CN1024874C - 非线性反射镜锁模激光装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种非线性反射镜锁模激光装置。它由聚光腔内固定有激光工作物质和脉冲泵浦灯，激光谐振腔和激光谐振腔内置有小孔光栏，望远镜系统及由非线性倍频晶体与采用二向色镜的前腔板构成锁模组件的激光锁模器件所构成。本发明适用于多种激光工作物质的锁模激光装置。具有结构简单，使用方便，寿命长无污染等优点。

Description

本发明是一种锁模激光装置。

现有的被动锁模装置，如中国科学院上海光学精密机械研究所孟绍贤等人（《激光器锁模的一些技术问题》物理杂志，Vol、11，No.5，P295，1982）研制的被动锁模装置，是在谐振腔内放入染料盒作为可饱和吸收体，以实现锁模振荡。

上述装置存在的问题主要是染料的光化学稳定性差。尤其是在红外和紫外波段上。锁模装置对染料的浓度控制要求比较严格。需要一套染料循环系统。从而增加了整个激光装置的复杂性。而且染料寿命短，必须经常更换。同时用于锁模的染料通常含有对人体有害的物质，这就带来了更换染料不方便的缺陷。

本发明的目的，就是用一种新的锁模激光装置，克服上述采用染料盒的被动锁模激光装置所存在的问题。使锁模装置具有简单，使用方便，不产生污染，经久耐用。

本发明的非线性反射镜激光锁模装置的全部组件包括激光工作物质，聚光腔、脉冲泵浦灯、小孔光栏，谐振腔后腔板，望远镜系统，倍频晶体，采用二向色镜的前腔板，脉冲电源，以及用于谐振腔前后腔板和倍频晶体的机械调整架。

所说的聚光腔通常为紧包形结构，激光工作物质和脉冲泵浦灯固定于聚光腔内。激光工作物质两端置有前腔板和后腔板构成激光谐振腔，在激光谐振腔内，自后腔板起，有小孔光栏，聚光腔，望远镜系统、倍频晶体、二向色镜的前腔板。前腔板为激光输出腔板。激光谐振腔的长度（前后腔板之间的距离）并没有严格的要求，一般情况为80～150cm。除了聚光腔与激光工作物质，泵浦灯的相互位置已固定外，倍频晶体与前腔板之间的距离有一定的限制。而腔内其它组件之间的距离没有严格的要求。倍频晶体与前腔板之间的距离根据所采用的倍频晶体的不同而有所不同。一般在10～14cm，或者25～26cm之间。望远镜系统与倍频晶体之间的距离为2～15cm。

在动态情况下，当激光工作物质采用Nd∶YAG晶体时，被光泵以后，由于腔内的纵模相干作用，产生1.06μ的激光调制基波。基波通过望远镜系统后，光束口径被缩小，再入射至倍频晶体上。通过倍频晶体后，就会有1.06μ和0.53μ两种波长的激光从倍频晶体中射出，再入射到前腔板上。由于本发明的前腔板为二向色镜，它镀有对激光二次谐波（如0.53μ）的高反射膜层，因此二次谐波的激光几乎全部被反射。而激光调制基波（如1.06μ）则少部分被反射。当这二种波长的激光返回到倍频晶体时，基波的能量被放大，再返回到激光工作物质上时被再次放大，然后通过小孔光栏，射到后腔板，被后腔板全部反射。如此循环往复，就可以形成锁模序列脉冲。

在本发明的激光装置中，其激光锁模器件采用的是由非线性倍频晶体和采用二向色镜的前腔板构成的锁模组件。其中倍频晶体可采用多种材料，例如KTP、KDP、BBO等晶体。只要能够对激光基波完成倍频作用的材料均可。倍频晶体的形状可以是方形或圆柱形。倍频晶体在谐振腔内的放置角度因所采用的倍频晶体的材料不同和加工要求的不同 而有所差异。一般是把倍频晶体置于腔内，在动态情况下进行调整（调整固定倍频晶体的机械调整架的俯仰和左右）。直到从倍频晶体中射出的0.53μ（绿光）最强为止。谐振腔的前腔板是一块表面镀有二种反射层的二向色镜。一种是镀有对二次谐波（如0.52μ）的全反射膜层，反射率R≥99%。另一种是镀有对基波（如1.06μ）的低反射膜，反射率R≤25%。后腔板镀有1.06μ的高反射膜，反射率R≥99%。前后腔板的材料为光学玻璃。聚光腔可以采用双椭圆形腔，或者单椭圆形腔。腔体材料可采用金属，玻璃或聚四氟乙烯等。小孔光栏的孔径以能保持激光输出为单横模为准。一般为2～3mm。望远镜系统由一块双凹透镜和一块双凸透镜构成。放大倍频为2～5倍。通常通光孔径大于激光光束直径的二倍为好。望远镜系统在腔中的作用是起光束口径的变换作用。由于二次谐波的强弱是与人射到倍频晶体上的基波的功率密度相关。当1.06μ的基波从左至右通过望远镜系统时，光束口径被缩小，光功率密度增强，这样射到倍频晶体上就会产生强烈的绿光，从光束自右至左通过望远镜系统时，光束口径被扩大了。即望远镜系统放大的一端向着激光工作物质。

本发明的非线性反射镜锁模激光装置适用于各种激光工作物质，如Nd：YAG，钕玻璃及红宝石等。

为了进一步提高锁模的稳定性，在谐振腔内再加入声光锁模调制器可以同时实现激光装置的主被动锁模。

本发明的优点：本发明采用非线性倍频晶体与二向色镜构成的锁模组件作为激光装置的激光锁模器件。解决了采用染料盒的被动锁模激光装置所存在的问题。由于采用倍频晶体替代染料盒，省去了染料循环系统。因此也就不存在染料引起污染的问题，并使整个激光系统得以简化。同时倍频晶体能够经受较强的功率密度。可以长期使用。可以同时输出二种不同波长的锁模脉冲序列。

附图说明：

图1是用染料盒为被动锁模器件的激光装置示意图。图中：1-后腔板，2-染料盒，3-小孔光栏，4-激光工作物质，5-脉冲泵浦灯，6-聚光腔，7-前腔板，8-染料循环系统，9-脉冲电源。

图2为本发明的非线性反射镜锁模激光装置示意图。图中：10-望远镜系统，11-倍频晶体。

实施例：本发明的实施装置如图2所示。非线性倍频晶体材料采用KTP晶体为方形（4×4×5m/m），二向色镜的前腔板上镀有对激光调制基波1.06μ的低反射膜，反射率R＝10%。对二次谐波0.53μ的高反射膜，反射率R＝99.8%。前后腔板的孔径为ψ30m/m。望远镜系统的缩孔倍数为3倍。激光工作物质为Nd：YAG（ψ6×90m/m）。小孔光栏的孔径是ψ3m/m。对倍频晶体，激光工作物质，望远镜系统的二块透镜均镀有1.06μ和0.53μ两种波长的增透膜，以减少腔内的激光损耗。

KTP倍频晶体的位相匹配角为24°（相对于1.06μ波长），KTP晶体与前腔板之间的距离为11.5厘米，望远镜与KTP晶体之间的距离为4厘米。

本发明的非线性反射镜锁模激光装置可同时输出1.06μ和0.53μ两种波长的激光锁模脉冲序列，序列脉冲的宽度为300ns，单脉冲的宽度为30ps，1.06μ波长的激光的输出能量为30mJ，0.53μ的激光输出能量为5mJ（指序列脉冲能量），每秒一次。

Claims (3)

1、一种非线性反射镜锁模激光装置，由聚光腔内固定有激光工作物质和脉冲泵浦灯，激光工作物质的两端置有前腔板和后腔板构成激光谐振腔，激光谐振腔内置有小孔光栏和激光锁模器件构成，其特征在于：

a)作为激光输出端的前腔板是二向色镜，表面镀有两种反射膜层，一种是对激光二次谐波，反射率R≥99%的高反射层，一种是对激光调制基波，反射率R≤25%的低反射层；

b)所说的激光锁模器件是由非线性倍频晶体和采用二向色镜的前腔板构成的锁模组件；

c)激光工作物质与非线性倍频晶体之间置一望远镜系统，望远镜系统缩小的一端对准非线性倍频晶体，望远镜系统放大的一端向着激光工作物质。

2、根据权利要求1所述的一种非线性反射镜锁模激光装置，其特征在于非线性倍频晶体是对激光基波完成倍频的材料，如KTP、KDP和BBO晶体，形状可以是方形或者圆柱形。

3、根据权利要求1所述的一种非线性反射镜锁模激光装置，其特征在于望远镜系统由一块双凹透镜和一块双凸透镜构成，通光孔径大于激光束直径的二倍。

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