单脉冲图。
图中：1、泵浦光源；2、光学耦合***；3、输入镜M1；4、Nd:YAG透明陶瓷；5、声光调制器；6、BaWO4晶体；7、输出镜M2；8、滤波片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器，包括泵浦光源(1)、光学耦合***(2)、输入镜M1(3)、Nd:YAG透明陶瓷(4)、声光调制器(5)、BaWO4晶体(6)、输出镜M2(7)、滤波片(8)组成，谐振腔由输入镜M1(3)和输出镜M2(7)组成；沿着泵浦光的传播方向，依次放置光学耦合***(2)、输入镜M1(3)、Nd:YAG透明陶瓷(4)、声光调制器(5)、BaWO4晶体(6)、输出镜M2(7)、滤波片(8)。所述输入镜M1(3)、Nd:YAG透明陶瓷(4)、声光调制器(5)、BaWO4晶体(6)和输出镜M2(7)的通光面均相互平行放置，且垂直于泵浦光源(1)的输出光束。
泵浦光源(1)发射的泵浦光通过光学耦合***(2)后,进入到谐振腔的输入镜M1(3),再入射到Nd:YAG透明陶(4)完成激光的增益过程、后经声光调制器(5)和BaWO4晶体(6)后产生两个波长的参量光,产生的参量光在谐振腔内振荡从而使能量放大,从输出镜M2(7)输出激光,再通过滤波片(8)滤除剩余的泵浦光和不需要的波长,保留所需的激光波长。
输出激光的相关测试如下：
当使用输出镜M2时，产生了在1240和1376nm处的双波长拉曼激光器操作。当泵浦功率为22.3W，脉冲重复频率为10kHz，监测腔内受激拉曼散射输出的光谱信息。获得光谱包括1112nm的基本波长和1240nm和1376nm的拉曼波长，图2描述了光谱图。基本波长的中心波长、一阶斯托克斯光和二阶斯托克斯光的中心波长分别为1112nm、1240nm和1376nm，分别对应928cm-1和797cm-1的拉曼频移。
图3显示了在5kHz、10kHz和15kHz时，一阶斯托克斯光和二阶斯托克斯光的输出功率与泵浦功率的依赖关系。可以看出，一阶斯托克斯光和二阶斯托克斯光波在脉冲重复频率为10kHz时，最大输出功率分别达到869mW和512mW。很明显，输出功率强烈地依赖于脉冲重复频率。在低泵浦功率下，低脉冲重复频率或高脉冲重复频率的介质热效应不明显，但低脉冲重复频率(5kHz)的单脉冲能量高于高脉冲重复频率(10kHz和15kHz)，而较高的脉冲能量通常导致从基本激光器到斯托克斯激光器的转换效率更高。因此，在低入射泵功率下，5kHz脉冲重复频率时的斯托克斯光的平均输出功率分别高于10kHz和15kHz脉冲重复频率时的功率。
如图4所示在泵功率为22.3W，脉冲重复频率10kHz时的基波和拉曼脉冲的典型单脉冲形状。测量了基波、一阶斯托克斯光和二阶斯托克斯光的脉冲宽度分别为76ns、16ns和2.6ns。可以看出，拉曼散射的变频导致了斯托克斯光分量的脉冲缩短。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的,而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改,均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器，其特征在于：包括泵浦光源、光学耦合***、谐振腔、Nd:YAG透明陶瓷、声光调制器、BaWO4晶体、滤波片组成，谐振腔由输入镜M1和输出镜M2组成；沿着泵浦光的传播方向，依次放置光学耦合***、输入镜M1、Nd:YAG透明陶瓷、声光调制器、BaWO4晶体、输出镜M2、滤波片；所述输入镜M1、Nd:YAG透明陶瓷、声光调制器、BaWO4晶体和输出镜M2的通光面均相互平行放置，且垂直于泵浦光的传播方向；泵浦光源发射的泵浦光通过光学耦合***后,进入到谐振腔的输入镜M1,再入射到Nd:YAG透明陶瓷完成激光的增益过程、后经声光调制器和BaWO4晶体后产生两个波长的参量光,产生的参量光在谐振腔内振荡从而使能量放大,从输出镜输出激光,再通过滤波片滤除剩余的泵浦光和不需要的波长,保留所需的激光波长；
所述拉曼激光器在泵浦功率为22.3W、脉冲重复频率为10kHz的情况下，在1240nm的一阶斯托克斯光和1376nm的二阶阶斯托克斯光的最大输出功率分别为869mW和512mW；一阶斯托克斯光和二阶斯托克斯光的脉冲宽度分别为16ns和2.6ns。
2.根据权利要求1所述的一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器，其特征在于：所述泵浦光源采用808nm光纤耦合连续光输出的二极管激光器。
3.根据权利要求1所述的一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器，其特征在于：所述光学耦合***由两个凸透镜组成。
4.根据权利要求1所述的一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器，其特征在于：所述输入镜M1是一个曲率半径为1000mm的凹面镜，输入镜M1的入光面镀有808nm的增透膜(R<0.2％)，并出光面镀1112nm(R>99.9％)、1240nm(R>99.8％)和1376nm(R>99.8％)的高反射涂层。
5.根据权利要求1所述的一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器，其特征在于：所述Nd:YAG透明陶瓷掺杂浓度为1.0at.％，尺寸为Φ4×5mm3，在其两个端面均镀有1112nm、1240nm和1376nm(R<0.2％)防反射涂层。
6.根据权利要求1所述的一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器，其特征在于：所述声光调制器长38mm，以41MHz的中心频率驱动，射频功率为15W。
7.根据权利要求1所述的一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器，其特征在于：所述BaWO4晶体为a切BaWO4晶体，尺寸为5×5×46.6mm3，在两个端面均镀有1112nm、1240nm和1376nm(R<0.2％)防反射涂层。
8.根据权利要求1所述的一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器，其特征在于：所述输出镜M2是一种平面镜，镀有1240nm部分反射(R＝94％)膜、1376nm部分反射(R＝82％)膜和1112nm高反射(R＝99.8％)膜。
9.权利要求4至6所述Nd:YAG陶瓷、声光调制器、BaWO4晶体，其特征在于：所述Nd：YAG透明陶瓷和BaWO4需用铟箔包裹，安装在水冷铜块中，与声光调制器均需要恒在为18℃的循环水中冷却。
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CN115296136A (zh) * 2022-07-15 2022-11-04 山西大学 一种脉冲激光时空分布调控激光器及方法

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