CN102882113A

CN102882113A - 一种ld端面泵浦的被动锁模激光器

Info

Publication number: CN102882113A
Application number: CN2012103592844A
Authority: CN
Inventors: 魏志义; 王兆华; 王庆; 沈忠伟; 樊仲维; 麻云凤
Original assignee: Beijing GK Laser Technology Co Ltd; Institute of Physics of CAS
Current assignee: Beijing GK Laser Technology Co Ltd; Institute of Physics of CAS
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明提供一种被动锁模激光器，包括：泵浦源，用于输出泵浦激光；双色镜；激光晶体；第一凹面镜、第二凹面镜和第三凹面镜；第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜和第四平面反射镜；输出镜；SESAM，其中从泵浦源发出的激光穿过双色镜入射到激光晶体上，起振后的增益激光后入射到第一凹面镜，并被第一凹面镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜、第三凹面镜依次反射，最后入射到SESAM，SESAM反射激光并将其原路返回，到达双色镜并被双色镜、第二凹面镜、第四平面反射镜依次反射到输出镜，起振后通过输出镜输出高功率高光束质量的锁模激光。

Description

一种LD端面泵浦的被动锁模激光器

技术领域

本发明涉及一种LD(Laser Diode，激光二极管)端面泵浦的被动锁模激光器，尤其涉及一种用饱和吸收体(SESAM)实现被动锁模的被动锁模激光器。

背景技术

全固态皮秒激光是通过锁模技术获得的脉冲持续时间在皮秒量级(10^-12)超短脉冲激光，它在国防、工业、医疗、以及科研等领域有着极为广泛的应用价值。其中具有高光束质量的稳定可靠的皮秒振荡器可以成为大功率全固态皮秒激光放大器的种子源，是广泛应用的基础。因此，获得稳定的，高功率，高光束质量的皮秒振荡器成为重中之重。

用饱和吸收体(SESAM)实现的被动锁模是获得增益介质皮秒振荡器的最主要手段，尤其在获得<10ps的脉冲时，这几乎是唯一手段。由于SESAM类似于一个反射镜，用做被动锁模元件时，只能是谐振腔的一个端镜。因此在使用SESAM作为锁模器件的同时，获得单向输出的方法是用晶体作为输出端，这也是目前商用激光器的通常做法。但是，考虑到高功率泵浦时，激光晶体存在热透镜效应，因此用晶体作为输出端的激光器的光束质量不够好，具有较大的发散角。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用SESAM实现被动锁模的可实现平面镜端输出被动锁模激光器。

本发明提供一种被动锁模激光器，包括：泵浦源（01），用于输出泵浦激光；双色镜（02）；激光晶体（03）；第一凹面镜（04）、第二凹面镜（05）和第三凹面镜（11）；第一平面反射镜（06）、第二平面反射镜（08）、第三平面反射镜（10）和第四平面反射镜（07）；输出镜（09）；SESAM（12），其中从泵浦源（01）发出的泵浦激光穿过双色镜（02）入射到激光晶体（03）上被晶体吸收，起振后的增益激光穿过激光晶体（03）后入射到第一凹面镜（04），并被第一凹面镜（04）、第一平面反射镜（06）、第二平面反射镜（08）、第三平面反射镜（10）、第三凹面镜（11）依次反射，最后入射到SESAM（12），SESAM（12）反射激光并将其原路返回，依次经过第三凹面镜（11）、第三平面反射镜（10）、第二平面反射镜（08）、第一平面反射镜（06）、第一凹面镜（04）、激光晶体（03），然后到达双色镜（02）并被双色镜（02）、第二凹面镜（05）、第四平面反射镜（07）依次反射到输出镜（09），通过输出镜（09）输出激光。

根据本发明提供的激光器，其中第一凹面镜和第二凹面镜的曲率半径为500mm。

根据本发明提供的激光器，其中第三凹面镜的曲率半径为600mm。

根据本发明提供的激光器，其中SESAM被置于水冷铜块中。

根据本发明提供的激光器，其中双色镜面向泵浦源的一端镀有对泵浦激光增透的介质膜，另一端镀有对泵浦激光增透介质膜以及对振荡激光高反介质膜。

根据本发明提供的激光器，其中第一凹面镜和第二凹面镜用于保证激光晶体上的激光束腰与泵浦光的模式匹配。

根据本发明提供的激光器，其中输出镜为平面镜。

根据本发明提供的激光器，其中输出镜面向谐振腔内的一面镀有在振荡激光处输出耦合率为10%的介质膜，另一面镀有对振荡激光的增透介质膜。

根据本发明提供的激光器，其中双色镜相对于泵浦源发出的激光束倾斜放置。

本发明能够使输出镜远离受热效应影响最严重的晶体，并且采用在平面镜端输出，使光束质量得到明显改善。

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为根据本发明的一个实施例的激光器的光路结构示意图；

图2根据本发明的一个实施例的激光器得到的稳定锁模输出的脉冲信号；

图3为根据本发明的一个实施例的激光器用强度自相关仪测得的脉冲宽度信号。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供一种被动锁模激光器，其光路结构如图1所示，包括：

泵浦源01，为光纤耦合输出的半导体激光器，用于输出波长为808nm的泵浦激光，输出功率为30W，光纤芯径为200微米，数值孔径0.22，光纤输出后经过1：1的光学耦合系统聚焦，聚焦后的光斑直径约为200微米，聚焦长度为25mm；

双色镜02，其面向泵浦源01的一端镀有对泵浦激光增透的介质膜，透过率大于99.8%，另一端镀有对泵浦激光增透介质膜(T>98%)以及对振荡激光高反介质膜(R>99.8%)，双色镜02相对于激光束倾斜放置；

激光晶体03，为掺杂浓度0.5at.%的Nd:YVO₄晶体，两端镀有双增透膜，即对泵浦激光增透介质膜(T>98%)以及对振荡激光增透介质膜(T>99.8%)；

聚焦用凹面镜04和05，用于保证激光晶体上的激光束腰与泵浦光的模式匹配，镜片镀有对振荡激光高反介质膜(R>99.9%)，曲率半径R=500mm；

平面反射镜06、07、08、10，反射率R>99.9%；

输出镜09，为平面透镜，面向谐振腔内的一面镀有在振荡激光处输出耦合率为10%的介质膜，另一面镀有对振荡激光的增透介质膜(T>99.8%)，用于获得大功率的单向锁模激光输出；

SESAM 12，置于水冷铜块中进行控温，避免由于SESAM上的热积累导致的输出激光稳定性变差，调制深度4%，中心波长在振荡激光处；

凹面镜11，曲率半径为600mm，用于聚焦SESAM上的振荡光斑，使SESAM工作在饱和状态，保证激光器的稳定锁模。

其中，从泵浦源01发出的808nm泵浦激光穿过双色镜02入射到激光晶体03上，由激光晶体03产生的1.06μm增益激光入射到凹面镜04，并被凹面镜04反射到平面反射镜06，然后被平面反射镜06反射到平面反射镜08，然后被平面反射镜08反射到平面反射镜10，然后被平面反射镜10反射到凹面镜11，并被凹面镜11反射到SESAM 12，SESAM 12反射激光并将其原路返回，依次经过凹面镜11、平面反射镜10、平面反射镜08、平面反射镜06、凹面镜04、激光晶体03，然后到达双色镜02并被双色镜02反射到凹面镜05，然后被凹面镜05反射到平面反射镜07，然后被平面反射镜07反射到输出镜09，起振后通过输出镜09输出激光。

本实施例中，输出镜09和SESAM 12构成了谐振腔的两个端镜，对应重复频率59.5MHz。用ABCD矩阵计算得到晶体上的束腰为90μm，SESAM上的束腰为110μm。

用本实施例提供的激光器可以获得输出功率大于3W的稳定连续锁模，用光电二极管监测到的腔内锁模信号如图2所示，假设脉冲为双曲正割型时，脉冲宽度为15ps。

根据本发明的其他实施例，其中上述实施例中的激光晶体也可以为其他类型的激光晶体，例如掺杂浓度0.5at.%的Nd：GGG晶体，利用该Nd：GGG晶体作为激光晶体，可获得输出功率大于1.5W的稳定锁模，脉冲宽度为17.5ps。

根据本发明的其他实施例，其中上述实施例中的激光器的功率并非限定性的，例如可以为50W，例如可采用掺杂浓度0.5at.%的Nd:GdVO₄晶体，对于该激光器，用ABCD矩阵计算得到晶体上的束腰为90μm，SESAM上的束腰为110μm，可以获得在1.34μm处输出功率大于1W的稳定锁模，假设脉冲为双曲正割型时，如图3所示，脉冲宽度为12.5ps。

本发明采用的对称共焦式的谐振腔结构，能够使输出镜远离受热效应影响最严重的晶体，并且采用在平面镜端输出，使光束质量得到明显改善，并且通过ABCD矩阵理论计算的该发明设计的谐振器输出M²约为1.05。

另外，本发明采用的对称共焦式的腔型设计结构，有效地补偿了高功率泵浦下激光晶体的热透镜问题，热透镜在100mm→∞范围内变化，谐振腔都是稳腔，因此受热透镜影响小。另外，本发明，采用长焦凹面镜聚焦到SESAM上，瑞利长度长，谐振腔具有大的参数空间，因此SESAM以及聚焦凹面镜不需要微调即可实现稳定的连续锁模，SESAM上的激光处在最佳饱和能流量级，因此输出功率可以很高，可获得大于3W的稳定锁模输出。

本发明具有很好的实用性和可操作性，结构紧凑小巧、适于重复生产和组装，适于批量化生产、成本较低、激光单向输出、高功率、高重复频率、ps量级的脉冲宽度、高稳定性以及高光束质量等优点，可广泛应用于国防、工业、医疗、科研等领域，具有很好的应用前景和商业价值。

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

1.一种被动锁模激光器，包括：泵浦源（01），用于输出泵浦激光；双色镜（02）；激光晶体（03）；第一凹面镜（04）、第二凹面镜（05）和第三凹面镜（11）；第一平面反射镜（06）、第二平面反射镜（08）、第三平面反射镜（10）和第四平面反射镜（07）；输出镜（09）；SESAM（12），其中从泵浦源（01）发出的泵浦激光穿过双色镜（02）入射到激光晶体（03）上被晶体吸收，起振后的增益激光穿过激光晶体（03）后入射到第一凹面镜（04），并被第一凹面镜（04）、第一平面反射镜（06）、第二平面反射镜（08）、第三平面反射镜（10）、第三凹面镜（11）依次反射，最后入射到SESAM（12），SESAM（12）反射激光并将其原路返回，依次经过第三凹面镜（11）、第三平面反射镜（10）、第二平面反射镜（08）、第一平面反射镜（06）、第一凹面镜（04）、激光晶体（03），然后到达双色镜（02）并被双色镜（02）、第二凹面镜（05）、第四平面反射镜（07）依次反射到输出镜（09），通过输出镜（09）输出激光。

2.根据权利要求1所述的激光器，其中第一凹面镜（04）和第二凹面镜（05）的曲率半径为500mm。

3.根据权利要求1所述的激光器，其中第三凹面镜（11）的曲率半径为600mm。

4.根据权利要求1所述的激光器，其中SESAM被置于水冷铜块中。

5.根据权利要求1所述的激光器，其中双色镜（02）面向泵浦源的一端镀有对泵浦激光增透的介质膜，另一端镀有对泵浦激光增透介质膜以及对振荡激光高反介质膜。

6.根据权利要求1所述的激光器，其中第一凹面镜（04）和第二凹面镜（05）用于保证激光晶体上的激光束腰与泵浦光的模式匹配。

7.根据权利要求1所述的激光器，其中输出镜（09）为平面镜。

8.根据权利要求1所述的激光器，其中输出镜（09）面向谐振腔内的一面镀有在振荡激光处输出耦合率为10%的介质膜，另一面镀有对振荡激光的增透介质膜。

9.根据权利要求1所述的激光器，其中双色镜相对于泵浦源发出的激光束倾斜放置。