CN104505706B - 一种1134nm波长Yb：YVO4飞秒激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及短脉冲激光技术领域，具体公开一种1134nm波长Yb:YVO4飞秒激光器。本发明的飞秒激光器，包括：沿光路传播方向依次布置的半导体激光器端面泵浦系统、双向色镜、Yb:YVO4晶体、两宽带负色散镜、宽带输出镜，其中，所述双向色镜、宽带负色散镜、宽带输出镜构成飞秒激光谐振腔，所述Yb:YVO4晶体为激光增益晶体，所述宽带输出镜为激光器的耦合输出镜。本发明采用Yb:YVO4晶体、半导体激光器端面泵浦系统、宽带飞秒激光谐振腔，在腔内放置具有受激拉曼散射效应的Yb:YVO4激光晶体和宽带光学器件；从而利用飞秒激光振荡器内Yb:YVO4激光晶体自身的非线性效应实现频率变换，直接获得1134nm附近波长的拉曼飞秒激光，具有输出波长独特、结构紧凑、实用性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及短脉冲激光技术领域，特别涉及一种1134nm波长Yb：YVO4的飞秒激光器。
背景技术
飞秒激光具有脉冲宽度窄、峰值功率高等突出特点，已在物理、化学等基础科学研究、微纳加工、生命医学、信息通讯、军事国防、卫星测距等众多领域得到广泛应用，为上述尖端领域的探索和发展提供了有力的工具。
目前，钛宝石飞秒激光器是技术最为成熟、应用领域最为广泛的飞秒激光器。掺杂稀土元素的固体激光材料，是另一类重要的激光材料。其中，掺Yb稀土离子的激光材料及其激光器，与钛宝石激光相比，其简单的能级结构、较低的量子缺陷、宽带发射光谱、可被大功率InGaAs半导体激光器泵浦。从而，减少了能量传递的环节，激光转化效率也大幅提高，激光系统的成本大大降低。上述掺杂稀土元素激光器已经成为近十几年以来全固态飞秒激光技术的研究热点，并已在光通信、医学、军事、强场物理等领域得到广泛应用。
但是，钛宝石激光器、掺Yb材料激光器等受到激光增益材料能级结构的限制，只能输出某一特定的波长，例如钛宝石激光器输出波长在800nm附近，掺Yb材料激光器输出波长在1030nm附近。随着研究的深入，单一波段的飞秒激光已不能满足与日俱增的应用需求，因此更多波段飞秒激光的产生方法成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明旨在克服现有飞秒激光器技术的缺陷，获得新波长，提供一种1134nm波长Yb：YVO4的飞秒激光器。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种飞秒激光器，包括：沿光路传播方向依次布置的半导体激光器端面泵浦系统、双向色镜、Yb：YVO4晶体、两宽带负色散镜、宽带输出镜，其中，所述双向色镜、宽带负色散镜、宽带输出镜构成飞秒激光谐振腔，所述Yb：YVO4晶体为激光增益晶体，所述宽带输出镜为激光器的耦合输出镜。
一些实施例中，所述半导体激光器端面泵浦系统包含光纤耦合输出的半导体激光器、准直透镜、聚焦透镜。光纤耦合输出的半导体激光器的发射波长为980nm，光纤纤芯的直径为100～200微米。
一些实施例中，所述双向色镜为平面镜；所述双向色镜上镀有膜系，所述膜系为对980nm波长的泵浦光增透、对1030nm波长的基频激光和1134nm波长的拉曼激光高反射。
一些实施例中，所述Yb：YVO4晶体沿晶体的C轴切割，其端面与光路在水平面夹角为1～2度；所述Yb：YVO4晶体端面镀有膜系，所述膜系为对980nm波长的泵浦光、1030nm波长的基频激光和1134nm波长的拉曼激光增透。
一些实施例中，所述宽带负色散镜为凹面反射镜，其曲率半径为100～400毫米；所述宽带负色散镜镀有膜系，所述膜系为对1030nm波长具有负色散特性，对1030nm波长的基频激光和1134nm波长的拉曼激光高反射。
一些实施例中，所述宽带输出镜为镀制石墨烯材料的宽带复合器件。
一些实施例中，所述宽带输出镜为首先在镜片基片上镀制透过率为0.5％～5％膜系，其次镀制一层石墨烯材料；所述膜系为对1030nm波长的基频激光高反射、1134nm波长的拉曼激光部分透射。石墨烯材料的作用是实现飞秒激光器锁模的启动。
本发明的有益效果在于：采用Yb：YVO4晶体、半导体激光器端面泵浦系统、宽带飞秒激光谐振腔，在激光器谐振腔内放置具有受激拉曼散射效应的Yb：YVO4激光晶体和宽带光学器件；从而利用飞秒激光振荡器内Yb：YVO4激光晶体自身的非线性效应实现频率变换，直接获得1134nm附近波长的拉曼激光，具有输出波长独特、结构紧凑、实用性强的特点。
附图说明
图1示意性示出根据本发明一个实施例的飞秒激光器结构示意图。
图2为图1中半导体激光器端面泵浦系统1的示意图。
半导体激光器端面泵浦系统1； 双向色镜2；
Yb：YVO4晶体3； 宽带负色散镜4；
宽带输出镜5。
光纤耦合输出的半导体激光器11； 准直透镜12；
聚焦透镜13。
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，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
本发明提供一种利用Yb：YVO4激光晶体既为飞秒激光材料，又具受激拉曼散射材料的双重特性，借助宽带光学器件，获得1134nm附近波长飞秒激光。
请参考图1，示出根据本发明一个实施例的飞秒激光器。
包括：沿光路传播方向依次布置的半导体激光器端面泵浦系统1、双向色镜2、Yb：YVO4晶体3、两宽带负色散镜4、宽带输出镜5，本发明的飞秒激光器为宽带谐振腔结构。其中，上述光路呈Z字形。
其中，双向色镜2、宽带负色散镜4、宽带输出镜5构成飞秒激光谐振腔，产生飞秒激光，同时也是拉曼谐振腔；Yb：YVO4晶体3为激光增益晶体，其也是非线性受激拉曼散射晶体；宽带输出镜5为激光器的耦合输出镜，同时用于实现激光器锁模的启动。
Yb：YVO4晶体3被半导体激光器端面泵浦系统1激发产生的光，先后被两宽带负色散镜4反射后，入射到宽带输出镜5，宽带输出镜5将光原路返回。其中，两宽带负色散镜4的凹面相对设置。
半导体激光器端面泵浦系统1包括光纤耦合输出的半导体激光器11、准直透镜12、聚焦透镜13。可优选地，光纤耦合输出的半导体激光器11采用最大输出功率20W，发射波长在980nm附近，其光纤纤芯的直径为100～200微米。如图2所示，光纤耦合输出的半导体激光器11发出圆锥形的发散光。经过准直透镜12将光纤耦合输出的发散光束准直，聚焦透镜13将准直光束聚焦。
双向色镜2为平面镜，进一步地，双向色镜2上镀有膜系，上述膜系为对980nm附近波长的泵浦光增透、对1030nm附近波长的基频激光和1134nm附近波长的拉曼激光高反射。其中，膜系为氧化钽/氧化硅介质膜，厚度约7.5微米
Yb：YVO4晶体3沿晶体的C轴切割，其端面与光路在水平面夹角为1～2度；上述Yb：YVO4晶体3为具有受激拉曼散射效应的掺杂Yb离子激光晶体，其中，Yb离子掺杂浓度通常在2％～5％，晶体长度通常为2mm～6mm。
Yb：YVO4晶体3端面镀有膜系，上述膜系为对980nm附近波长的泵浦光、1030nm附近波长的基频激光和1134nm附近波长的拉曼激光增透。其中，膜系为氧化钽介质膜，厚度约800nm。
上述半导体激光器端面泵浦系统1发出的泵浦光通过双向色镜2后会聚在Yb：YVO4晶体3，从而半导体激光器端面泵浦系统1发出的泵浦光被Yb：YVO4晶体3吸收。
宽带负色散镜4为凹面反射镜，其曲率半径为100～400毫米；宽带负色散镜4镀有膜系，上述膜系为对1030nm附近波长具有负色散特性，对在1030nm附近波长的基频激光和1134nm附近波长的拉曼激光高反射。本发明实施例中的宽带负色散镜4可以补偿激光谐振腔内Yb：YVO4晶体3引入的正色散。其中，膜系为氧化钽/氧化硅Gires-Tournois型干涉介质膜，厚度约10微米。
宽带输出镜5为镀制石墨烯材料的宽带复合器件。具体地，宽带输出镜5在镜片基片上镀制透过率为0.5％～5％膜系，上述膜系为对1030nm附近波长的基频激光高反射、1134nm附近波长的拉曼激光部分透射；并在此基础上镀制一层石墨烯材料，在本发明实施例中，石墨烯材料实现飞秒激光器的锁模启动。其中，膜系为氧化钽/氧化硅介质膜，厚度约8微米。其中，石墨烯材料厚度仅为单原子层。
本发明中，双向色镜2、宽带负色散镜4、宽带输出镜5构成飞秒激光谐振腔，产生飞秒激光。
本发明飞秒激光谐振腔内的激光往返通过Yb：YVO4晶体3产生受激拉曼散射光，该散射光被两宽带负色散镜4反射，入射到镀制石墨烯材料的宽带输出镜5将一部分光原路返回，构成拉曼激光谐振腔；同时，镀制对1134nm附近波长的拉曼激光部分透射的膜系的宽带输出镜5进一步镀制石墨烯材料，从而输出1134nm附近波长的拉曼飞秒激光。
本发明实施例采用Yb：YVO4晶体、半导体激光器端面泵浦系统、宽带飞秒激光谐振腔，在腔内放置具有受激拉曼散射效应的Yb：YVO4激光晶体和宽带光学器件；从而利用飞秒激光振荡器内Yb：YVO4激光晶体自身的非线性效应实现频率变换，直接获得1134nm附近波长的拉曼激光，具有输出波长独特、结构紧凑、实用性强的特点。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种1134nm波长Yb：YVO4飞秒激光器，其特征在于，包括：沿光路传播方向依次布置的半导体激光器端面泵浦系统、双向色镜、Yb：YVO4晶体、两宽带负色散镜、宽带输出镜，其中，所述双向色镜、宽带负色散镜、宽带输出镜构成飞秒激光谐振腔，所述Yb：YVO4晶体为激光增益晶体，所述宽带输出镜为激光器的耦合输出镜；所述双向色镜为平面镜；所述双向色镜上镀有膜系，所述膜系为对980nm波长的泵浦光增透、对1030nm波长的基频激光和1134nm波长的拉曼激光高反射；所述宽带输出镜为首先在镜片基片上镀制透过率为0.5％～5％膜系，其次镀制一层石墨烯材料；所述膜系为对1030nm波长的基频激光高反射、1134nm波长的拉曼激光部分透射；所述宽带负色散镜镀有膜系，所述膜系为对1030nm波长具有负色散特性。
2.如权利要求1所述的飞秒激光器，其特征在于，所述半导体激光器端面泵浦系统包含光纤耦合输出的半导体激光器，其发射波长为980nm，光纤纤芯的直径为100～200微米。
3.如权利要求1所述的飞秒激光器，其特征在于，所述Yb：YVO4晶体沿晶体的C轴切割，其端面与光路在水平面夹角为1～2度；所述Yb：YVO4晶体端面镀有膜系，所述膜系为对980nm波长的泵浦光、1030nm波长的基频激光和1134nm波长的拉曼激光增透。
4.如权利要求1所述的飞秒激光器，其特征在于，所述宽带负色散镜为凹面反射镜，其曲率半径为100～400毫米；所述宽带负色散镜镀有膜系，所述膜系为对1030nm波长的基频激光和1134nm波长的拉曼激光高反射。
5.如权利要求1所述的飞秒激光器，其特征在于，所述宽带输出镜为镀制石墨烯材料的宽带复合器件。
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