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用
【技術領域】
[0001]本發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用，屬于紅外光源的技術領域。
【背景技術】
[0002]現有技術的斯托克斯光源調諧手段復雜，可調諧范圍窄，如固態拉曼激光器是通過改變栗浦光波長和拉曼晶體種類來實現斯托克斯光的波長調諧。傳統的托克斯光源大多都需要冷卻系統對工作物質進行冷卻，結構復雜，且得到的斯托克斯光源不易調諧、線寬較寬。
[0003]現有技術中砷酸鈦氧鉀晶體作為工作介質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、調Q裝置和KTA晶體；由KTA晶體實現1.06微米基頻光的拉曼轉換獲得1.14微米附近的拉曼光。
[0004]中國專利CN202050156公開了一種548.5nm全固態拉曼激光器。其包括栗浦源、耦合透鏡組、耦合腔等，耦合腔內放置激光晶體、拉曼晶體、調Q器件、倍頻晶體，其使用YV04晶體的259cm -1拉曼頻移產生1097nm激光波長后經過倍頻得到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相應波長的光透過率或反射率大于96 %的介質膜。

【發明內容】

[0005]針對現有技術的不足，本發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生斯托克斯光源。
[0006]本發明還提供了上述斯托克斯光源的工作方法。該方法實現了 1077.88nm到1089.02nm范圍內的可調諧的斯托克斯光輸出。
[0007]本發明還提供了上述斯托克斯光源倍頻得到綠光的工作方法。實現534nm到540nm范圍內的綠光輸出。
[0008]本發明的技術方案:
[0009]發明概述:本發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、斯托克斯諧振腔和倍頻系統；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，所述栗浦激光系統發出的栗浦激光以一定的角度進入斯托克斯諧振腔，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現斯托克斯光的調諧輸出，通過角度調諧的方式可以獲得1077.88nm到1089.02nm范圍內的可調諧的斯托克斯光。所述倍頻系統包括倍頻晶體和濾光片，通過對所述斯托克斯光源的倍頻，獲得534nm到540nm范圍內的綠光光源。
[0010]受激激子散射是一種產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的非線性過程，在受激激子散射過程中，栗浦光、產生的斯托克斯光和極化波這三束光在其交疊的區域內相互作用，繼續產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聲子Al模的晶體中，在滿足動量守恒和能量守恒的條件下，受激激子散射可以用于產生可調諧的斯托克斯光。
[0011]本發明的技術方案如下:
[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，所述栗浦激光系統發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成斯托克斯光源。所述栗浦激光系統產生栗浦光。
[0013]根據本發明優選的，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，所述倍頻系統包括濾光片和倍頻晶體；所述栗浦激光系統發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]根據本發明優選的，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，所述栗浦激光系統發出的栗浦激光進入斯托克斯諧振腔，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]根據本發明優選的，所述砷酸鈦氧鉀晶體為非線性晶體砷酸鈦氧鉀。由栗浦激光系統產生的栗浦光經過斯托克斯諧振腔內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模，產生受激激子散射，產生非線性參量過程。通過改變栗浦光入射到非線性晶體砷酸鈦氧鉀中的角度，實現斯托克斯光的調諧輸出。
[0016]進一步優選的，所述非線性晶體砷酸鈦氧鉀的晶體切割方向為Θ =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;本發明中的所有非線性晶體的尺寸可以根據具體栗浦光光斑尺寸和入射角要求進行選取。
[0017]進一步優選的，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，同時讓晶體產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振蕩，通過斯托克斯輸出鏡輸出。
[0018]進一步優選的，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]根據本發明優選的，所述斯托克斯輸出鏡針對波長為100nm-1lOOnm的光的透過率為 0.01%?99.99%o
[0020]根據本發明優選的，所述栗浦激光系統產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范圍內的可調諧的斯托克斯光源。
[0021]根據本發明優選的，所述栗浦激光系統為準連續的重復頻率為lOOHz-lOOkHz的脈沖激光系統、閃光燈栗浦或者LD栗浦的低重頻的1-1OOHz的激光系統；所述栗浦激光系統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]栗浦激光系統發出的栗浦激光進入斯托克斯諧振腔中，所述非線性晶體砷酸鈦氧鉀產生受激激子散射，產生斯托克斯光；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范圍內的可調諧斯托克斯光源。
[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范圍內的可調諧斯托克斯光依次入射倍頻晶體，對斯托克斯光波段高反、對綠光高透的濾光片，獲得534nm到540nm范圍內的綠光。
[0026]本發明的有益效果:
[0027]1、本發明所述基于砷酸鈦氧鉀晶體的斯托克斯光源，具有小角度調諧的優點，SP在固定栗浦波長和非線性晶體的條件下，通過小范圍內改變栗浦光的入射角度就可以實現斯托克斯光的調諧輸出，實現了波長的調諧；基于受激激子散射的斯托克斯光源具有便于調諧、使用方便、可封裝集成、室溫工作、線寬窄等優點；
[0028]2、本發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，物化性能穩定，生長技術較成熟，同時具有高的損傷閾值，通過角度調諧的方式獲得1077.88nm到1089.02nm范圍內的可調諧的斯托克斯光源；通過對所述斯托克斯光源的倍頻可以獲得534nm到540nm范圍內的綠光；調諧范圍廣。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發明所述砷酸鈦氧鉀晶體的晶體切割方向示意圖；
[0030]圖2是本發明所述基于砷酸鈦氧鉀晶體的斯托克斯光源的光路結構示意圖；
[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。
【具體實施方式】
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[0032]下面結合實施例和說明書附圖對本發明做詳細的說明，但不限于此。
[0033]實施例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