355nm激光泵浦BN晶体受激拉曼散射实验的研究夏腾+杜丹+赵崎策+陶宗慧摘要：自从受激拉曼散射被发现以后，发现了多种拉曼介质，这些拉曼介质有气体、液体还有固体，从这些介质的受激拉曼散射中得到上百条谱线，光谱分布从紫外到近红外，有效拓宽了激光光谱范围。增益较高的拉曼晶体有碳酸盐、硝酸盐和钨酸盐晶体，在这些晶体中Ba（NO3）2晶体是最有潜力的材料之一。该文研制出一套实验系统，通过受激拉曼散射的原理和实验结合来研究硝酸钡晶体的受激拉曼散射现象。研究内容主要包括如下：搭建一级放大1064nm激光实验系统；在1064nm有源光基础上，完成泵浦光355nm激光的搭建；完成355nm激光泵浦Ba（NO3）2晶体的受激拉曼散射实验研究。关键词：355nm激光BN晶体受激拉曼散射：O437文献标识码：A：1674-098X（2014）12（a）-0023-021绪论1.1引言激光的出现使受激拉曼散射等非线性光学在理论研究和应用有了长足的发展。20世纪80年代前，较为实用的拉曼介质主要为气体拉曼介质，例如H2，CH4等，气体中的受激拉曼散射在激光频移、脉冲压缩还有放大等方面得到广泛的应用。在1963年晶体介质中受激拉曼散射的首次报道，G.Eckhardt等人在金刚石、方解石等晶体中发现了受激拉曼散射效应。之后近20年，天然方解石晶体由于具有较大的尺寸和较低价格成为了唯一实用的固体拉曼介质。1977年，C.P.Dzhotyan等人以LiIO3和HIO3晶体作为非线性介质研究参量振荡时发现了在这些晶体中同时存在着受激拉曼散射效应。1980年，Eremenko等人获得了Ba（NO3）2晶体在可见光区域的拉曼激光。之后相继出现多种拉曼散射增益系数大并且价格适中的人工晶体，例如BaWO4，KGd（WO4）2及YVO4等晶体，晶体的受激拉曼散射研究开始受到关注。1.2受激拉曼散射效应受激拉曼散射与自发拉曼散射相比，具有方向性好、光强度极高、高单色性、光脉冲时间短等特点。从受激拉曼散射的以上主要特点可以看出，受激拉曼散射光和激光具有相同的特性，因此往往把受激拉曼散射叫做拉曼激光。受激拉曼散射既属于光受激辐射的一种形式，同时也属于非线性光谱学的一个方面。实验表明，受激拉曼散射光谱具有特殊的光谱规律，具体表现如下。（1）多重谱线特性。在受激拉曼散射的光谱中，除出现一些和普通拉曼散射光谱的频移相同的谱线外，还有一些频率间隔相等的高阶拉曼散射谱线。（2）受激拉曼散射的谱线往往和普通拉曼散射谱线中最强谱线的位置相同。这可以从最强谱线具有较大的拉曼散射截面来解释，当最强线受激时，其他的弱线就很难受激，拉曼介质中的杂质也很难产生受激拉曼散射。（3）在普通的拉曼散射光谱中，斯托克斯线是较容易出现的，反斯托克斯线则很难被拍摄到，这是因为反斯托克斯线的强度太弱。而在受激拉曼散射的光谱中除可以产生低频方向的斯托克斯受激散射的谱线外，还可产生高频方向同样频移的反斯托克斯受激散射的谱线。受激拉曼散射光谱和自发拉曼散射光谱规律不仅有相同之处，还有所区别。区别主要由受激拉曼散射和自发拉曼散射光谱的产生机制不同所引起的。下面从经典理论和量子理论两方面来论述受激拉曼散射的产生机制。2实验分析2.1实验系统的搭建通过阅读文献知，Ba（NO3）2晶体被认为是纳秒脉冲首选的拉曼晶体。在该文中采用一级放大退压式电光调Q的方式获得纳秒量级的1064nm有源光，在有源光的基础上，利用晶体的非线性效应得到532nm二倍频光；1064nm和532nm二波和频得到了355nm的三混频光。实验中为了防止泵浦光能量不足以达到BN晶体的拉曼阈值，采用了一级放大实验系统，得到高功率的1064nm有源光，进而获得相对强的355nm泵浦光。激光器的基本组成：工作物质、谐振腔、泵浦源。在本次实验中工作物质为Nd：YAG；谐振腔为平凹型稳定腔；泵浦源为氙灯泵浦。2.2实验分析2.2.1二倍频实验二倍频是非线性光学现象中的一种，在晶体中光波有o光和e光之分，其中e光的折射率随波矢和光轴间的夹角角而变化。改变光波的角，使e光的折射率变化。当角变化到某一角度θp时，e光的折射率刚好使相位匹配公式成立。这种改变晶体入射角度来实现相位匹配的方法被称之为角度相位匹配或临界相位匹配，使相位匹配条件成立时的角度θp被称为...