本發(fā)明涉及受激拉曼散射，特別是一種帶有標(biāo)準(zhǔn)具的腔內(nèi)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)激光通過氫氣實(shí)現(xiàn)拉曼轉(zhuǎn)化的方法。

背景技術(shù)：

受激拉曼散射技術(shù)是實(shí)現(xiàn)激光波長變化的重要技術(shù)手段之一。常用的拉曼介質(zhì)有固體和氣體。相較于固體介質(zhì)，氣體拉曼介質(zhì)有著較高的損傷閾值，更適合實(shí)現(xiàn)高能量激光的頻率轉(zhuǎn)化。因此，氣體介質(zhì)的受激拉曼散射在高能激光變頻方面得到了較多關(guān)注。

常用的氣體拉曼介質(zhì)有H₂，CH₄，O₂和N₂等。其中氫氣由于具有較大的拉曼頻移(4155cm^-1)，且散射截面大，增益大，所以在氣體的受激拉曼散射中，氫氣是被研究最多的氣體之一。實(shí)現(xiàn)氫氣的受激拉曼變頻最常用的方法，是將基頻光聚焦于高壓氫氣中，在焦點(diǎn)位置及附近，由于泵浦光面積小，功率密度大，會(huì)實(shí)現(xiàn)拉曼轉(zhuǎn)化。其中，拉曼增益系數(shù)越大越有利于降低拉曼轉(zhuǎn)化閾值，拉曼增益系數(shù)包括前向拉曼增益系數(shù)和后向拉曼增益系數(shù)。對(duì)于使用寬帶固體激光器，采用氫氣作為拉曼介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)拉曼轉(zhuǎn)化，后向增益系數(shù)幾乎為零。在采用窄帶固體激光器通過氫氣實(shí)現(xiàn)拉曼轉(zhuǎn)化時(shí)，后向增益系數(shù)會(huì)增大到與前向增益系數(shù)同數(shù)量級(jí)，這樣，可以有效提高總拉曼增益系數(shù)，并降低閾值。一般情況下，采用固體激光作為基頻光，氫氣作為拉曼介質(zhì)實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)拉曼轉(zhuǎn)化，由于固體激光帶寬較大，后向增益系數(shù)較小，總增益系數(shù)較小，較難實(shí)現(xiàn)拉曼轉(zhuǎn)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述困難，提供一種帶有標(biāo)準(zhǔn)具，固體激光作為基頻光，氫氣作為拉曼介質(zhì)，通過腔內(nèi)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)激光腔內(nèi)拉曼轉(zhuǎn)化的方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

在光路上放有一兩端開口的拉曼池；拉曼池兩端開口分別用第一石英透明窗口和第二石英透明窗口密封；于第二石英透明窗口右側(cè)放平凹鏡，凹面朝向拉曼池一側(cè)；于第一石英窗口左側(cè)放有二向色鏡，二向色鏡左側(cè)放置激光模塊，激光模塊左側(cè)放置凹面反射鏡；激光模塊與二向色鏡之間放置標(biāo)準(zhǔn)具。拉曼池、凹面反射鏡、固體激光模塊、標(biāo)準(zhǔn)具、二向色鏡、平凹鏡同軸放置，窗口或鏡體的軸線即為各個(gè)窗口或鏡體的法線。拉曼池的側(cè)壁上設(shè)置壓力表和帶閥門的進(jìn)出氣口。

平凹鏡的凹面鍍膜,對(duì)1.06μm波長高反,對(duì)1.9μm波長部分輸出，即對(duì)1.9μm波長耦合輸出；平面鍍1.9μm波長高透膜。二向色鏡，朝向拉曼池一側(cè)鍍有1.06μm波長高透1.9μm波長高反膜；另一側(cè)鍍有1.06μm波長高透膜。標(biāo)準(zhǔn)具兩側(cè)均鍍1.06nm部分反射膜。凹面反射鏡的凹面鍍有1.06μm波長高反膜。

基頻光在凹面反射鏡及平凹鏡之間振蕩并不輸出；由于標(biāo)準(zhǔn)具的壓窄線寬的作用，基頻激光為窄帶激光；基頻光在拉曼池內(nèi)，部分轉(zhuǎn)化為拉曼光，波長1.9μm。拉曼光在二向色鏡及凹面鏡之間振蕩，并通過耦合輸出。

值得指出的時(shí)，對(duì)于寬帶基頻光，波長為1.06μm，拉曼池內(nèi)氫氣氣壓為35atm， 溫度為室溫的情況，前向拉曼增益系數(shù)為9.7×10^-12m/W，后向拉曼增益系數(shù)約為前向的1/20，通過加入標(biāo)準(zhǔn)具，實(shí)現(xiàn)了基頻光帶寬壓窄，后向拉曼增益系數(shù)提高到前向的約1/2，拉曼總增益系數(shù)增大。

與腔內(nèi)氫氣拉曼激光器相比，腔內(nèi)內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)具的方法有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、基頻光線寬被壓窄，后向拉曼增益系數(shù)顯著增大，可以降低拉曼轉(zhuǎn)化閾值。

2、拉曼增益系數(shù)增大，可以提高拉曼轉(zhuǎn)化率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明帶有標(biāo)準(zhǔn)具的腔內(nèi)氫氣拉曼激光器示意圖。

其中，1-凹面反射鏡(即后腔鏡)，2-固體激光模塊，長方體結(jié)構(gòu)，用于提供基頻光，3-標(biāo)準(zhǔn)具，4-二向色鏡，5-第一石英窗口，6-充氣閥門，7-拉曼池，8-壓力表，9-第二石英窗口，10-平凹鏡(拉曼光輸出耦合鏡)。

具體實(shí)施方式

詳見附圖1所示。由圖可見，帶有標(biāo)準(zhǔn)具的腔內(nèi)氫氣拉曼激光器裝置包括：一筒狀鋼制拉曼池7；拉曼池兩端用第一石英透明窗口5和第二石英透明窗口9密封；拉曼池一側(cè)放有二向色鏡4；拉曼池另一側(cè)放有平凹鏡10，凹面朝向拉曼池一側(cè)；二向色鏡4一側(cè)放有拉曼池7，另一側(cè)放有固體激光模塊2；激光模塊2一側(cè)放有二向色鏡4，另一側(cè)放置凹面反射鏡1；激光模塊2與二向色鏡4之間放置標(biāo)準(zhǔn)具3；所有器件同軸放置，軸線即為各個(gè)鏡面的法線。其中凹面反射鏡凹面曲率半徑為1500mm，平凹鏡凹面曲率半徑為1500mm。拉曼池內(nèi)徑直徑26mm，長900mm，壁厚3mm。

具體來說，固體激光模塊內(nèi)有Nd:YAG棒、Q開關(guān)、偏振片及1/4波片，通過與凹面反射鏡1及平凹鏡10作用，形成一個(gè)諧振腔，產(chǎn)生1.06μm的激光，稱為基頻光?；l光在凹面反射鏡與平凹鏡之間振蕩并不輸出；由于光腔內(nèi)放置標(biāo)準(zhǔn)具，產(chǎn)生的基頻光為窄帶激光；基頻光的束腰位置落在拉曼池內(nèi)，產(chǎn)生拉曼光，波長1.9μm，其中包括前向拉曼光和后向拉曼光，前向與后向拉曼光都再腔內(nèi)振蕩；拉曼光在二向色鏡與平凹鏡之間振蕩，并通過平凹鏡的凹面耦合輸出。

本發(fā)明實(shí)施例，采用固體激光模塊作為泵浦源，加入標(biāo)準(zhǔn)具，激光波長1.06μm，拉曼池7注入3.5MPa氫氣，考察腔內(nèi)基頻光與氫氣作用產(chǎn)生1.9μm的拉曼光后向增益系數(shù)?；l光線寬0.6cm^-1，通過理論計(jì)算，后向拉曼增益為4.8×10^-12m/W，比不加入標(biāo)準(zhǔn)具時(shí)，后向增益系數(shù)約大10倍。使用本方案，采用帶有標(biāo)準(zhǔn)具的腔內(nèi)氫氣拉曼激光器可以提高拉曼增益系數(shù)。