CN105305221A - 一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器 - Google Patents
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Abstract
一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器，涉及百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器。它为了解决现有的采用锁模技术结合放大技术获得窄脉冲宽度、大能量的激光结构复杂、成本高的问题。种子光激光器产生的线性偏振光依次经过光隔离器、整形器一、偏振器件一、放大器一和偏振器件二后，进入SBS脉冲压缩器，从SBS脉冲压缩器返回的光依次经过偏振器件二、放大器一、偏振器件一、整形器二和放大器二后，从放大器二出射。该激光器结构简单，成本相对现有的技术更为低廉，输出能量大，且输出为光束质量好的激光，适用于激光医疗、非线性光学、精密加工和激光通信领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体激光器，特别涉及一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器，属于激光领域。
背景技术
具有窄脉冲宽度、大能量的固体激光器在激光医疗、非线性光学、精密加工和激光通信领域具有广泛的应用前景。目前为了获得较大能量的亚纳秒或皮秒脉冲的输出，往往需要采用半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模技术获得纳焦耳量级的锁模序列，再结合再生放大器获得毫焦耳的输出，最后通过行波放大器对脉冲进行进一步放大。这种方式的结构相对复杂，且再生放大器对信号的控制提出了更高的要求，价格也相对昂贵，从而限制了其在某些领域的应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的采用锁模技术结合放大技术获得窄脉冲宽度、大能量的激光结构复杂、成本高的问题，提供一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器。
本发明所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器包括由种子光激光器1、光隔离器2、整形器一3、偏振器件一4、放大器一5、偏振器件二6、SBS脉冲压缩器7、整形器二8和放大器二9；
种子光激光器1产生的线性偏振光依次经过光隔离器2、整形器一3、偏振器件一4、放大器一5和偏振器件二6后，进入SBS脉冲压缩器7，从SBS脉冲压缩器7返回的光依次经过偏振器件二6、放大器一5、偏振器件一4、整形器二8和放大器二9后，从放大器二9出射；
偏振器件一4用于使水平方向偏振的激光透射，垂直方向偏振的激光反射；偏振器件二6用于使正向和反向两次通过该器件的光偏振态发生偏转，即水平偏振光两次通过该器件后变成垂直偏振光，垂直偏振光两次通过该器件后变成水平偏振光。
受激布里渊散射(StimulatedBrillouinScattering，简称SBS)，是一种能够有效获得激光脉冲压缩的技术手段，同时，有结构简单、相位共轭和输出的Stokes光的光束质量好等特性。因此，利用SBS技术获得具有结构简单且能量较大的超短脉冲激光输出具有重要的研究意义，也是推动超短脉冲激光器工程应用的关键动力。
本发明的获得的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器，可通过控制SBS脉冲压缩器的工作物质、结构及长度，获得不同脉冲宽度，实现百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的激光输出；通过控制放大器一与放大器二的延时和电压，获得不同的能量输出；该结构简单，成本相对现有的技术更为低廉，输出能量大，且输出为光束质量好的激光。
附图说明
图1为实施方式二所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器的结构示意图；
图2至图6为实施方式一中的五种不同结构的SBS脉冲压缩器7；
图7至图13为实施方式七中的七种不同结构的整形器；
图14是实施方式一中输出压缩后脉冲的波形图，压缩后脉冲宽度约为5ns；
图15是实施方式一中输出压缩后脉冲的波形图，压缩后脉冲宽度约为600ps；
图16是实施方式一中输出压缩后脉冲的波形图，压缩后脉冲宽度约为500ps；
图17是实施方式一中输出压缩后脉冲的波形图，压缩后脉冲宽度约为400ps。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图9、图14至图17说明本实施方式，本实施方式所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器包括由种子光激光器1、光隔离器2、整形器一3、偏振器件一4、放大器一5、偏振器件二6、SBS脉冲压缩器7、整形器二8和放大器二9；
种子光激光器1产生的线性偏振光依次经过光隔离器2、整形器一3、偏振器件一4、放大器一5和偏振器件二6后，进入SBS脉冲压缩器7，从SBS脉冲压缩器7返回的光依次经过偏振器件二6、放大器一5、偏振器件一4、整形器二8和放大器二9后，从放大器二9出射；
偏振器件一4用于使水平方向偏振的激光透射，垂直方向偏振的激光反射；偏振器件二6的功能是使正向和反向两次通过该器件的光偏振态发生偏转，即水平偏振光两次通过该器件后变成垂直偏振光，垂直偏振光两次通过该器件后变成水平偏振光。
种子光激光器1产生线性偏振、窄激光线宽输出。光隔离器2可以使激光单向传输。偏振器件一4可实现某一偏振方向的光透过，其他偏振方向的光反射。偏振器件二6可将两次通过的激光进行偏振态的反转(s光与p光之间转换)；SBS脉冲压缩器7能够实现注入激光的脉冲压缩。SBS脉冲压缩器7可采用多种结构，如图2至图6所示。
可通过控制种子光激光器1经过放大器一5后的激光能量，以及SBS脉冲压缩器7的长度、工作物质、内置透镜的焦距和位置，来调整从放大器一5出射的激光的脉宽、脉冲压缩效率和输出能量，此时获得的出射光为小能量压缩后的基频光，从放大器一5出射的激光经过整形器二8和放大器二9后获得放大的基频光能量输出，如图14至图17所示，实验得到脉宽分别为5ns、600ps、500ps及400ps的输出波形。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器的进一步限定，本实施方式中，所述固体激光器还包括整形器三10、非线性频率转换器11和分光器12，从放大器二9出射的激光依次经过整形器三10、非线性频率转换器11和分光器12后，从分光器12出射。
从放大器二9出射的激光依次经过整形器三10和非线性频率转换器11和分光器12后，能够获得不同激光波长的合并输出。
具体实施方式三：本实施方式是对实施方式一和二所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器的进一步限定，本实施方式中，SBS脉冲压缩器7的工作物质为气体、液体或固体。
具体实施方式四：本实施方式是对实施方式三所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器的进一步限定，本实施方式中，SBS脉冲压缩器7由一个或若干个独立装置构成。能够实现注入激光的脉冲压缩。
具体实施方式五：本实施方式是对实施方式二所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器的进一步限定，本实施方式中，非线性频率转换器11为二倍频器、三倍频器、四倍频器、和频器或光参量振荡器。
通过控制非线性频率转换器的晶体和匹配方式，获得不同波长的激光输出。
具体实施方式六：本实施方式是对实施方式二所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器的进一步限定，本实施方式中，分光器12为单一的分色元件或多个分色元件的组合。
具体实施方式七：结合图7至图13说明本实施方式，本实施方式是对实施方式二所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器的进一步限定，本实施方式中，整形器一3、整形器二8)和整形器三10为扩束镜、缩束镜或小孔光阑，或扩束镜、缩束镜及小孔光阑的组合。
具体实施方式八：本实施方式是对实施方式二所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器的进一步限定，本实施方式中，放大器一5和放大器二9内均包含多个放大模块，且每个放大模块的电压和延时相同或者不同。
通过控制放大器一与放大器二的延时、电压，获得不同的能量输出。
Claims (8)
1.一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器，其特征在于，它包括由种子光激光器(1)、光隔离器(2)、整形器一(3)、偏振器件一(4)、放大器一(5)、偏振器件二(6)、SBS脉冲压缩器(7)、整形器二(8)和放大器二(9)；
种子光激光器(1)产生的线性偏振光依次经过光隔离器(2)、整形器一(3)、偏振器件一(4)、放大器一(5)和偏振器件二(6)后，进入SBS脉冲压缩器(7)，从SBS脉冲压缩器(7)返回的光依次经过偏振器件二(6)、放大器一(5)、偏振器件一(4)、整形器二(8)和放大器二(9)后，从放大器二(9)出射；
偏振器件一(4)用于使水平方向偏振的激光透射，垂直方向偏振的激光反射；偏振器件二(6)用于使正向和反向两次通的光偏振态发生偏转，即水平偏振光两次通过该器件后变成垂直偏振光，垂直偏振光两次通过该器件后变成水平偏振光。
2.根据权利要求1所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器，其特征在于，所述固体激光器还包括整形器三(10)、非线性频率转换器(11)和分光器(12)，从放大器二(9)出射的激光依次经过整形器三(10)、非线性频率转换器(11)和分光器(12)后，从分光器(12)出射。
3.根据权利要求1或2所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器，其特征在于，SBS脉冲压缩器(7)的工作物质为气体、液体或固体。
4.根据权利要求3所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器，其特征在于，SBS脉冲压缩器(7)由一个或若干个独立装置构成。能够实现注入激光的脉冲压缩。
5.根据权利要求2所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器，其特征在于，非线性频率转换器(11)为二倍频器、三倍频器、四倍频器、和频器或光参量振荡器。
6.根据权利要求2所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器，其特征在于，分光器(12)为单一的分色元件或多个分色元件的组合。
7.根据权利要求2所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器，其特征在于，整形器一(3)、整形器二(8))和整形器三(10)为扩束镜、缩束镜或小孔光阑，或扩束镜、缩束镜及小孔光阑的组合。
8.根据权利要求2所述的一种百皮秒至纳秒脉冲宽度可调的固体激光器，其特征在于，放大器一(5)和放大器二(9)内均包含多个放大模块，且每个放大模块的电压和延时相同或者不同。
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