基於BaTeMo₂O₉晶體的全固態拉曼雷射器的製作方法

2023-05-30 22:49:06 1

專利名稱：基於BaTeMo2O9晶體的全固態拉曼雷射器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種採用BaTeMo2O9晶體的全固態拉曼雷射器,屬於全固態雷射器技術領域。
背景技術：
利用晶體的非線性光學變頻效應是獲得新雷射波長的重要方法，因此成為光學領域中研究的熱點。受激拉曼散射(SRS)屬於 三階非線性光學效應，是較早被發現的非線性光學現象之一。以SRS效應為基礎實現的雷射頻率轉化具有高功率、高轉換效率、波長選擇範圍廣等優點。覆蓋真空紫外到近紅外波長範圍使其在海底通訊、大氣監測、雷射雷達、環境監控、光刻技術、雷射掃描、雷射清潔等領域內都有廣泛的應用。1963年，晶體中的SRS效應首次在鑽石、冰洲石和硫中發現。(G. Eckhaidt,D. P. Bortfeld, and M. Geller, Appl. Phys. Lett. , 3,137,1963. ) 1977 年 Ammann 等人用 Nd3+雷射器泵浦LiIO3得到77%的轉換效率後，晶體中的SRS效應開始受到人們的廣泛關注。(E. 0. Ammann and C. D. Decker, J. Appl. Phys. , 48,1973,1977.)隨著高光學質量拉曼晶體的出現，可以通過SRS效應獲得一般固體雷射器不能得到的波長。與氣體和液體拉曼介質相比，固體拉曼介質具有增益高、熱傳導性好、機械特性好、易於和全固態雷射技術相結合等優點。以晶體作為拉曼介質的固體拉曼雷射器結構緊湊、效率高、穩定性好，在信息、交通、測量、醫療、國防和工農業等領域都有廣泛的應用。例如利用拉曼介質對Nd3+的1064nm和1340nm雷射進行頻率轉換，可以分別獲得IlOOnm和1500nm的紅外光譜，其中，1500nm波段的光由於視網膜吸收少，被稱為人眼安全雷射，在雷射雷達和自由空間通訊中具有重要的應用。(Y. F. Chen, Opt. Lett. , 29, 2172, 2004.)固體拉曼雷射器另一個重要的應用是可以得到黃橙波段的雷射，由於目前無法通過激活離子直接躍遷產生黃光，因此，黃光波段的雷射比產生其他波段的可見光要困難。利用1064nm調Q雷射作為泵浦源，通過SRS產生一階Stokes雷射,再通過倍頻可以得到黃橙波段的雷射。(H. M. Pask and J. A. Piper, Opt.Commun, 148, 285,1998.)或者可以直接以532nm綠光作為泵浦原，通過SRS效應獲得黃橙波段的雷射。(R. P. Mildren, M. Convery, H. M. Pask, and J. A. Piper, Opt. Express, 12, 785,2004.)該波段在醫學、雷達、光譜學、測海學、信息存儲和雷射導航中具有重要的應用。正是由於具有這些優點，近幾年固體拉曼介質及固體拉曼雷射器已成為雷射材料和器件領域的研究熱點。拉曼晶體是固體拉曼雷射的基礎材料。理想的拉曼晶體具有以下性質具有高的拉曼增益係數，高的熱導率，高的損傷閾值，易於生長出大尺寸、高質量的單晶，具有寬的透光波段，穩定的物理化學性能，優異的機械性能等。拉曼晶體的性能主要由原子團的性質決定，對於不同的原子團，如[WO4]，[NO3]，[VO4]等，內部振動頻率不同、拉曼線寬、散射截面也都不相同。鹼土金屬對這類晶體的拉曼性能也有影響。鑰酸碲鋇BaTeMo2O9屬於單斜晶系，空間群為P2。晶胞參數為a = 5. 5407 A, b =7. 4661 A, c = 8. 8448 A, ^ = 90. 841。，Z = 2。由休斯敦大學 H. S. Ra 等於 2003 年首次合成，並由山東大學晶體材料研究所張衛國等採用助熔劑法首次生長出大尺寸單晶，並對其性能進行了表徵(Ra H. S. ,Ok K. M. , and Halasyamani P. S. , J. Am. Chem. Soc. 125,7764，2003 ；Zhang ff. , Tao X. , Zhang C. , Gao Z. , Zhang Y. , Yu ff. , Cheng X. , Liu X. , and JiangM.，Cryst. Growth Des. ,8,304,2008.)。晶體表現出高的損傷閾值、寬的透光波段，適中的機械性能、穩定的物理化學穩定性。作為一種四元鑰酸鹽化合物，目前尚未有此晶體拉曼性能極其拉曼雷射方面的報導。
發明內容本實用新型針對BaTeMo2O9晶體在全固態拉曼雷射器應用方面存在的不足，提供一種以BaTeMo2O9晶體為基質，通過腔外諧振實現此晶體各階受激拉曼雷射輸出，結構簡單、高效、穩定的基於BaTeMo2O9晶體的全固態拉曼雷射器。本實用新型的基於BaTeMo2O9晶體的全固態拉曼雷射器，採用以下技術方案該全固態拉曼雷射器，包括雷射泵浦光源、光闌、格蘭稜鏡和諧振腔，雷射泵浦光 源、光闌、格蘭稜鏡和諧振腔依次排列在一起，諧振腔包括輸入鏡、BaTeMo2O9晶體、輸出鏡和濾波片，BaTeMo2O9晶體設置在輸入鏡與輸出鏡之間，濾波片設置在輸出鏡的外側。雷射泵浦光源為BaTeMo2O9晶體透光波段內的波長為500nm-5000nm的雷射，中心波長為1064nm。BaTeMo2O9晶體按照光學Z軸加工。雷射泵浦光源經過光闌將光斑大小調整為2_，通過格蘭稜鏡的偏振態變為水平偏振，經過輸入鏡進入諧振腔，在BaTeMo2O9晶體中發生受激拉曼散射，其中雷射泵浦光源被輸出鏡高反(高度反射)，再次通過BaTeMo2O9晶體時實現雙程拉曼泵浦，產生的拉曼光被輸入鏡高反，雙程泵浦所產生的拉曼光經過腔鏡輸出鏡部分透過，實現一階拉曼雷射輸出、二階拉曼雷射輸出、三階拉曼雷射輸出或一階和二階拉曼雷射的同時輸出，不同階數的拉曼雷射輸出是通過根據雷射泵浦光源波長和輸出的拉曼雷射波長對輸入鏡和輸出鏡進行鍍膜實現的。本實用新型採用BaTeMo2O9晶體，在充分研究該晶體自發拉曼光譜的基礎上，選擇最佳的拉曼頻移，使用調Q的1064nm脈衝雷射器，以腔外諧振的方式成功的產生了高效(48%的轉換效率)、穩定的一階(1178nm)、二階(1320nm)和三階(1500nm)的拉曼雷射輸出，甚至同時實現一階和二階拉曼雷射多波長的輸出，具有結構簡單、高效、穩定的特點，產生的寬波段、高效拉曼雷射在海底通訊、大氣監測、雷射雷達、環境監控、光刻技術、雷射掃描、雷射清潔等領域內具有廣泛的應用。

圖I是BaTeMo2O9晶體Z方向不同配置條件下的自發拉曼光譜圖。圖2是本實用新型基於BaTeMo2O9晶體的全固態拉曼雷射器的光路結構示意圖。其中1、雷射泵浦光源,2、光闌,3、格蘭稜鏡,4、輸入鏡,5、輸出鏡,6、濾波片,7、BaTeMo2O9 晶體。
具體實施方式
[0016]如圖I所示，本實用新型所涉及的BaTeMo2O9晶體在532nm雷射照射條件下，自發拉曼光譜中顯示出一個很強的拉曼頻移(921CHT1)，並且具有較窄的半峰寬(5.6CHT1)，利用此拉曼頻移，在合適的雷射泵浦條件下，實現一階、二階、三階甚至更高階的斯託克斯拉曼雷射頻移。通過根據雷射泵浦光源波長和設計輸出的拉曼雷射波長對諧振腔的輸入鏡和輸出鏡進行鍍膜實現一階、二階甚至三階的拉曼雷射輸出，甚至同時實現一階和二階拉曼雷射多波長的輸出。實施例I圖2給出了本實用新型基於BaTeMo2O9晶體的全固態拉曼雷射器的光路結構，包括雷射泵浦光源I、光闌2、格蘭稜鏡3和諧振腔,雷射泵浦光源I、光闌2、格蘭稜鏡3和諧振腔依次排列在一起，諧振腔包括輸入鏡4、BaTeMo209晶體7、輸出鏡5和濾波片6，BaTeMo2O9晶體7設置在輸入鏡4與輸出鏡5之間,濾波片6設置在輸出鏡5的外側。雷射泵浦光源I的中心波長為1064nm，可進行電光調Q，並且可以採用Nd3+YAG,Nd3+GGG等電光、聲光調Q雷射器。同樣，在BaTeMo2O9晶體透光波段內的500nm-5000nm的 其它波段的雷射泵浦光源也可以替代1064nm光源，並產生相應的拉曼雷射。本實施例中的雷射泵浦光源I採用電光調Q的Nd = YVO4雷射放大系統產生的1064nm泵浦光源。BaTeMo2O9晶體7按照光學Z軸加工，BaTeMo2O9晶體7的取向和長度可以根據具體要求進行選取，晶體的端面形狀和面積可以根據光束界面的面積確定。本實施例中的尺寸為 5X5X35mm3。本實施例中，諧振腔的腔長為40mm。輸入鏡4的前端面鍍有1064nm增透膜，後端面鍍有1064nm增透膜和1120_1185nm高反膜。輸出鏡5為一階斯託克斯雷射的輸出鏡，對1178nm部分透過。輸入鏡4和輸出鏡5都鍍有1320nm增透膜，來抑制二階斯託克斯雷射產生。根據BaTeMo2O9晶體7的長度諧振腔的腔長和形狀均可進行調節。在重複頻率為1Hz、脈寬為10ns、能量為40mJ泵浦條件下，5 X 5 X 35mm3的BaTeMo2O9晶體可以獲得19. 2mJ的1178nm拉曼雷射輸出。由電光調Q的Nd = YVO4雷射放大系統產生的1064nm泵浦光源，經過光闌2將光斑大小調整為2mm，通過格蘭稜鏡3的偏振態變為水平偏振，經過高增透1064nm的輸入鏡4進入諧振腔，在BaTeMo2O9晶體7中發生受激拉曼散射，實現一階斯託克斯頻移。其中泵浦光被輸出鏡5高反，再次通過BaTeMo2O9晶體7時實現雙程拉曼泵浦，產生的拉曼光被腔鏡輸入鏡4高反，雙程泵浦所產生的拉曼光經過輸出鏡5部分透過，實現拉曼雷射輸出。輸出光經過濾波片6後輸出能量用能量計接收，脈衝波形由光譜儀捕捉。實施例2本實施例與實施例I不同的是，將輸入鏡4和輸出鏡5的鍍膜做以下改變輸入鏡4的前端面鍍1064nm增透膜，後端面鍍1064nm增透膜以及1178nm和1320nm高反膜；輸出鏡5鍍1500nm增透膜以及1064nm和1178nm高反膜，部分透過1320nm。雷射泵浦光源、諧振腔和晶體取向、長度如實施例I所示，均可以進行相應的替換和調節。這樣可以實現二階受激拉曼雷射輸出(1320nm)。實施例3本實施例與實施例I不同的是，將輸入鏡4和輸出鏡5的鍍膜做以下改變輸入鏡4的前端面鍍1064nm增透膜，後端面鍍1064nm增透膜以及1178nm、1320nm和1500nm高反膜；輸出鏡5鍍1500nm增透膜以及1064nm、1178nm、1320nm高反膜,部分透過1500nm。雷射泵浦光源、諧振腔和晶體取向、長度如實施例I所示，均可以進行相應的替換和調節。這樣可以獲得人眼安全的三階受激拉曼雷射輸出(1500nm)。實施例4 本實施例中，雷射泵浦光源、諧振腔和晶體取向、長度與實施例I 一樣，與實施例I不同的是，輸入鏡4的前端面鍍1064nm增透膜，後端面鍍1064nm增透膜以及1178nm和1320nm高反膜，輸出鏡5鍍1064nm高反膜，部分透過1178nm和1320nm。這樣可實現一階和二階拉曼光的同時輸出。
權利要求1.一種基於BaTeMo2O9晶體的全固態拉曼雷射器,包括雷射泵浦光源、光闌、格蘭稜鏡和諧振腔，其特徵是雷射泵浦光源、光闌、格蘭稜鏡和諧振腔依次排列在一起，諧振腔包括輸入鏡、BaTeMo2O9晶體、輸出鏡和濾波片，BaTeMo2O9晶體設置在輸入鏡與輸出鏡之間，濾波片設置在輸出鏡的外側。
2.根據權利要求I所述的基於BaTeMo2O9晶體的全固態拉曼雷射器，其特徵是所述雷射泵浦光源為BaTeMo2O9晶體透光波段內的波長為500nm-5000nm的雷射，中心波長為1064nm。
專利摘要本實用新型提供一種基於BaTeMo2O9晶體的全固態拉曼雷射器，包括雷射泵浦光源、光闌、格蘭稜鏡和諧振腔，雷射泵浦光源、光闌、格蘭稜鏡和諧振腔依次排列在一起，諧振腔包括輸入鏡、BaTeMo2O9晶體、輸出鏡和濾波片，BaTeMo2O9晶體設置在輸入鏡與輸出鏡之間，濾波片設置在輸出鏡的外側。本實用新型採用BaTeMo2O9晶體，在充分研究該晶體自發拉曼光譜的基礎上，選擇最佳的拉曼頻移，使用調Q的1064nm脈衝雷射器，以腔外諧振的方式成功的產生了高效、穩定的一階、二階和三階的拉曼雷射輸出，甚至同時實現一階和二階拉曼雷射多波長的輸出，具有結構簡單、高效、穩定的特點。
文檔編號H01S3/0941GK202550281SQ20122014306
公開日2012年11月21日 申請日期2012年4月6日 優先權日2012年4月6日
發明者陶緒堂, 高澤亮 申請人:山東大學