一種基于砷酸鈦氧鉀晶體的斯托克斯光源及其工作方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于砷酸鈦氧鉀晶體的斯托克斯光源及其工作方法與應(yīng)用，屬于紅外光源的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)的斯托克斯光源調(diào)諧手段復(fù)雜，可調(diào)諧范圍窄，如固態(tài)拉曼激光器是通過改變栗浦光波長和拉曼晶體種類來實(shí)現(xiàn)斯托克斯光的波長調(diào)諧。傳統(tǒng)的托克斯光源大多都需要冷卻系統(tǒng)對(duì)工作物質(zhì)進(jìn)行冷卻，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且得到的斯托克斯光源不易調(diào)諧、線寬較寬。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中砷酸鈦氧鉀晶體作為工作介質(zhì)的激光光源多是基于參量振蕩或者是受激拉曼散射。中國專利CN101562311公開了一種砷酸鈦氧鉀晶體全固態(tài)拉曼自倍頻黃光激光器，包括激光二極管栗浦源、諧振腔，諧振腔包括后腔鏡和輸出鏡；其采用一塊KTA晶體替代拉曼晶體和倍頻晶體，諧振腔中依次放置激光增益介質(zhì)、調(diào)Q裝置和KTA晶體；由KTA晶體實(shí)現(xiàn)1.06微米基頻光的拉曼轉(zhuǎn)換獲得1.14微米附近的拉曼光。
[0004]中國專利CN202050156公開了一種548.5nm全固態(tài)拉曼激光器。其包括栗浦源、耦合透鏡組、耦合腔等，耦合腔內(nèi)放置激光晶體、拉曼晶體、調(diào)Q器件、倍頻晶體，其使用YV04晶體的259cm -1拉曼頻移產(chǎn)生1097nm激光波長后經(jīng)過倍頻得到548.5nm激光；輸入鏡M1、腔鏡M2、輸出鏡M3、激光晶體、拉曼晶體和倍頻晶體端面分別鍍有對(duì)相應(yīng)波長的光透過率或反射率大于96 %的介質(zhì)膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于砷酸鈦氧鉀晶體的斯托克斯光源，利用砷酸鈦氧鉀晶體的受激激子散射過程產(chǎn)生斯托克斯光源。
[0006]本發(fā)明還提供了上述斯托克斯光源的工作方法。該方法實(shí)現(xiàn)了 1077.88nm到1089.02nm范圍內(nèi)的可調(diào)諧的斯托克斯光輸出。
[0007]本發(fā)明還提供了上述斯托克斯光源倍頻得到綠光的工作方法。實(shí)現(xiàn)534nm到540nm范圍內(nèi)的綠光輸出。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0009]發(fā)明概述:本發(fā)明涉及一種基于砷酸鈦氧鉀晶體的斯托克斯光源，包括栗浦激光系統(tǒng)、斯托克斯諧振腔和倍頻系統(tǒng)；所述斯托克斯諧振腔包括砷酸鈦氧鉀晶體、諧振腔的后腔鏡和斯托克斯輸出鏡，所述栗浦激光系統(tǒng)發(fā)出的栗浦激光以一定的角度進(jìn)入斯托克斯諧振腔，沿諧振腔的后腔鏡、砷酸鈦氧鉀晶體和斯托克斯輸出鏡出射，砷酸鈦氧鉀晶體的受激激子散射過程構(gòu)成斯托克斯光源，改變栗浦光入射斯托克斯諧振腔的角度可以實(shí)現(xiàn)斯托克斯光的調(diào)諧輸出，通過角度調(diào)諧的方式可以獲得1077.88nm到1089.02nm范圍內(nèi)的可調(diào)諧的斯托克斯光。所述倍頻系統(tǒng)包括倍頻晶體和濾光片，通過對(duì)所述斯托克斯光源的倍頻，獲得534nm到540nm范圍內(nèi)的綠光光源。
[0010]受激激子散射是一種產(chǎn)生斯托克斯光的新方法，這是一種既包含二階又包含三階非線性效應(yīng)的非線性過程，在受激激子散射過程中，栗浦光、產(chǎn)生的斯托克斯光和極化波這三束光在其交疊的區(qū)域內(nèi)相互作用，繼續(xù)產(chǎn)生斯托克斯光和極化波。在具有既是紅外又是拉曼活性的橫向光學(xué)聲子Al模的晶體中，在滿足動(dòng)量守恒和能量守恒的條件下，受激激子散射可以用于產(chǎn)生可調(diào)諧的斯托克斯光。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0012]—種基于砷酸鈦氧鉀晶體的斯托克斯光源，包括栗浦激光系統(tǒng)和斯托克斯諧振腔；所述斯托克斯諧振腔包括砷酸鈦氧鉀晶體，所述栗浦激光系統(tǒng)發(fā)出栗浦激光沿斯托克斯諧振腔照射，所述砷酸鈦氧鉀晶體的受激激子散射過程構(gòu)成斯托克斯光源。所述栗浦激光系統(tǒng)產(chǎn)生栗浦光。
[0013]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述基于砷酸鈦氧鉀晶體的斯托克斯光源還包括倍頻系統(tǒng)，所述倍頻系統(tǒng)包括濾光片和倍頻晶體；所述栗浦激光系統(tǒng)發(fā)出的栗浦激光依次穿過斯托克斯諧振腔、倍頻晶體和濾光片。
[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述斯托克斯諧振腔還包括諧振腔的后腔鏡和斯托克斯輸出鏡，所述栗浦激光系統(tǒng)發(fā)出的栗浦激光進(jìn)入斯托克斯諧振腔，沿諧振腔的后腔鏡、砷酸鈦氧鉀晶體和斯托克斯輸出鏡依次出射。
[0015]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述砷酸鈦氧鉀晶體為非線性晶體砷酸鈦氧鉀。由栗浦激光系統(tǒng)產(chǎn)生的栗浦光經(jīng)過斯托克斯諧振腔內(nèi)的非線性晶體砷酸鈦氧鉀，所述非線性晶體砷酸鈦氧鉀具有拉曼與紅外活性振動(dòng)模，產(chǎn)生受激激子散射，產(chǎn)生非線性參量過程。通過改變栗浦光入射到非線性晶體砷酸鈦氧鉀中的角度，實(shí)現(xiàn)斯托克斯光的調(diào)諧輸出。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述非線性晶體砷酸鈦氧鉀的晶體切割方向?yàn)棣?=90°，Φ =0°，所述Θ是栗浦光與非線性晶體z軸的夾角，Φ為非線性晶體X軸與非線性晶體側(cè)面的夾角，即非線性晶體X軸與XZ面的夾角。非線性晶體的長度為I，非線性晶體的寬度為d，厚度為h;本發(fā)明中的所有非線性晶體的尺寸可以根據(jù)具體栗浦光光斑尺寸和入射角要求進(jìn)行選取。
[0017]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述非線性晶體砷酸鈦氧鉀的兩端面，即yz面，均鍍有增透膜；所述諧振腔的后腔鏡鍍有斯托克斯光波段的高反膜。增透膜提高了栗浦光的透過率，同時(shí)讓晶體產(chǎn)生的斯托克斯光盡量透射出來；所述高反膜讓斯托克斯光在所述斯托克斯諧振腔內(nèi)振蕩，通過斯托克斯輸出鏡輸出。
[0018]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述增透膜和高反膜分別為100nm — IlOOnm增透膜和100nm —IlOOnm高反膜；所述高反膜的反射率大于95%。
[0019]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述斯托克斯輸出鏡針對(duì)波長為100nm-1lOOnm的光的透過率為 0.01%?99.99%o
[0020]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述栗浦激光系統(tǒng)產(chǎn)生的栗浦光和所述砷酸鈦氧鉀晶體X軸之間的夾角范圍為1.875° -6.500°，以獲得1077.88nm到1089.02nm范圍內(nèi)的可調(diào)諧的斯托克斯光源。
[0021]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述栗浦激光系統(tǒng)為準(zhǔn)連續(xù)的重復(fù)頻率為lOOHz-lOOkHz的脈沖激光系統(tǒng)、閃光燈栗浦或者LD栗浦的低重頻的1-1OOHz的激光系統(tǒng)；所述栗浦激光系統(tǒng)在砷酸鈦氧鉀晶體中提供的功率密度不低于lOMff/cm2。
[0022]上述斯托克斯光源的工作方法如下:
[0023]栗浦激光系統(tǒng)發(fā)出的栗浦激光進(jìn)入斯托克斯諧振腔中，所述非線性晶體砷酸鈦氧鉀產(chǎn)生受激激子散射，產(chǎn)生斯托克斯光；通過改變栗浦激光入射斯托克斯諧振腔的角度為
1.875。-6.500°，獲得1077.88nm到1089.02nm范圍內(nèi)的可調(diào)諧斯托克斯光源。
[0024]上述斯托克斯光源得到綠光的工作方法如下:
[0025]1077.88nm到1089.02nm范圍內(nèi)的可調(diào)諧斯托克斯光依次入射倍頻晶體，對(duì)斯托克斯光波段高反、對(duì)綠光高透的濾光片，獲得534nm到540nm范圍內(nèi)的綠光。
[0026]本發(fā)明的有益效果:
[0027]1、本發(fā)明所述基于砷酸鈦氧鉀晶體的斯托克斯光源，具有小角度調(diào)諧的優(yōu)點(diǎn)，SP在固定栗浦波長和非線性晶體的條件下，通過小范圍內(nèi)改變栗浦光的入射角度就可以實(shí)現(xiàn)斯托克斯光的調(diào)諧輸出，實(shí)現(xiàn)了波長的調(diào)諧；基于受激激子散射的斯托克斯光源具有便于調(diào)諧、使用方便、可封裝集成、室溫工作、線寬窄等優(yōu)點(diǎn)；
[0028]2、本發(fā)明所述基于砷酸鈦氧鉀晶體的斯托克斯光源，使用了非線性晶體砷酸鈦氧鉀，該晶體非線性增益較高，物化性能穩(wěn)定，生長技術(shù)較成熟，同時(shí)具有高的損傷閾值，通過角度調(diào)諧的方式獲得1077.88nm到1089.02nm范圍內(nèi)的可調(diào)諧的斯托克斯光源；通過對(duì)所述斯托克斯光源的倍頻可以獲得534nm到540nm范圍內(nèi)的綠光；調(diào)諧范圍廣。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明所述砷酸鈦氧鉀晶體的晶體切割方向示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明所述基于砷酸鈦氧鉀晶體的斯托克斯光源的光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]其中，1、諧振腔的后腔鏡；2、斯托克斯諧振腔；3、非線性晶體砷酸鈦氧鉀；4、斯托克斯輸出鏡；5、倍頻晶體；6、濾光片。
【具體實(shí)施方式】
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[0032]下面結(jié)合實(shí)施例和說明書附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的說明，但不限于此。
[0033]實(shí)施例1、
[0034]—種基于砷酸鈦氧鉀晶體的斯托克斯光源，包括栗浦激光系統(tǒng)和斯托克斯諧振腔；所述斯托克斯諧振腔包括砷酸鈦氧鉀晶體、諧振腔的后腔鏡I和斯托克斯輸出鏡4，所述栗浦激