基于拉曼晶体的多波长激光技术研究进展

利用受激拉曼散射效应,以拉曼晶体作为介质,可产生同轴输出的多波长激光信号,该种激光器具有结构紧凑、脉冲能量高和波长可调谐等特点,在全色激光成像与显示、光电对抗等领域有着重要的应用前景。本文介绍了受激拉曼散射基本原理和常用拉曼激光器结构,研究了国内外基于拉曼晶体的多波长激光技术的研究进展,总结了利用受激拉曼散射产生多波长激光存在的不足。针对目前受激拉曼散射高阶散射光较难生成,生成的多波长激光信号覆盖谱段较窄,输出功率较低,调谐方式单一等问题,提出了今后多波长激光技术发展方向。     

基于光子晶体光纤的受激拉曼散射全光波长转换研究

基于光纤中前向瞬态受激拉曼散射效应分析理论,利用光子晶体的高非线性特性,对光子晶体光纤拉曼波长转换进行了数值分析,并建立了全光波长转换设计方案的理论模型,给出了设计原理框图及实现方法。用OptiSystem对四路探测光进行波长转换仿真,仿真结果表明:所设计的全光波长转换器同时对四路探测光实现波长转换,转换输出的信号光码型和输入泵浦信号光码型一致,并且所得到的眼图线迹清晰,眼睛张开度良好。论证了该设计方案可行。     

多波长泵浦宽带拉曼放大器功率增益研究

受激拉曼散射（SRS）的Stokes波谱线型比较复杂,本文分别用Gauss线型和Lorentz线型,研究多波长泵浦宽带Raman放大器的增益特性,提出宽带增益平坦的多波长泵浦方案,研究表明增益平坦程序与泵清波频率间隔密切相关。对G．652、G．653、G．655光纤和新型大有效面积非零色散平坦光纤的Raman放大增益分别进行了研究,结果表明Raman增益与光纤种类和光纤传输性有关,特别是随光纤有效纤芯面积的增大而明显减小。     

甲烷和氢气混合气体中的多波长拉曼转换

探索Nd：YAG倍频激光与受激拉曼散射(SRS)结合获得从紫外到可见光范围的多波长输出，可应用于激光雷达探测空气污染等领域。利用Nd：YAG激光的三倍频355nm波长输出在甲烷及甲烷和氢气混合气体中的拉曼特性进行研究。获得在396nm，416nm，447nm和503nm 515nm等多个波长分别约100mW的同时输出，以及对个别波长的增强。讨论了不同常见的工作气体及混合气体的特点。与单一工作气体(氢气或甲烷)相比，混合气体可以获得更为丰富的波长输出。相比甲烷气体在紫外激光照射下的分解作用，由于氢气的加入一定程度上抑制了分解反应，混合气体产生的分解沉淀较少。     

基于掺锗光子晶体光纤的可调谐多波长转换器

为了提高光网络中波长资源的使用效率,利用光纤中瞬态受激拉曼散射效应分析理论,设计了一种基于掺锗光子晶体光纤的可调谐四通道波长转换器。由于受激拉曼散射效应的增益随信号光与探测光波长之间的频移量变化,波长转换器各个转换信道波长可由探测光波长调谐。分析了泵浦信号光输入功率对多波长转换器性能的影响,结果表明:随着输入泵浦功率的增大,多路波长转换器的转换性能更好。用OptiSystem对四通道可调谐波长转换进行仿真,结果表明:所设计的波长转换器能够同时实现四通道波长转换,各信道波长可在1 511~1 569nm进行调谐。     

高功率自由空间拉曼放大技术研究进展(特邀)

高功率特殊波段激光在钠信标、激光测距、激光雷达、自由空间通信等领域具有重要的应用价值。目前,基于受激拉曼散射(stimulated Raman scattering, SRS)的拉曼激光器及放大器已经被证实为拓展激光波段和功率的有效途径。不同于基于粒子数反转激光器在产生和放大过程中需匹配激光增益介质固有的吸收和发射谱,SRS过程理论上能够在其拉曼增益介质透过光谱的全范围内工作,故只需要相互作用光束的频率差满足拉曼增益介质的固有频移,便可实现光束之间的能量直接转移。因此,拉曼放大技术能够利用常规波段的泵浦光对特殊波段的种子光进行放大,从而实现高功率、大能量、高光束质量的特殊波段激光输出。该方法具备波长选择灵活、结构简单、功率拓展性强等优点,近年来已经在钠信标光源等领域得到了应用。文中综述了高功率自由空间拉曼放大技术的主要原理、特性和研究进展,并对其发展趋势和应用前景进行了展望。     

可见光/近红外波段多波长皮秒激光研究

针对多波长皮秒激光覆盖谱段较窄、近红外波段激光较难生成等问题,基于受激拉曼散射效应,构建了一套实验系统,采用重频1 k Hz、波长532 nm皮秒激光泵浦KGd(WO4)2晶体,运用聚焦激光束泵浦、泵浦能量优化耦合等方法,实现了可见光、近红外波段多波长皮秒激光的生成,生成七阶斯托克斯光和六阶反斯托克斯光,覆盖谱段415~800 nm,输出总功率达到1.76 W.该研究成果可应用于新型皮秒激光源的研发方面.     

基于碲基光纤的可调谐拉曼波长转换研究

通过采用可调谐激光器作为输入光源,提出一种基于碲基光纤的可调谐拉曼波长转换器,其改善了普通波长转换器若想实现一段带宽范围内的波长转换需要多个连续探测激光器的缺陷.基于受激拉曼散射效应建立理论模型,通过理论模型计算可调谐范围,并对其进行仿真验证,同时分析了可调谐范围的影响因素.结果表明,所设计的波长转换器可达到73 nm的可调谐范围,通过仿真得出的可调谐范围与理论分析基本一致,证明了此方案的可行性.     

新型受激拉曼散射激活晶体光谱和固态受激拉曼散射激光器

拉曼散射发现后不久 ,在 G.Placzek建立的一般理论中 ,能找到拉曼散射受激过程的内涵。然而 ,光的受激拉曼散射直到激光辐射源出现以后才被发现。俄国科学家 N.G.Basov和 A.M.Prokhorov为激光的发明做出的贡献赢得了全世界的承认。 1 96 2年 ,E.J.Woodbury和 W.K.Ng用硝酸基苯克尔吸收池研究红宝石激光器 Q开关的时候 ,发现受激拉曼散射效应。在激光光谱中 ,他们观测到一个高强度的相对于激光频率频移1 34 5 cm- 1 的红外辐射成分 ,这种现象后来归结于受激拉曼散射效应。从那以后 ,这个令人着迷的非线性现象及其在激光光谱学和激光工…     

固体谐波多波长拉曼激光器

研究了多谐波固体激光器在气体中的受激拉曼散射，获得了多波长激光输出。利用Nd：YAG激光的二倍频、三倍频及四倍频的激光输出在氢气和甲烷气体中的受激拉曼特性获得多个波长的拉曼输出，波长范围覆盖紫外到可见光甚至近红外。列出了常用的几种拉曼工作气体，其中氢气和甲烷各有优缺点，而两者的混合气体一方面弥补了氢气频移过大的缺点，另一方面抑制了甲烷的易分解性。利用缓冲气体和混合气体优化拉曼激光的输出。给出了24个拉曼波长的功率输出数据，其中功率较大的有13个波长。多谐波固体激光与受激拉曼散射结合的多波长拉曼激光器在激光雷达等领域有广泛的应用。     

皮秒多脉冲泵浦KGW红外多波长拉曼激光器

报道了多脉冲机制泵浦KGW晶体的皮秒红外多波长拉曼激光器。建立数学模型研究了多脉冲泵浦机制对拉曼活性分子振动模式的影响,模拟结果显示了拉曼活性分子对多脉冲泵浦机制的响应相比于传统的单脉冲泵浦机制更加活跃与持久,从而促进衰减的分子振荡多次回到本征振动频率。多脉冲的增强效果有利于改善拉曼增益,降低拉曼阈值,提高拉曼转换效率。设计了皮秒多脉冲泵浦KGW拉曼晶体实验,结果表明,三脉冲泵浦机制将拉曼增益改善了2倍以上,拉曼阈值降低了50%以上,768 cm–1和901 cm–1拉曼模式的转换效率分别提高了16%和22%以上。基于三脉冲泵浦机制,设计了1 kHz毫焦级皮秒多脉冲泵浦KGW晶体红外多波长拉曼激光器,对于768 cm–1和901 cm–1两个振动模式,获得脉冲能量分别为1.39 mJ和1.38 mJ,最大拉曼转换效率分别为29.6%和25.7%。此外,对于两种拉曼模式,此拉曼激光器都可以同时输出多达8条红外拉曼光谱,涵盖范围800~1 700 nm。     

BaWO4晶体的受激拉曼散射

受激拉曼散射(SRS，Stimulated Raman scattering)属三阶非线性光学效应，它利用非弹性散射使入射激光产生一定频移，从而获得新波长激光，是一种有效的激光变频方式。我们利用波长为532nm，频率为10Hz的皮秒脉冲激光作为抽运源，采用单次通过方法实现了BaWO4晶体的受激拉曼散射。     

斜波导拉曼池提高准分子激光能量转换效率

采用波导结构的拉曼氢气池，通过泵浦光束在波导内部的传播，增大了受激拉曼散射的作用区域，从而明显提高了转换效率。采用倾斜波导使光束截面在传播中逐渐收缩，在一定的气压范围内提高了转换效率，并从理论上分析讨论了提高效率的原因。     

ICF驱动器谐波转换晶体中受激拉曼散射的数值计算

为了研究强激光谐波转换晶体中横向受激拉曼散射(TSRS)对大型惯性约束聚变(ICF)激光驱动器的危害，进行了TSRS的数值模拟计算。研究表明，ICF驱动器常规运行时，3ω光的时空分布在理想无调制的情况下，TSRS不会造成晶体的损伤。     

多阶级联拉曼光纤激光器的理论分析与优化设计

由稳态条件下描述光纤中受激拉曼散射(SRS)效应的光功率耦合方程出发,采用解析方法对多阶级联拉曼光纤激光器(CRFLs)进行了理论分析。根据拉曼光纤激光器级联阶数的奇偶性分别推导出了多阶级联拉曼光纤激光器的输出功率、光-光转换效率最大时的拉曼光纤长度和输出耦合器反射率。通过忽略反射回谐振腔输入端的剩余抽运光功率,计算了5阶级联拉曼光纤激光器的输出特性和光-光转换效率随光纤长度和输出耦合器反射率的变化。利用已有的5阶级联掺锗拉曼光纤激光器输出特性实验数据与理论分析结果进行了对比。     

固体拉曼激光器

简要介绍了固体拉曼激光器的研究现状,总结了几种常用的固体拉曼晶体[LiIO3,Ba(NO3)2,CaWO4]的受激拉曼实验特性,并对如何设计各种形式的拉曼激光装置以取得良好的频率转换做了分析。最后对固体拉曼激光器的发展做了展望。     

多波长泵浦宽带接曼放大器功率增益的Gauss近似研究

受激拉曼散射 (SRS)的Stokes波谱线型比较复杂 ,本文采用Gauss线型近似 ,研究了多波长泵浦宽带Raman放大器的增益特性 ,并提出了宽带增益平坦的多波长泵浦方案 ,研究结果表明增益平坦程度与泵浦波的频率间隔密切相关。对ITU -T的G .65 2、G .65 3、G .65 5光纤和新型的大有效面积非零色散平坦光纤的Raman放大增益特性分别进行了研究 ,结果表明Raman增益与光纤的种类和光纤传输特性有关 ,特别是随光纤有效纤芯面积的增大而明显减小。     

基于碲基光纤SRS效应的全光波长转换研究

通过对碲基光纤拉曼增益谱曲线进行线性拟合,利用光纤中N信道前向瞬态受激拉曼散射效应(SRS:Stimulated Raman Scattering)的非色散限制的分析理论对碲基光纤拉曼波长转换进行了数值模拟,并对影响拉曼波长转换的因素进行了分析,同时与普通硅基光纤拉曼波长转换进行了比较。结果表明:在采用同样功率泵浦信号光的情况下,较普通硅光纤波长转换而言,利用碲基光纤进行拉曼波长转换采用的光纤长度较短,且得到的峰值转换效率高。