CN102832534B - 全固态被动锁模皮秒激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全固态被动锁模皮秒激光器，包括：半导体泵浦源；耦合系统；激光晶体；平凹镜；第一反射装置；第二反射装置；输出镜；锁模元件，其中所述平凹镜的凹面朝向第一反射装置和第二反射装置放置，第一反射装置和第二反射装置相对于平凹镜的轴线对称放置，通过谐振腔的设计降低重频，结构简单紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及一种皮秒脉冲激光器，尤其涉及一种全固态被动锁模皮秒激光器。
背景技术
随着超快激光技术的迅速发展，大能量的皮秒脉冲激光在工业加工、激光医疗、军事以及科学研究中的应用需求不断增加。常规的连续锁模激光器重复频率在百MHz(108Hz)左右，对应的单脉冲能量仅仅为nJ(10-9J)量级，极大地限制了其实际应用。因而，研制出大能量、高稳定性、高效率的全固态激光器是对皮秒脉冲技术应用的迫切要求。
现有的锁模技术中，如在Proceedings of the Fourth InternationalConference on Multi-Material Micro Manufacture(2008:183~186)上发表的题为Micromachining of amorphous and crystalline Ni78B14Si8 alloys usingmicro-second and pico-second lasers的文献中将nJ输出的连续锁模种子脉冲，先后通过光学隔离、脉冲选单、行波放大或再生放大后，实现了数百nJ~μJ级的脉冲输出，但这样的方案结构复杂、成本高昂。另外，如在IEEEJour.of Quan.Electr.(2004,40(5),p505-508.)上发表的题为Passive ModeLocking in a Diode-Pumped Nd:GdVO4 Laser With a SemiconductorSaturable Absorber Mirror的文献中采用Z型腔、利用半导体可饱和吸收体实现了百MHz、nJ级的脉冲输出，该量级的输出限制了其应用范围。还有在题为“腔倒空全固态皮秒激光器”的中国专利申请中(申请号为200520000394.7)，采用普克尔盒实现了低重频的被动锁模，但腔倒空巨脉冲振荡极易损伤SESAM，影响输出脉冲序列的可靠性、稳定性和可重复性运转。
因此，现有技术中缺少一种结构简单、低重频的全固态被动锁模皮秒激光器。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种结构简单、低重频的全固态被动锁模皮秒激光器。
本发明提供一种全固态被动锁模皮秒激光器，包括：半导体泵浦源；耦合系统；激光晶体；平凹镜；第一反射装置；第二反射装置；输出镜；锁模元件，其中所述平凹镜的凹面朝向第一反射装置和第二反射装置放置，第一反射装置和第二反射装置相对于平凹镜的轴线对称放置，半导体泵浦源发出的泵浦光通过耦合系统而聚焦到激光晶体中，受激辐射形成的信号光入射到平凹镜的凹面，经过凹面反射后入射到第一反射装置，随后被反射回平凹镜的凹面，并再次被平凹镜的凹面反射，且入射到第二反射装置，然后被反射回平凹镜的凹面，且又一次被平凹镜的凹面反射，并入射到部分反射、部分透射的输出装置，其中反射的信号光垂直入射至锁模元件，然后信号光被锁模元件反射回输出装置，并透过输出装置形成第一输出，而透射的信号光形成第二输出。
根据本发明提供的激光器，其中所述第一反射装置和第二反射装置为平面反射镜。
根据本发明提供的激光器，其中所述第一反射装置和第二反射装置为激光晶体，其背向所述平凹镜的第一面镀有对泵浦光增透和对信号光高反膜。
根据本发明提供的激光器，其中所述第一、第二反射装置分别包括激光晶体和对泵浦光增透、对信号光高反的反射镜，其中该反射镜位于第一或第二反射装置的与平凹镜相反的一侧。
根据本发明提供的激光器，还包括第二半导体泵浦源和第三半导体泵浦源，分别位于第一反射装置和第二反射装置的与平凹镜相反的一侧，用于分别对所述第一反射装置和第二反射装置中的激光晶体泵浦。
根据本发明提供的激光器，其中输出装置为半透半反凹面输出镜。
根据本发明提供的激光器，其中通过调节所述凹面输出镜和锁模元件之间的距离而调节信号光的光斑在锁模元件上的大小。
根据本发明提供的激光器，其中输出装置为半透半反平面输出镜。
根据本发明提供的激光器，其中在平面输出镜与锁模元件之间具有凸透镜，通过调节所述凸透镜和锁模元件之间的距离而调节信号光的光斑在锁模元件上的大小。
本发明在不引入腔倒空或其他腔内附加元件的条件下，通过谐振腔的设计降低重频，结构简单紧凑。采用晶体端面作为反射面，在不改变光学延迟结构的基础上，多个增益介质同时工作可实现高功率、大能量的输出。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1为根据本发明的实施例1的激光器的结构示意图；
图2为根据本发明的实施例2的激光器的结构示意图；
图3为根据本发明的又一实施例的激光器的结构示意图；
图4为根据本发明的另一实施例的激光器的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种全固态被动锁模皮秒激光器，其结构如图1所示，包括：半导体泵浦源1；耦合系统2；激光晶体3；平凹镜4；第一平面全反镜13；第二平面全反镜14；输出镜11；锁模元件12。
其中所述平凹镜4的凹面朝向第一平面全反镜13和第二平面全反镜14的反射面放置，第一平面全反镜13和第二平面全反镜14相对于平凹镜4的轴线对称放置，且第一平面全反镜13和第二平面全反镜14的法线与平凹镜4的轴线之间有小角度的夹角，半导体泵浦源1发出的泵浦光通过耦合系统2而聚焦到激光晶体3中以对激光晶体3进行泵浦，受激辐射形成的信号光入射到平凹镜4的凹面，经过凹面反射后入射到第一平面全反镜13，随后被反射回平凹镜4的凹面，并再次被平凹镜4的凹面反射，且入射到第二平面全反镜14，然后被反射回平凹镜4的凹面，且又一次被平凹镜4的凹面反射，并入射到输出镜11，该输出镜11为半透半反凹面输出镜，用于接收信号光并将其部分反射、部分透射，其中反射的信号光垂直入射至锁模元件12，然后信号光被锁模元件12反射回输出镜11，并透过输出镜11形成第一输出O1；而透射的信号光形成第二输出O2。
上述实施例中，通过调节所述输出镜11和锁模元件12之间的距离而调节信号光的光斑在锁模元件12上的大小。
在本实施例提供的全固态被动锁模皮秒激光器中，受激辐射产生的光在由平面全反镜13、14和平凹镜4构成的光学延迟结构内往返5次，具体光路为3-4-13-4-14-4，然后再由输出镜11反射至锁模元件12，实现皮秒激光锁模。通过采用上述的谐振腔设计，可降低重频，且结构简单紧凑。
实施例2
本实施例提供一种全固态被动锁模皮秒激光器，其结构如图2所示，包括：第一半导体泵浦源1；第一耦合系统2；第一激光晶体3，其第一面镀有对泵浦光增透和对信号光高反膜，第二面镀有对泵浦光和信号光增透膜；平凹镜4；第二半导体泵浦源5；第二耦合系统6；第二激光晶体7，第一面镀有对泵浦光增透和对信号光高反膜，第二面镀有对泵浦光和信号光增透膜；第三半导体泵浦源8；第三耦合系统9；第三激光晶体10，第一面镀有对泵浦光增透和对信号光高反膜，第二面镀有对泵浦光和信号光增透膜；输出镜11；锁模元件12。
其中平凹镜4的凹面朝向第二激光晶体7和第三激光晶体10的第二面放置，第二激光晶体7和第三激光晶体10相对于平凹镜4的轴线对称放置，且第二激光晶体7和第三激光晶体10的法线与平凹镜4的轴线之间有小角度的夹角，第二半导体泵浦源5和第三半导体泵浦源8分别位于第二激光晶体7和第三激光晶体10的第一面一侧，用于对第二激光晶体7和第三激光晶体10泵浦，其中第二半导体泵浦源5发出的泵浦光通过第二耦合系统6而聚焦到第二激光晶体7，第三半导体泵浦源8发出的泵浦光通过第三耦合系统9而聚焦到第三激光晶体10，由第一半导体泵浦源1发出的泵浦光被耦合系统2会聚到激光晶体3中以对激光晶体3进行泵浦。受激辐射形成的信号光入射到平凹镜4的凹面，经过凹面反射后入射至第二激光晶体7后被第二激光晶体7的第一面反射回平凹镜4的凹面，并再次被平凹镜4的凹面反射，入射至第三激光晶体10，后被第三激光晶体10的第一面反射回平凹镜4的凹面，然后又一次被平凹镜4的凹面反射，并入射到输出镜11，该输出镜11为半透半反凹面输出镜，用于接收信号光并将其部分反射、部分透射，其中反射的信号光垂直入射至锁模元件12，然后信号光被锁模元件12反射回输出镜11，并透过输出镜11形成第一输出O1；而透射的信号光形成第二输出O2。
上述实施例中，通过调节所述输出镜11和锁模元件12之间的距离而调节信号光的光斑在锁模元件12上的大小。
在本实施例提供的全固态被动锁模皮秒激光器中，受激辐射产生的光在由激光晶体10、7端面和平凹镜4构成的光学延迟结构内往返5次，具体光路为3-4-7-4-10-4，然后再由输出镜11反射至锁模元件12，实现皮秒激光锁模。通过采用上述的谐振腔设计，可降低重频，且结构简单紧凑。采用晶体端面作为反射面，在不改变光学延迟结构的基础上，采用多个增益介质同时工作，可实现高功率、大能量的输出。
根据本发明的其他实施例，其中上述实施例2中，第二激光晶体7和第三激光晶体10的第一面也可以不镀有对泵浦光增透和对信号光高反膜，而是替代地，如图3所示，在第二激光晶体7与第二耦合系统6之间插入对泵浦光增透、对信号光高反的平面全反镜14，并第三激光晶体10与第三耦合系统9之间插入对泵浦光增透、对信号光高反膜的平面全反镜13，以替代对泵浦光增透和对信号光高反膜的反射作用。谐振腔的其余光路不变。
根据本发明的其他实施例，其中如图4所示，上述实施例中的输出镜11也可以为图4中的半透半反的平面镜15，并且在平面镜15与锁模元件12之间插入凸透镜16，调节凸透镜16和锁模元件12之间的距离可以调节锁模元件12上的光斑大小。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种全固态被动锁模皮秒激光器，包括：半导体泵浦源；耦合系统；激光晶体；平凹镜；第一反射装置；第二反射装置；输出镜；锁模元件，其中所述平凹镜的凹面朝向第一反射装置和第二反射装置放置，第一反射装置和第二反射装置相对于平凹镜的轴线对称放置，半导体泵浦源发出的泵浦光通过耦合系统而聚焦到激光晶体中，受激辐射形成的信号光入射到平凹镜的凹面，经过凹面反射后入射到第一反射装置，随后被反射回平凹镜的凹面，并再次被平凹镜的凹面反射，且入射到第二反射装置，然后被反射回平凹镜的凹面，且又一次被平凹镜的凹面反射，并入射到部分反射、部分透射的输出装置，其中反射的信号光垂直入射至锁模元件，然后信号光被锁模元件反射回输出装置，并透过输出装置形成第一输出，而透射的信号光形成第二输出，
其中，
所述第一反射装置和第二反射装置为激光晶体，其背向所述平凹镜的第一面镀有对泵浦光增透和对信号光高反膜，
或者，所述第一、第二反射装置分别包括激光晶体和对泵浦光增透、对信号光高反的反射镜，其中该反射镜位于第一或第二反射装置的与平凹镜相反的一侧。
2.根据权利要求1所述的激光器，还包括第二半导体泵浦源和第三半导体泵浦源，分别位于第一反射装置和第二反射装置的与平凹镜相反的一侧，用于分别对所述第一反射装置和第二反射装置中的激光晶体泵浦。
3.根据权利要求1所述的激光器，其中输出装置为半透半反凹面输出镜。
4.根据权利要求3所述的激光器，其中通过调节所述凹面输出镜和锁模元件之间的距离而调节信号光的光斑在锁模元件上的大小。
5.根据权利要求1所述的激光器，其中输出装置为半透半反平面输出镜。
6.根据权利要求5所述的激光器，其中在平面输出镜与锁模元件之间具有凸透镜，通过调节所述凸透镜和锁模元件之间的距离而调节信号光的光斑在锁模元件上的大小。
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