[实用新型]独立调谐的多波长染料激光器

说明书

本实用新型属于激光器件领域。

目前，实际应用的可调谐染料激光器，仍然限于单一波长运转。然而，在激光光谱学、非线性光学和干涉计量等领域里的应用和研究不断地提出这样的需求，即要求使用有一定同步关系的两个乃至多个可调谐波长的激光。为了利用一台染料激光器同步地产生二个波长的可调谐激光，人们曾经提出过一些设计。但这些设计在结构和运转方式上基本上与单波长运转的染料激光器相同，即单柱面聚焦镜、单层染料池和单一增益区。例如美国专利US3857109和文献Y.Saito，etal.，Applied    Oplics，24（16），2477（1985）。这些设计，具有以下三个方面的缺陷。

（1）不同波长的振荡处于同一染料增益区内，因而不可避免地产生增益的竞争，使各波长振荡的相对强度难以控制。

（2）各波长的调谐不能完全独立，调节一个波长，另一个就要受到牵动。

（3）需要过多的插入元件，使腔内光能损耗过大，结构复杂，难以稳定运转。

本实用新型的目的正是为了克服上述诸缺陷，通过空间分离横向泵浦，使各激光波长在不同的增益区内振荡、从而实现两个乃至多个波长的无频差限制的独立调谐。

本实用新型的设计原理是通过多柱面聚焦透镜［1］实现空间分离横向泵浦，并且各波长在染料池［2］作空间分离振荡，使用棱镜组扩束器［3］作各波长的共同扩束元件，使用衍射光栅［4］作为各波长的共同色散元件，并分别旋转反射镜［5］、［6］、［7］、［8］完成独立调谐。在结构上，技术要点是

（1）    泵浦系统：利用平行并置的多柱面聚焦透镜［1］代替单柱面聚焦透镜，形成空间分离的多个平行泵浦光焦线。

（2）    染料池：采用相应的隔层染料池［2］代替单层染料池，使每个泵浦光焦线射进不同的池层，从而可以同时使用不同的或相同的激光染料。

（3）    色散和调谐系统：采用透射光栅［4］代替反射光栅，同时利用空间分束和正负衍射级，由不同的尾端反射镜［5］、［6］、［7］、［8］分别实现不同波长的振荡和调谐。

本实用新型与已有技术相比具有以下突出的优点：由于各波长振荡所处的染料增益区在空间上分离，完全消除了增益竞争；由于可以同时使用不同的激光染料，各个振荡波长之频差不受单一染料增益的限制；由于采用透射光栅色散和多个尾端反射镜独立调谐，完全消除了波长调节的相互牵制；腔内无需增加任何附加元件，光能损耗小，结构简单。此外，横向泵浦的多柱面透镜系统，可以分别加工成不同数目的柱面，染料池配以相应的隔层和尾端配以相应的反射镜，激光振荡波长的数目就可以是任意个。

本实用新型的实施可以是双波长、三波长、四波长等形式。图给出了独立调谐的四波长染料激光器的整体结构示意图。结合图一说明四波长运转的实施情况。

一束具有相当截面的泵浦激光束（例如，具有20×15截面积的紫外氮分子激光或准分子激光。对于截面较小的泵浦激光束，例如，三倍频的YAG激光，事先经过望远镜扩束。）经过平行并置的四柱面聚焦透镜［1］，实现了侧面分离横向泵浦激光束，并在染料池［2］的入射窗口内侧形成上下平行的四条焦线。染料池是具有中间隔壁的四层，可以同时充以四种不同的（或相同的）染料溶液。例如在可见光波段的激光染料：DCM，R6G，香豆素，荧光素钠。调整染料池位置，使四个泵浦光的焦线分别处于染料池的四个隔层之中。为利于宽谱域的扩束和提高激光效率，抑制放大自发辐射背景，实现高偏振度的激光输出，可以采用消色散的布儒斯特角棱镜组扩束器［3］。为使宽谱域的四个波长有一个共同色散元件，四个波长振荡光束分为上下四层，采用透射式光栅［4］，要求光栅有尽可能高的衍射效率，并使用±1级。尾端四个条形调谐反射镜［5］、［6］、［7］、［8］是绕铅垂直方向旋转的，实现λ₁、λ₂、λ₃、λ₄四个波长调谐，对于上述四种染料，四个波长的调谐可以覆盖4000－7000的可见区。最后调谐的波长通过输出镜［9］输出。