CN102074883A - 一种皮秒激光振荡源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种皮秒激光振荡源，主要包括泵浦源、自聚焦透镜、激光晶体和谐振腔，所述泵浦源放在所述自聚焦透镜一侧；所述激光晶体发出的光在所述谐振腔内振荡，经过所述半导体可饱和吸收体调制，实现锁模运转，经过所述平面输出镜单路输出。与现有技术相比，本发明采用激光二极管作为泵浦源，自聚焦透镜作为光学耦合系统，平面输出镜作为腔镜实现单路输出，设计了一种结构紧凑，简单实用，转化效率高，性能稳定的皮秒激光振荡源。

Description

一种皮秒激光振荡源
技术领域
本发明涉及超短脉冲激光器，具体涉及一种皮秒激光振荡源。
背景技术
1992年U.Keller等人成功研制出半导体可饱和吸收镜(SESAM)并应用于锁模激光器。此后，人们从不同角度对SESAM锁模开始了研究。由于SESAM锁模激光器具有结构简单，光束质量高，稳定性高等特点，它被广泛应用于工业、医疗、材料加工、科学研究、非线性频率变换等方面。通常情况下由锁模激光器直接产生的锁模脉冲重复频率较高，单脉冲能量较低，从而限制了在一些领域的应用。为了获得高能量的超短脉冲，需要对激光脉冲进行放大。然而要获得性能稳定的高能量激光脉冲，稳定的锁模激光脉冲振荡源是非常重要的一部分，因此研究结构紧凑、实用性强、性能稳定的小功率皮秒激光振荡源成为一个非常重要的方向。
一种现有的产生皮秒激光脉冲的技术方案，如申请号为03114621.X，题目为“出光时间高稳定度的被动锁模Nd:YAG皮秒激光器”的中国专利申请，其采用染料作为饱和吸收体，染料有毒并且容易被漂白需要频繁更换，使用寿命短；另外采用较为复杂的电路控制系统，对谐振腔的稳定性要求严格，不利于工程化。一种现有的被动锁模皮秒激光器技术，如申请号为200910083431.8，题目为“被动锁模皮秒激光器”中国专利申请，其采用等效共焦腔的稳腔设计，增加了光程，减小了体积，但是该技术对其中的角度要求严格0°＜θ＜1°，从而导致激光器的稳区变小，稳定性低，并且是双路输出，实用性不强；如果要实现单路输出，需采用较多的光学元件来实现，导致激光器成本高，效率低；另外需要对光学镜片进行特殊加工——切割缺口，工艺复杂。
综上所述，现有技术中急需一种结构紧凑、实用性强、转换效率高、性能稳定的小功率皮秒激光振荡源。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构紧凑、实用性强、性能稳定的小功率皮秒激光振荡源。为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种皮秒激光振荡源，主要包括泵浦源、自聚焦透镜、激光晶体和谐振腔，
所述泵浦源放在所述自聚焦透镜一侧；
所述自聚焦透镜的两端面镀有在泵浦光波长的高增透膜，放置在所述激光晶体的入射面一侧，所述泵浦源发出的光经过自聚焦透镜汇聚到所述激光晶体中；
所述激光晶体的入射端面镀有在泵浦光波长的高增透膜和在振荡光波长的高反膜，另一端面镀有在振荡光波长的高透膜；
所述谐振腔包括半导体可饱和吸收体、第一凹面镜、第二凹面镜和平面输出镜，所述凹面镜及所述激光晶体入射面的法线与振荡光路有一个小角度夹角；
所述激光晶体发出的光在所述谐振腔内振荡，经过所述半导体可饱和吸收体调制，实现锁模运转，经过所述平面输出镜单路输出。
所述的皮秒激光振荡源，优选的方案在于，所述泵浦源为半导体激光二极管。更优选的，所述半导体激光二极管平均功率为2W～5W。
所述的皮秒激光振荡源，优选的方案在于，所述自聚焦透镜尺寸为
Figure BSA00000384848600021
所述的皮秒激光振荡源，优选的方案在于，所述凹面镜及所述激光晶体入射面的法线与振荡光路之间的夹角为θ，其中0°＜θ＜5°。
所述的皮秒激光振荡源，优选的方案在于，所述平面输出镜透过率为1％～5％。
所述的皮秒激光振荡源，优选的方案在于，所述半导体可饱和吸收体采用反射式半导体可饱和吸收体，并作为所述谐振腔的一个腔镜。
所述的皮秒激光振荡源，优选的方案在于，所述激光晶体为Nd:YVO4或者Nd:GdVO4，其尺寸为3mm×3mm×(3mm～5mm)。
所述的皮秒激光振荡源，另一技术构思在于，在所述第一凹面镜和第二凹面镜之间插入第一平面反射镜和第二平面反射镜。
本发明皮秒激光振荡源所述谐振腔包括半导体可饱和吸收体，凹面镜，平面输出镜，通过所述凹面镜以及所述激光晶体的入射面将激光器的谐振腔折叠，减小了激光器的长度，有利于激光器小型化；所述激光晶体发出的激光在谐振腔内振荡，通过半导体可饱和吸收体实现锁模运转；所述平面输出镜作为谐振腔的一个腔镜实现单路输出，既是输出镜又是谐振腔的腔镜。
本发明的泵浦源采用激光二极管，光学耦合泵浦系统采用自聚焦透镜，泵浦光经过自聚焦透镜汇聚到激光晶体的入射面；谐振腔包括半导体可饱和吸收体，凹面镜和平面输出镜，通过所述凹面镜及所述激光晶体的入射面将激光器的谐振腔折叠，有利于激光器小型化；所述激光晶体发出的激光在谐振腔内振荡，通过半导体可饱和吸收体实现锁模运转；所述输出镜既作为谐振腔的一个腔镜又作为输出镜，实现激光单路输出。本发明采用激光二极管作为泵浦源，自聚焦透镜作为光学耦合系统，平面面输出镜作为腔镜实现单路输出，设计了一种结构紧凑，简单实用的皮秒激光振荡源。
与现有技术相比，本发明采用激光二极管作为泵浦源，自聚焦透镜作为光学耦合系统，平面输出镜作为腔镜实现单路输出，设计了一种结构紧凑，简单实用，转化效率高，性能稳定的皮秒激光振荡源。
说明书附图
图1为本发明一种具体实施方式的结构示意图。
图2为本发明一种具体实施方式的结构示意图。
其中：1半导体激光器二极管，2自聚焦透镜，3激光晶体，4平面输出镜，5第一凹面镜，6第二凹面镜，7半导体可饱和吸收体，8第一平面反射镜，9第二平面反射镜。
具体实施方式
下面结合实施例和附图详细描述本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例1  一种皮秒激光振荡源，结构如图1所示，主要包括泵浦源、自聚焦透镜、激光晶体和谐振腔，所述泵浦源放在所述自聚焦透镜一侧；所述自聚焦透镜的两端面镀有在泵浦光波长的高增透膜，放置在所述激光晶体的入射面一侧，所述泵浦源发出的光经过自聚焦透镜汇聚到所述激光晶体中；所述激光晶体的入射端面镀有在泵浦光波长的高增透膜和在振荡光波长的高反膜，另一端面镀有在振荡光波长的高透膜；所述谐振腔包括半导体可饱和吸收体、第一凹面镜、第二凹面镜和平面输出镜，所述凹面镜及所述激光晶体入射面的法线与振荡光路有一个小角度夹角；所述激光晶体发出的光在所述谐振腔内振荡，经过所述半导体可饱和吸收体调制，实现锁模运转，经过所述平面输出镜单路输出。
所述泵浦源为半导体激光二极管。所述凹面镜及所述激光晶体入射面的法线与振荡光路之间的夹角θ＝1°。所述平面输出镜透过率为5％。所述半导体可饱和吸收体采用反射式半导体可饱和吸收体，并作为所述谐振腔的一个腔镜。所述激光晶体为Nd:YVO4，其尺寸为3mm×3mm×5mm。
实施例2  一种皮秒激光振荡源，结构仍可参考图1，但跟实施例1所不同的是：所述自聚焦透镜尺寸为所述凹面镜及所述激光晶体入射面的法线与振荡光路之间的夹角θ＝4°。所述平面输出镜透过率为1％。所述激光晶体为Nd:GdVO4，其尺寸为3mm×3mm×3mm。
实施例3  一种皮秒激光振荡源，结构如图2所示，跟实施例1，2所不同的是：在所述第一凹面镜5和第二凹面镜6之间插入第一平面反射镜8、第二平面反射镜9，这样可以增加谐振腔的长度，降低皮秒脉冲的重复频率，增大单脉冲能量，同时可以减小皮秒激光振荡源整机的长度，有利于皮秒激光振荡源整机小型化。
本发明的工作原理是：如图1，半导体激光二极管1发出泵浦光，泵浦光经过自聚焦透镜2聚焦入射到激光晶体3的入射面，对激光晶体进行激励，产生辐射光；辐射光在谐振腔内经过多次振荡，经过半导体可饱和吸收体的调制产生锁模脉冲，由平面输出镜4输出到腔外。激光谐振腔由平面输出镜4，激光晶体3的入射面，第一凹面镜5、第二凹面镜6以及半导体可饱和吸收体7组成。平面输出镜4可以部分反射和部分透射，既是谐振腔的腔镜又是输出镜，实现激光单路输出。
最后应说明的是，该实施方式仅用以说明本发明的事实方案而非局限于此。对本发明的轻易替换和更改，都应涵盖在本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种皮秒激光振荡源，主要包括泵浦源、自聚焦透镜、激光晶体和谐振腔，其特征在于：
所述泵浦源放在所述自聚焦透镜一侧；
所述自聚焦透镜的两端面镀有在泵浦光波长的高增透膜，放置在所述激光晶体的入射面一侧，所述泵浦源发出的光经过自聚焦透镜汇聚到所述激光晶体中；
所述激光晶体的入射端面镀有在泵浦光波长的高增透膜和在振荡光波长的高反膜，另一端面镀有在振荡光波长的高透膜；
所述谐振腔包括半导体可饱和吸收体、第一凹面镜、第二凹面镜和平面输出镜，所述凹面镜及所述激光晶体入射面的法线与振荡光路有一个小角度夹角；
所述激光晶体发出的光在所述谐振腔内振荡，经过所述半导体可饱和吸收体调制，实现锁模运转，经过所述平面输出镜单路输出。
2.根据权利要求1所述的皮秒激光振荡源，其特征在于，所述泵浦源为半导体激光二极管。
3.根据权利要求2所述的皮秒激光振荡源，其特征在于，所述半导体激光二极管平均功率为2W～5W。
4.根据权利要求1所述的皮秒激光振荡源，其特征在于，所述自聚焦透镜尺寸为
Figure FSA00000384848500011
Figure FSA00000384848500012
5.根据权利要求1所述的皮秒激光振荡源，其特征在于，所述凹面镜及所述激光晶体入射面的法线与振荡光路之间的夹角为θ，其中0°＜θ＜5°。
6.根据权利要求1所述的皮秒激光振荡源，其特征在于，所述平面输出镜透过率为1％～5％。
7.根据权利要求1所述的皮秒激光振荡源，其特征在于，所述半导体可饱和吸收体采用反射式半导体可饱和吸收体，并作为所述谐振腔的一个腔镜。
8.根据权利要求1所述的皮秒激光振荡源，其特征在于，所述激光晶体为Nd:YVO4或者Nd:GdVO4，其尺寸为3mm×3mm×(3mm～5mm)。
9.根据权利要求1-8任一所述的皮秒激光振荡源，其特征在于，在所述第一凹面镜和第二凹面镜之间插入第一平面反射镜和第二平面反射镜。
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