專利名稱：全固態(tài)被動(dòng)鎖模皮秒激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種皮秒脈沖激光器，尤其涉及一種全固態(tài)被動(dòng)鎖模皮秒激光器。
背景技術(shù)：
隨著超快激光技術(shù)的迅速發(fā)展，大能量的皮秒脈沖激光在工業(yè)加工、激光醫(yī)療、軍事以及科學(xué)研究中的應(yīng)用需求不斷增加。常規(guī)的連續(xù)鎖模激光器重復(fù)頻率在百M(fèi)Hz (IO8Hz)左右，對(duì)應(yīng)的單脈沖能量僅僅為nJ(10-9J)量級(jí)，極大地限制了其實(shí)際應(yīng)用。因而，研制出大能量、高穩(wěn)定性、高效率的全固態(tài)激光器是對(duì)皮秒脈沖技術(shù)應(yīng)用的迫切要求。現(xiàn)有的鎖模技術(shù)中，如在Proceedings of the Fourth InternationalConference on Multi-Material Micro Manufacture (2008:183 186)上發(fā)表的題為Micromachining of amorphous and crystalline Ni78B14Si8 alloys using micro-secondand pico-second lasers的文獻(xiàn)中將nj輸出的連續(xù)鎖模種子脈沖,先后通過光學(xué)隔離、脈沖選單、行波放大或再生放大后，實(shí)現(xiàn)了數(shù)百nrii J級(jí)的脈沖輸出，但這樣的方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂。另外，如在 IEEE Jour, of Quan. Electr. (2004, 40 (5), p505-508.)上發(fā)表的題為 Passive Mode Locking in a Diode-Pumped Nd:GdV04 Laser With a SemiconductorSaturable Absorber Mirror的文獻(xiàn)中采用Z型腔、利用半導(dǎo)體可飽和吸收體實(shí)現(xiàn)了百M(fèi)Hz、nj級(jí)的脈沖輸出，該量級(jí)的輸出限制了其應(yīng)用范圍。還有在題為“腔倒空全固態(tài)皮秒 激光器”的中國專利申請(qǐng)中(申請(qǐng)?zhí)枮?00520000394. 7)，采用普克爾盒實(shí)現(xiàn)了低重頻的被動(dòng)鎖模，但腔倒空巨脈沖振蕩極易損傷SESAM，影響輸出脈沖序列的可靠性、穩(wěn)定性和可重復(fù)性運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，現(xiàn)有技術(shù)中缺少一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低重頻的全固態(tài)被動(dòng)鎖模皮秒激光器。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低重頻的全固態(tài)被動(dòng)鎖模皮秒激光器。本發(fā)明提供一種全固態(tài)被動(dòng)鎖模皮秒激光器，包括半導(dǎo)體泵浦源；耦合系統(tǒng)；激光晶體；平凹鏡；第一反射裝置；第二反射裝置；輸出鏡；鎖模元件，其中所述平凹鏡的凹面朝向第一反射裝置和第二反射裝置放置，第一反射裝置和第二反射裝置相對(duì)于平凹鏡的軸線對(duì)稱放置，半導(dǎo)體泵浦源發(fā)出的泵浦光通過耦合系統(tǒng)而聚焦到激光晶體中，受激輻射形成的信號(hào)光入射到平凹鏡的凹面，經(jīng)過凹面反射后入射到第一反射裝置，隨后被反射回平凹鏡的凹面，并再次被平凹鏡的凹面反射，且入射到第二反射裝置，然后被反射回平凹鏡的凹面，且又一次被平凹鏡的凹面反射，并入射到部分反射、部分透射的輸出裝置，其中反射的信號(hào)光垂直入射至鎖模元件，然后信號(hào)光被鎖模元件反射回輸出裝置，并透過輸出裝置形成第一輸出，而透射的信號(hào)光形成第二輸出。根據(jù)本發(fā)明提供的激光器，其中所述第一反射裝置和第二反射裝置為平面反射鏡。
根據(jù)本發(fā)明提供的激光器，其中所述第一反射裝置和第二反射裝置為激光晶體，其背向所述平凹鏡的第一面鍍有對(duì)泵浦光增透和對(duì)信號(hào)光高反膜。根據(jù)本發(fā)明提供的激光器，其中所述第一、第二反射裝置分別包括激光晶體和對(duì)泵浦光增透、對(duì)信號(hào)光高反的反射鏡，其中該反射鏡位于第一或第二反射裝置的與平凹鏡相反的一側(cè)。根據(jù)本發(fā)明提供的激光器，還包括第二半導(dǎo)體泵浦源和第三半導(dǎo)體泵浦源，分別位于第一反射裝置和第二反射裝置的與平凹鏡相反的一側(cè)，用于分別對(duì)所述第一反射裝置和第二反射裝置中的激光晶體泵浦。根據(jù)本發(fā)明提供的激光器，其中輸出裝置為半透半反凹面輸出鏡。根據(jù)本發(fā)明提供的激光器，其中通過調(diào)節(jié)所述凹面輸出鏡和鎖模元件之間的距離而調(diào)節(jié)信號(hào)光的光斑在鎖模元件上的大小。
根據(jù)本發(fā)明提供的激光器，其中輸出裝置為半透半反平面輸出鏡。根據(jù)本發(fā)明提供的激光器，其中在平面輸出鏡與鎖模元件之間具有凸透鏡，通過調(diào)節(jié)所述凸透鏡和鎖模元件之間的距離而調(diào)節(jié)信號(hào)光的光斑在鎖模元件上的大小。本發(fā)明在不引入腔倒空或其他腔內(nèi)附加元件的條件下，通過諧振腔的設(shè)計(jì)降低重頻，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。采用晶體端面作為反射面，在不改變光學(xué)延遲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多個(gè)增益介質(zhì)同時(shí)工作可實(shí)現(xiàn)高功率、大能量的輸出。


以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說明，其中圖I為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例I的激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I本實(shí)施例提供一種全固態(tài)被動(dòng)鎖模皮秒激光器，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括半導(dǎo)體泵浦源I ;稱合系統(tǒng)2 ;激光晶體3 ;平凹鏡4 ;第一平面全反鏡13 ;第二平面全反鏡14 ;輸出鏡11 ;鎖|吳兀件12。其中所述平凹鏡4的凹面朝向第一平面全反鏡13和第二平面全反鏡14的反射面放置，第一平面全反鏡13和第二平面全反鏡14相對(duì)于平凹鏡4的軸線對(duì)稱放置，且第一平面全反鏡13和第二平面全反鏡14的法線與平凹鏡4的軸線之間有小角度的夾角，半導(dǎo)體泵浦源I發(fā)出的泵浦光通過耦合系統(tǒng)2而聚焦到激光晶體3中以對(duì)激光晶體3進(jìn)行泵浦，受激輻射形成的信號(hào)光入射到平凹鏡4的凹面，經(jīng)過凹面反射后入射到第一平面全反鏡13，隨后被反射回平凹鏡4的凹面，并再次被平凹鏡4的凹面反射，且入射到第二平面全反鏡14，然后被反射回平凹鏡4的凹面，且又一次被平凹鏡4的凹面反射，并入射到輸出鏡11，該輸出鏡11為半透半反凹面輸出鏡，用于接收信號(hào)光并將其部分反射、部分透射，其中反射的信號(hào)光垂直入射至鎖模元件12，然后信號(hào)光被鎖模元件12反射回輸出鏡11，并透過輸出鏡11形成第一輸出Ol ;而透射的信號(hào)光形成第二輸出02。上述實(shí)施例中，通過調(diào)節(jié)所述輸出鏡11和鎖模元件12之間的距離而調(diào)節(jié)信號(hào)光的光斑在鎖模元件12上的大小。在本實(shí)施例提供的全固態(tài)被動(dòng)鎖模皮秒激光器中，受激輻射產(chǎn)生的光在由平面全反鏡13、14和平凹鏡4構(gòu)成的光學(xué)延遲結(jié)構(gòu)內(nèi)往返5次，具體光路為3-4-13-4-14-4，然后再由輸出鏡11反射至鎖模元件12，實(shí)現(xiàn)皮秒激光鎖模。通過采用上述的諧振腔設(shè)計(jì)，可降低重頻，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。實(shí)施例2本實(shí)施例提供一種全固態(tài)被動(dòng)鎖模皮秒激光器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括第一半導(dǎo)體泵浦源I ;第一稱合系統(tǒng)2 ;第一激光晶體3,其第一面鍍有對(duì)泵浦光增透和對(duì)信號(hào)光高反膜，第二面鍍有對(duì)泵浦光和信號(hào)光增透膜；平凹鏡4 ;第二半導(dǎo)體泵浦源5 ;第二耦合系統(tǒng)6 ;第二激光晶體7，第一面鍍有對(duì)泵浦光增透和對(duì)信號(hào)光高反膜，第二面鍍有對(duì)泵浦光和 信號(hào)光增透膜；第三半導(dǎo)體泵浦源8 ;第三耦合系統(tǒng)9 ;第三激光晶體10，第一面鍍有對(duì)泵浦光增透和對(duì)信號(hào)光高反膜，第二面鍍有對(duì)泵浦光和信號(hào)光增透膜；輸出鏡11 ;鎖模兀件12。其中平凹鏡4的凹面朝向第二激光晶體7和第三激光晶體10的第二面放置，第二激光晶體7和第三激光晶體10相對(duì)于平凹鏡4的軸線對(duì)稱放置，且第二激光晶體7和第三激光晶體10的法線與平凹鏡4的軸線之間有小角度的夾角，第二半導(dǎo)體泵浦源5和第三半導(dǎo)體泵浦源8分別位于第二激光晶體7和第三激光晶體10的第一面一側(cè)，用于對(duì)第二激光晶體7和第三激光晶體10泵浦，其中第二半導(dǎo)體泵浦源5發(fā)出的泵浦光通過第二耦合系統(tǒng)6而聚焦到第二激光晶體7，第三半導(dǎo)體泵浦源8發(fā)出的泵浦光通過第三耦合系統(tǒng)9而聚焦到第三激光晶體10，由第一半導(dǎo)體泵浦源I發(fā)出的泵浦光被耦合系統(tǒng)2會(huì)聚到激光晶體3中以對(duì)激光晶體3進(jìn)行泵浦。受激輻射形成的信號(hào)光入射到平凹鏡4的凹面，經(jīng)過凹面反射后入射至第二激光晶體7后被第二激光晶體7的第一面反射回平凹鏡4的凹面，并再次被平凹鏡4的凹面反射，入射至第三激光晶體10，后被第三激光晶體10的第一面反射回平凹鏡4的凹面，然后又一次被平凹鏡4的凹面反射，并入射到輸出鏡11，該輸出鏡11為半透半反凹面輸出鏡，用于接收信號(hào)光并將其部分反射、部分透射，其中反射的信號(hào)光垂直入射至鎖模元件12，然后信號(hào)光被鎖模元件12反射回輸出鏡11，并透過輸出鏡11形成第一輸出01 ;而透射的信號(hào)光形成第二輸出02。上述實(shí)施例中，通過調(diào)節(jié)所述輸出鏡11和鎖模元件12之間的距離而調(diào)節(jié)信號(hào)光的光斑在鎖模元件12上的大小。在本實(shí)施例提供的全固態(tài)被動(dòng)鎖模皮秒激光器中，受激輻射產(chǎn)生的光在由激光晶體10、7端面和平凹鏡4構(gòu)成的光學(xué)延遲結(jié)構(gòu)內(nèi)往返5次，具體光路為3-4-7-4-10-4，然后再由輸出鏡11反射至鎖模元件12，實(shí)現(xiàn)皮秒激光鎖模。通過采用上述的諧振腔設(shè)計(jì)，可降低重頻，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。采用晶體端面作為反射面，在不改變光學(xué)延遲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用多個(gè)增益介質(zhì)同時(shí)工作，可實(shí)現(xiàn)高功率、大能量的輸出。 根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中上述實(shí)施例2中，第二激光晶體7和第三激光晶體10的第一面也可以不鍍有對(duì)泵浦光增透和對(duì)信號(hào)光高反膜，而是替代地，如圖3所示，在第二激光晶體7與第二耦合系統(tǒng)6之間插入對(duì)泵浦光增透、對(duì)信號(hào)光高反的平面全反鏡14，并第三激光晶體10與第三耦合系統(tǒng)9之間插入對(duì)泵浦光增透、對(duì)信號(hào)光高反膜的平面全反鏡13，以替代對(duì)泵浦光增透和對(duì)信號(hào)光高反膜的反射作用。諧振腔的其余光路不變。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中如圖4所示，上述實(shí)施例中的輸出鏡11也可以為圖4中的半透半反的平面鏡15，并且在平面鏡15與鎖模元件12之間插入凸透鏡16，調(diào)節(jié)凸透鏡16和鎖模元件12之間的距離可以調(diào)節(jié)鎖模元件12上的光斑大小。 最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種全固態(tài)被動(dòng)鎖模皮秒激光器，包括半導(dǎo)體泵浦源；耦合系統(tǒng)；激光晶體；平凹鏡；第一反射裝置；第二反射裝置；輸出鏡；鎖模元件，其中所述平凹鏡的凹面朝向第一反射裝置和第二反射裝置放置，第一反射裝置和第二反射裝置相對(duì)于平凹鏡的軸線對(duì)稱放置，半導(dǎo)體泵浦源發(fā)出的泵浦光通過耦合系統(tǒng)而聚焦到激光晶體中，受激輻射形成的信號(hào)光入射到平凹鏡的凹面，經(jīng)過凹面反射后入射到第一反射裝置，隨后被反射回平凹鏡的凹面，并再次被平凹鏡的凹面反射，且入射到第二反射裝置，然后被反射回平凹鏡的凹面，且又一次被平凹鏡的凹面反射，并入射到部分反射、部分透射的輸出裝置，其中反射的信號(hào)光垂直入射至鎖模元件，然后信號(hào)光被鎖模元件反射回輸出裝置，并透過輸出裝置形成第一輸出，而透射的信號(hào)光形成第二輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光器，其中所述第一反射裝置和第二反射裝置為平面反射鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光器，其中所述第一反射裝置和第二反射裝置為激光晶體，其背向所述平凹鏡的第一面鍍有對(duì)泵浦光增透和對(duì)信號(hào)光高反膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光器，其中所述第一、第二反射裝置分別包括激光晶體和對(duì)泵浦光增透、對(duì)信號(hào)光高反的反射鏡，其中該反射鏡位于第一或第二反射裝置的與平凹鏡相反的一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的激光器，還包括第二半導(dǎo)體泵浦源和第三半導(dǎo)體泵浦源，分別位于第一反射裝置和第二反射裝置的與平凹鏡相反的一側(cè)，用于分別對(duì)所述第一反射裝置和第二反射裝置中的激光晶體泵浦。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光器，其中輸出裝置為半透半反凹面輸出鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光器，其中通過調(diào)節(jié)所述凹面輸出鏡和鎖模元件之間的距離而調(diào)節(jié)信號(hào)光的光斑在鎖模元件上的大小。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光器，其中輸出裝置為半透半反平面輸出鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光器，其中在平面輸出鏡與鎖模元件之間具有凸透鏡，通過調(diào)節(jié)所述凸透鏡和鎖模元件之間的距離而調(diào)節(jié)信號(hào)光的光斑在鎖模元件上的大小。
全文摘要
本發(fā)明提供一種全固態(tài)被動(dòng)鎖模皮秒激光器，包括半導(dǎo)體泵浦源；耦合系統(tǒng)；激光晶體；平凹鏡；第一反射裝置；第二反射裝置；輸出鏡；鎖模元件，其中所述平凹鏡的凹面朝向第一反射裝置和第二反射裝置放置，第一反射裝置和第二反射裝置相對(duì)于平凹鏡的軸線對(duì)稱放置，通過諧振腔的設(shè)計(jì)降低重頻，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。
文檔編號(hào)H01S3/081GK102832534SQ20121025349
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者余錦, 張雪, 劉洋, 樊仲維, 趙天卓, 葛文琦, 麻云鳳, 聶樹真, 黃科, 李晗 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電研究院