[发明专利]一种采用六氟化硫受激拉曼产生频率梳的装置

说明书

本发明是一种基于气体受激拉曼产生频率梳的装置，通过脉冲激光泵浦六氟化硫气体拉曼介质，产生级联受激拉曼和级联四波混频效应，实现覆盖宽光谱范围具有多条谱线的光学频率梳的输出。本发明选用六氟化硫气体作为拉曼活性介质，相比于其他的拉曼活性气体，六氟化硫的拉曼频率位移较小，仅有775cm^‑1，产生的光学频率梳的谱线会更多并且更加密集。通过调节拉曼池中的六氟化硫气体的气压，可以实现对输出频率梳谱线数目和能量的调节。同时，往拉曼池中充入惰性气体则可以改善受激拉曼过程中的热效应，提高拉曼转化效率，并使输出能量更为稳定。该发明是一种有效的多谱线高能量光学频率梳输出装置。

技术领域

本发明属于激光拉曼变频领域，具体涉及一种基于六氟化硫气体受激拉曼产生频率梳的装置。

技术背景

光学频率梳是由频率域中相等间隔的一系列谱线所组成，通常覆盖比较宽的光谱范围。由于其在光钟、精密测距、任意波形产生等领域的广泛应用，光学频率梳受到越来越多的关注。同时，根据测不准原理，可以通压缩宽光谱范围的激光脉冲的手段来获取超短激光脉冲，因此，光学频率梳是产生阿秒激光脉冲并用以研究超快过程动力学方法的主要来源之一。通过级联受激拉曼和四波混频可以实现光学频率梳的输出。

受激拉曼是一种拓宽高峰值功率激光器光谱范围的有效方法。气体和固体介质均可用于受激拉曼转化，固态的拉曼活性介质往往具有高增益系数，体积较小等优点，其损伤阈值较低，且拉曼频移也比较小，在1000cm^-1左右；相对应的，气体拉曼活性介质拥有较低的拉曼增益系数和较大的损伤阈值等特点，其拉曼位移比较大，常见的拉曼活性气体如氢气的振动模式拉曼频移为4415cm^-1，甲烷为2917cm^-1，而二氧化碳为1388cm^-1。因此，气体受激拉曼激光的光谱往往覆盖范围广，光谱更为丰富。气体拉曼介质低增益的问题则可以通过腔内拉曼或多程池等手段解决。

当拉曼活性介质被激光泵浦产生的一阶斯托克斯拉曼转化增加时，由一阶斯托克斯光泵浦介质则可产生二阶斯托克斯光，通过这样的级联受激拉曼就可产生低频带的光学频率梳。同样的，通过级联四波混频可产生高频带的光学频率梳。基于这种原理，本发明选用六氟化硫气体作为拉曼活性介质，来实现光学频率梳的输出。六氟化硫的拉曼活性振动模式为A_1g，频率位移仅有775cm^-1，比一般的拉曼活性气体小很多，因此由六氟化硫气体通过级联受激拉曼和四波混频产生的光学频率梳的谱线会更多并且更加密集。

发明内容

基于以上背景技术，本发明提供一种基于六氟化硫气体受激拉曼产生频率梳的装置，通过脉冲激光泵浦六氟化硫气体拉曼介质，产生级联受激拉曼和级联四波混频效应，实现覆盖宽光谱范围具有多条谱线的光学频率梳的输出，本发明实用性是用单色激光光源泵浦拉曼池，输出具有多条谱线的频率梳。其过程是：泵浦激光聚焦入射到装有拉曼活性气体的拉曼池中，泵浦光与气体介质作用，产生级联受激拉曼和四波混频效应，输出等频率间距多条谱线的光学频率梳，最后经过棱镜进行分离。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种六氟化硫气体受激拉曼频率梳输出装置，其主要组成部分有四部分：泵浦源激光器、后向光隔离器、受激拉曼发生输出系统和激光分离输出系统；所述后向光隔离器由二分之一波片、偏振立方体、四分之一波片、束流收集器组成；所述受激拉曼发生输出系统由平凸透镜Ⅰ、拉曼池、平凸透镜Ⅱ组成；所述激光分离输出系统由佩林·布洛卡棱镜、激光选择挡板组成，利用佩林·布洛卡棱镜色散功能将不同波长的激光分离，激光选择挡板即可选择要输出的激光波长；