CN104752945A - 一种短腔被动锁模激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短腔被动锁模激光器，包括依光路设置的泵浦源、整形系统、耦合系统、激光增益介质、被动锁模吸收体和谐振腔；激光增益介质耦合泵浦光的端面为盘状表面；泵浦光经整形系统整形之后由耦合系统反射至激光增益介质上，部分泵浦光进入激光增益介质进行泵浦，部分被反射回耦合系统，并在耦合系统与激光增益介质之间多次往返，在激光增益介质上形成多个泵浦点；激光增益介质受激辐射产生受激辐射光，最终输出激光。本发明结构使高功率泵浦光在非球面镜反射面组与盘状表面之间进行多次反射，在盘状表面形成多个泵浦点，这样泵浦光被增益介质不同位置多次有效吸收，大大提高了对泵浦光的吸收效率，从而实现高功率锁模输出。

Description

一种短腔被动锁模激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种短腔被动锁模激光器。

背景技术

超短脉冲（纳秒以下的光脉冲ps-fs ）技术是物理学、化学、生物学、光电子学，以及激光光谱学等学科对微观世界进行研究和揭示新的超快过程的重要手段。

   产生超短脉冲的一种有效方法是被动锁模。此方法是把可饱和吸收体放在激光谐振腔内实现的。可饱和吸收体是一种非线性吸收介质，对腔内激光的吸收是随光场强度而变化的，当光场较弱时吸收体对光吸收很强，因此光透过率很低；随着激光强度的增大，吸收体对光的吸收减少，当达到一特定值时，光几乎可以无损耗的通过，此时透过率几乎100%，从而强度越大的激光损耗越小，从而得到很强的锁模脉冲。

被动锁模激光器虽可用来产生超短脉冲，但是现有被动锁模激光器产生的超短脉冲的输出功率都比较小。提高输出功率最简便的方法是增大泵浦光功率。但是，如果只是增大泵浦光功率来提高激光器脉冲输出功率，是不可能实现的，因为如果泵浦系统不变，泵浦光单次通过激光增益介质，随着泵浦光的增大，其被吸收的功率会逐渐出现饱和，激光功率也出现饱和，不能再增大。同时如果热处理不好，热量不能很好的散出去的话，还会出现激光输出功率下降的严重后果。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种可实现高功率锁模输出的短腔被动锁模激光器。

为达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种短腔被动锁模激光器，包括依光路设置的泵浦源、整形系统、耦合系统、激光增益介质、被动锁模吸收体和谐振腔，所述激光增益介质耦合泵浦光的端面为盘状表面；所述耦合系统可将泵浦光多次反射至激光增益介质的盘状表面上形成多个泵浦点；泵浦源发出的泵浦光经整形系统整形之后由耦合系统反射至激光增益介质上，部分泵浦光进入激光增益介质进行泵浦，部分被反射回耦合系统，并在耦合系统与激光增益介质之间多次往返，在激光增益介质上形成多个泵浦点，这样泵浦光被增益介质不同位置多次有效吸收，大大提高了对泵浦光的吸收效率；激光增益介质受激辐射产生受激辐射光，入射到被动锁模吸收体，在谐振腔内振荡并由谐振腔输出激光；激光增益介质和被动锁模吸收体位于谐振腔内。

进一步的，所述耦合系统具有多个反射部，泵浦光入射到耦合系统之后，依次在各个反射部与激光增益介质之间往返，各个反射部将泵浦光反射至激光增益介质，在其盘状表面形成与各个反射部相对应的泵浦点。

进一步的，所述反射部为非球面镜反射面；所述耦合系统包括多个非球面镜反射面，多个非球面镜反射面以环形圆盘结构排列。

进一步的，所述非球面镜反射面的个数为四个、六个或八个；所述非球面镜反射面为抛物镜反射面。

进一步的，所述被动锁模吸收体设于与激光增益介质盘状表面相对的方向上，位于耦合系统与激光增益介质之间。

进一步的，所述被动锁模吸收体远离激光增益介质的一端镀有振荡光的全反射膜，构成谐振腔的前腔镜；所述激光增益介质与其盘状表面相对的另一端面镀有对振荡光部分反射对泵浦光全反射的介质膜，构成谐振腔的后腔镜。

进一步的，所述被动锁模吸收体远离激光增益介质的一端面镀有振荡光的部分反射膜，构成谐振腔的后腔镜；所述激光增益介质与其盘状表面相对的另一端面镀有对振荡光和泵浦光全反射的介质膜，构成谐振腔的前腔镜；所述耦合系统中心为一通光孔，后腔镜输出的激光经由该通光孔输出。

进一步的，所述激光增益介质和被动锁模吸收体上均设有散热基体；所述散热基体对泵浦光和振荡光增透。

本发明的有益效果为：利用环形圆盘结构排列的非球面镜反射面组配合激光增益介质的盘状表面，使高功率泵浦光在非球面镜反射面组与盘状表面之间进行多次反射，在盘状表面形成多个泵浦点，这样泵浦光被激光增益介质不同位置多次有效吸收，大大提高了对泵浦光的吸收效率，从而实现高功率锁模输出。

附图说明

图1为本发明锁模激光器实施例一结构示意图；

图2为本发明锁模激光器实施例二结构示意图；

图3为本发明耦合系统正面示意图。

附图标记：1、泵浦源；2、准直透镜系统；3、耦合系统；301、非球面镜反射面；302、通光孔；4、激光增益介质；5、被动锁模吸收体；6、散热基体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

本发明短腔被动锁模激光器，通过设计耦合系统和激光增益介质泵浦光入射端面的结构，使得大功率泵浦光在耦合系统与激光增益介质之间进行多次往返反射，从而将大功率泵浦光能够多次进入激光增益介质形成多个泵浦点，被激光增益介质的不同位置多次有效吸收，有效提高泵浦效率，最终实现高功率锁模输出。

具体的，如图1所示的实施例，该短腔被动锁模激光器，包括依光路设置的泵浦源1、整形系统、耦合系统3、激光增益介质4、被动锁模吸收体5和谐振腔。其中，激光增益介质4耦合泵浦光的端面为盘状表面；耦合系统3可将泵浦光多次反射至激光增益介质4的盘状表面上形成多个泵浦点；泵浦源1发出的泵浦光经整形系统整形之后由耦合系统3反射至激光增益介质4上，部分泵浦光进入激光增益介质4进行泵浦，部分被反射回耦合系统3，并在耦合系统3与激光增益介质4之间如此进行多次往返，在激光增益介质4上形成多个泵浦点；激光增益介质4受激辐射产生受激辐射光，入射到被动锁模吸收体5，在谐振腔内振荡并由谐振腔输出激光；激光增益介质4和被动锁模吸收体5位于谐振腔内。

该耦合系统3具有多个反射部，泵浦光入射到耦合系统3之后，依次在各个反射部与激光增益介质4之间往返，各个反射部将泵浦光反射至激光增益介质4，在其盘状表面形成与各个反射部相对应的泵浦点。如本实施例中，反射部为非球面镜反射面301，该耦合系统3包括多个非球面镜反射面301，多个非球面镜反射面301以环形圆盘结构排列，如图3所示。优选的，以八个非球面镜反射面301组成的耦合系统3为例，八个非球面镜反射面301依次为第一反射部A、第二反射部B、第三反射部C、第四反射部D、第五反射部E、第六反射部F、第七反射部G和第八反射部H。各反射部的非球面镜反射面301可以采用抛物镜面，可将入射到其上的准直光反射聚焦到激光增益介质上4。

其泵浦过程如下：泵浦光经整形系统整形，本实施例是经准直透镜系统2准直之后入射到耦合系统3的第一反射部A的抛物镜面上，被第一反射部A反射聚焦到激光增益介质4盘状表面上的第一泵浦点，一部分被激光增益介质4吸收进行泵浦，一部分被激光增益介质4的盘状表面反射后入射到第二反射部B，第二反射部B又将该入射光反射会聚到激光增益介质4盘状表面上的第二泵浦点，又一部分泵浦光被激光增益介质4吸收进行泵浦，剩余部分再次被激光增益介质4的盘状表面反射至耦合系统的第三反射部C，以此类推，剩余泵浦光经第三反射部C反射聚焦至增益介质4盘状表面上的第三泵浦点后又一部分被反射至耦合系统的第四反射部D……最终经过耦合系统3的多次反射，在激光增益介质4上形成多个泵浦点，各个泵浦点与耦合系统3各反射部相互对应。由于激光增益介质3表面采用盘状结构配合散热基体，可以有效散热，同时配合耦合系统3的多次反射在激光增益介质4上形成多点泵浦，因此泵浦总功率可以很大，比如几十瓦，也不会出现输出功率饱和或者由于温度较高出现的功率下降，而且这样泵浦光可以被增益介质不同位置多次有效吸收，大大提高了对泵浦光的吸收效率，从而实现高功率锁模输出。

激光增益介质4吸收泵浦光后产生受激辐射，在谐振腔内形成振荡，被动锁模吸收体5对腔内模式进行选择形成窄线宽、高重复频率输出。该实施例中（如图1所示的实施例一），被动锁模吸收体5设于与激光增益介质4盘状表面相对的方向上，位于耦合系统3与激光增益介质4之间。其中，被动锁模吸收体5远离激光增益介质4的一端镀有振荡光的全反射膜，构成谐振腔的前腔镜；激光增益介质4与其盘状表面相对的另一端面镀有对振荡光部分反射对泵浦光全反射的介质膜，构成谐振腔的后腔镜。振荡光经在谐振腔内谐振，并由后腔镜（激光增益介质4与其盘状表面相对的另一端面）输出激光。

或者，如图2所示的实施例二，被动锁模吸收体5远离激光增益介质4的一端面镀有振荡光的部分反射膜，构成谐振腔的后腔镜；激光增益介质4与其盘状表面相对的另一端面镀有对振荡光和泵浦光全反射的介质膜，构成谐振腔的前腔镜；且耦合系统3中心为一通光孔302，如图2和3所示，后腔镜输出的激光经由该通光孔输出。

上述各实施例中，泵浦源均采用大功率泵浦源，被动锁模吸收体5优选半导体可饱和吸收体（SESAM），整形系统采用的是一准直透镜系统2。还可在激光增益介质4和被动锁模吸收体5上均设置散热性能较好的散热基体6，以增强激光器的散热性能；该散热基体6对泵浦光和振荡光增透，可设于被动锁模吸收体5的任意一侧面或端面，和/或设于激光增益介质4除盘状表面外的其他侧面或端面。如果将散热基体位于前腔镜上，作为前腔镜散热基体时，也可以是金属散热块，不对泵浦光或者振荡光增透。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种短腔被动锁模激光器，包括依光路设置的泵浦源、整形系统、耦合系统、激光增益介质、被动锁模吸收体和谐振腔，其特征在于：所述激光增益介质耦合泵浦光的端面为盘状表面；所述耦合系统可将泵浦光多次反射至激光增益介质的盘状表面上形成多个泵浦点；泵浦源发出的泵浦光经整形系统整形之后由耦合系统反射至激光增益介质上，部分泵浦光进入激光增益介质进行泵浦，部分被反射回耦合系统，并在耦合系统与激光增益介质之间多次往返，在激光增益介质上形成多个泵浦点；激光增益介质受激辐射产生受激辐射光，入射到被动锁模吸收体，在谐振腔内振荡并由谐振腔输出激光；激光增益介质和被动锁模吸收体位于谐振腔内。

2.如权利要求1所述短腔被动锁模激光器，其特征在于：所述耦合系统具有多个反射部，泵浦光入射到耦合系统之后，依次在各个反射部与激光增益介质之间往返，各个反射部将泵浦光反射至激光增益介质，在其盘状表面形成与各个反射部相对应的泵浦点。

3.如权利要求2所述短腔被动锁模激光器，其特征在于：所述反射部为非球面镜反射面；所述耦合系统包括多个非球面镜反射面，多个非球面镜反射面以环形圆盘结构排列。

4.如权利要求3所述短腔被动锁模激光器，其特征在于：所述非球面镜反射面的个数为四个、六个或八个或者更多。

5.如权利要求1-4任一项所述短腔被动锁模激光器，其特征在于：所述被动锁模吸收体设于与激光增益介质盘状表面相对的方向上，位于耦合系统与激光增益介质之间。

6.如权利要求5所述短腔被动锁模激光器，其特征在于：所述被动锁模吸收体远离激光增益介质的一端镀有振荡光的全反射膜，构成谐振腔的前腔镜；所述激光增益介质与其盘状表面相对的另一端面镀有对振荡光部分反射对泵浦光全反射的介质膜，构成谐振腔的后腔镜。

7.如权利要求5所述短腔被动锁模激光器，其特征在于：所述被动锁模吸收体远离激光增益介质的一端面镀有振荡光的部分反射膜，构成谐振腔的后腔镜；所述激光增益介质与其盘状表面相对的另一端面镀有对振荡光和泵浦光全反射的介质膜，构成谐振腔的前腔镜；所述耦合系统中心为一通光孔，后腔镜输出的激光经由该通光孔输出。

8.如权利要求1-4或权利要求6或7任一项所述短腔被动锁模激光器，其特征在于：所述激光增益介质和被动锁模吸收体上均设有散热基体。