CN105846302A - 一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其包括连续激光泵浦源、光学耦合系统、多晶Cr:ZnS晶体和谐振腔；其中，连续激光泵浦源向谐振腔内提供能量，光学耦合系统将所述能量聚焦到多晶Cr:ZnS晶体，多晶Cr:ZnS晶体放置在谐振腔内，为激光的形成提供增益，谐振腔提供一往返光路，以使激光在谐振腔内发生振荡并实现锁模。还提供了该克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器的使用方法和应用。所述克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器能够获得波长在2.3μm附近的锁模激光输出，可以广泛地应用在激光雷达、激光医疗、材料加工、大气通讯与检测、土壤污染物探测或超快光谱学。

Description

一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器
技术领域
本发明属于克尔透镜锁模技术领域，涉及一种飞秒激光器，具体涉及一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，及其使用方法和应用。
背景技术
基于其四能级结构、无激发态吸收、宽振动辐射带和室温下接近100％荧光量子效率，掺Cr的ZnS(Cr:ZnS)通常被认为是中红外的“钛宝石”。而与钛宝石相比，Cr:ZnS具有更高的发射截面和更高的二阶、三阶非线性系数。加上Cr:ZnS的宽吸收带覆盖了掺Er、Tm等一些成熟的商业光纤激光器输出波长，使Cr:ZnS近年来被广泛研究。但是高掺杂和高光学质量的单晶Cr:ZnS很难生长，而多晶Cr:ZnS弥补了这些不足。多晶Cr:ZnS的一个重要优势在于后生长扩散掺杂技术，这项技术使得大体积、高掺杂浓度、低损耗增益介质生长成为了现实。
过渡金属掺杂的II-VI硫化物在1996年被劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)首次引入中红外激光领域以来，直到现在这类增益介质仍是研究的热点。近几年关于Cr:ZnS超短脉冲的研究也取得了重大进步。2002年，Irina T.Sorokina等人实现了二极管泵浦Cr:ZnS连续可调谐输出；2006年，Irina T.Sorokina等人实现了利用Er:Fiber泵浦的半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模1.1皮秒(ps)输出；紧接着2012年，Evgeni Sorokin等人实现了利用Er:Fiber泵浦的SESAM锁模130飞秒(fs)输出；而在2013年，Nikolai Tolstik等人则实现了利用Er:Fiber泵浦的克尔透镜锁模(KLM)锁模69fs输出；直至目前关于Cr:ZnS超短脉冲研究所得到的最短脉宽是29fs。
2μm波段的激光源在激光雷达，激光医疗，材料加工等领域有着非常重要的价值。2μm波段处于大气窗口，而且也覆盖了一些特殊气体的吸收峰，可以广泛应用于大气通讯与检测，激光雷达和土壤污染物探测等。同时，由于2μm波段有较为丰富的水吸收峰，在生物组织中的穿透深度只有几十微米，对周围组织的热损伤较小，因此可被当做红外波段的冷激光用于医学诊断和治疗中。另外，2μm的激光源可以通过光学参量振荡的方法产生3～5μm的激光，而且利用2μm波段的超短脉冲激光作为驱动源，在与物质相互作用产生高次谐波的过程中，所得到的截止波长更短，光子能量更高，有利于更短的阿秒脉冲产生。因此建立运行于2.3μm波长的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器将具有重要的意义和价值。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，及其使用方法和应用。
为实现上述目的，本发明提供了一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其包括：连续激光泵浦源、光学耦合系统、多晶Cr:ZnS晶体和谐振腔；
其中，所述连续激光泵浦源向所述谐振腔内提供能量，所述光学耦合系统将所述能量聚焦到所述多晶Cr:ZnS晶体，所述多晶Cr:ZnS晶体放置在所述谐振腔内，为激光的形成提供增益，所述谐振腔提供一往返光路，以使所述激光在所述谐振腔内发生振荡并实现锁模。
优选地，所述克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器的输出中心波长在2.3μm附近。
所述连续激光泵浦源向谐振腔内提供能量。特别的，在一种实施方案中，以发射波长在1645nm固态Er：YAG泵浦激光为例，获得了输出中心波长2347nm，平均功率80mW，重复频率115MHz，脉冲宽度125fs，并且观察到了2至4倍频现象。
根据本发明提供的新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其中，所述多晶Cr:ZnS晶体的尺寸为3.61×3.01×4.82mm3，所述多晶Cr:ZnS晶体中Cr离子的掺杂浓度优选为6.4×1018cm-3。优选地，所述多晶Cr:ZnS晶体为布儒斯特角切割。更优选地，所述多晶Cr:ZnS晶体的两个通光表面抛光且均未镀膜。其中，所述多晶Cr:ZnS晶体可以用铟箔包裹后紧固在紫铜夹子上并安装在紫铜块上，紫铜块内部加工一个贯通的水通道并接到一个恒温循环水控制系统上，把水温控制在14.5℃。
根据本发明提供的新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其中，所述连续激光泵浦源为发射波长为1.4～2μm范围内的连续激光器；所述连续激光泵浦源优选为发射波长在所述多晶Cr:ZnS晶体吸收谱范围内的连续激光器。在一种实施方案中，可以采用发射波长为1645nm的Er:YAG连续激光器作为泵浦源。
根据本发明提供的新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其中，所述谐振腔为“X”型非对称像散补偿四镜腔。优选地，所述谐振腔包括第一平凹镜、第二平凹镜、平面高反镜和输出耦合镜。其中，由所述连续激光泵浦源发射的激光通过所述光学耦合系统聚焦到所述多晶Cr:ZnS晶体上，泵浦所述多晶Cr:ZnS晶体产生经增益的激光入射到所述第二平凹镜，所述第二平凹镜将所述激光反射到所述平面高反镜，所述平面高反镜将所述激光原路反射回去，经由所述第二平凹镜反射并聚焦至所述多晶Cr:ZnS晶体进行增益，然后到达所述第一平凹镜并被所述第一平凹镜反射到白宝石片，通过所述白宝石片后，一部分所述激光被所述输出耦合镜原路反射回去，经由第一平凹镜反射在多晶Cr:ZnS晶体中进一步得到增益，另一部分所述激光被所述输出耦合镜输出。微调所述多晶Cr:ZnS晶体和所述第二平凹镜，轻推所述平面高反镜，以实现克尔透镜锁模。在锁模运转状态下，在所述的多晶Cr:ZnS晶体中产生了2-4倍频光。所述倍频光是在所述第二平凹镜后(即在第二平凹镜背对多晶Cr:ZnS晶体的一侧)测得的。
根据本发明提供的新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其中，所述第一平凹镜和所述第二平凹镜的曲率半径均为75mm。优选地，所述第一平凹镜为泵浦双色镜。更优选地，所述第一平凹镜面向所述连续激光泵浦源的一面镀有对由所述连续激光泵浦源发射的激光的增透膜，面向所述多晶Cr:ZnS晶体的一面镀有对振荡激光的高反介质膜，且所述第二平凹镜面向多晶Cr:ZnS晶体的一面镀有对振荡激光的高反介质膜。进一步优选地，所述增透膜为2000～2500nm波长的增透膜。和/或进一步优选地，所述第一平凹镜和第二平凹镜的高反介质膜在2000nm～2500nm波长的反射率均大于99.9％。
根据本发明提供的新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其中，所述平面高反镜为双平面镜。优选地，所述平面高反镜面向谐振腔的一面镀有对振荡激光的高反介质膜。更优选地，所述平面高反镜的高反介质膜在2000nm～2500nm波长的反射率均大于99.9％。
根据本发明提供的新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其中，所述白宝石片以布儒斯特角放置在所述谐振腔内。优选地，所述白宝石片厚度根据所述谐振腔内的正色散量而定。白宝石片的作用是为腔内补偿色散。特别地，在一种实施方案中，白宝石片的厚度为5mm，和/或白宝石片的直径为1英寸。
根据本发明提供的新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其中，所述输出耦合镜为楔形镜。优选地，输出耦合率为1％，楔角为30′。在一种实施方案中，所述输出耦合镜的直径为0.5英寸。
本发明还提供了上述新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器的使用方法，其中，所述使用方法包括：
所述连续激光泵浦源发射的激光通过光学耦合系统聚焦到所述多晶Cr:ZnS晶体上，泵浦所述多晶Cr:ZnS晶体产生经增益的激光入射到所述第二平凹镜，所述第二平凹镜将所述激光反射到所述平面高反镜，所述平面高反镜将所述激光原路反射回去，经由所述第二平凹镜反射并聚焦至所述多晶Cr:ZnS晶体进行增益，然后到达所述第一平凹镜并被所述第一平凹镜反射到白宝石片，通过所述白宝石片后，一部分所述激光被所述输出耦合镜原路反射回去，经由所述第一平凹镜反射在所述多晶Cr:ZnS晶体中进一步得到增益，另一部分所述激光被所述输出耦合镜输出。优选地，所述使用方法包括连续光输出优化。所述连续光输出优化优选地是通过调节所述多晶Cr:ZnS晶体的位置、所述平面高反镜和所述输出耦合镜的角度进行的。更优选地，所述使用方法还包括实现克尔透镜锁模，以将连续激光转变为锁模激光；所述克尔透镜锁模优选地是通过微调所述多晶Cr:ZnS晶体和所述第二平凹镜水平位置，轻推所述平面高反镜而实现的。在锁模运转状态下，在所述的多晶Cr:ZnS晶体中产生了2-4倍频光。所述倍频光是在所述第二平凹镜后测得的。
本发明还提供上述新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器在激光雷达、激光医疗、材料加工、大气通讯与检测、土壤污染物探测或超快光谱学中的应用。
在一种实施方案中，所述光学耦合系统可以由若干聚焦透镜和高反镜组成，将由所述连续激光泵浦源发射的激光空间整形后形成聚焦光聚焦到所述多晶Cr:ZnS晶体。所述多晶Cr:ZnS晶体处于所述光学耦合系统聚焦的焦点处，并使所述聚焦光与所述多晶Cr:ZnS晶体成布儒斯特角，并使透射光最大。
其中，所述第二平凹镜、多晶Cr:ZnS晶体和平面高反镜均都固定在一个光学平移台上。
其中，所述第一平凹镜和第二平凹镜为所述谐振腔的腔镜，所述平面高反镜和输出耦合镜为所述谐振腔的端镜。
所述的克尔透镜锁模，是在连续光运转状态下，通过调节所述多晶Cr:ZnS晶体、所述第二凹面镜水平位置，然后轻轻推动所述平面高反镜，实现从连续光到锁模脉冲光的过程。
本专利发明了运行于2.3μm波长的全固态多晶Cr:ZnS锁模飞秒激光器，通过调节腔镜与端镜，并轻轻推动端镜就可以获得稳定的飞秒锁模脉冲，在使用窄线宽单块Er:YAG激光器作为泵浦源为例中，带来下列有益技术效果：
(1)论证了窄线宽单块Er:YAG激光器作为泵浦源的可行性。
(2)能够获得波长在2.3μm附近的锁模激光输出。
(3)能够获得平均功率为80mW的锁模激光输出。
(4)能够获得重复频率为115MHz的锁模激光输出。
(5)能够获得2至4倍频光谱。
(6)能获得125fs的锁模脉冲宽度。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1示出了本发明的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器的结构及光路示意图；
图2示出了以发射波长在1645nm固态Er：YAG泵浦激光为例，根据本发明实施例的运行于2.3μm波长的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器的连续光功率曲线；
图3示出了以发射波长在1645nm固态Er：YAG泵浦激光为例，根据本发明实施例的运行于2.3μm波长的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器的锁模光谱；
图4示出了以发射波长在1645nm固态Er：YAG泵浦激光为例，根据本发明实施例的运行于2.3μm波长的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器的强度自相关曲线；
图5示出了以发射波长在1645nm固态Er：YAG泵浦激光为例，根据本发明实施例的运行于2.3μm波长的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器的锁模倍频光谱；
附图标记说明：
1、连续激光泵浦源(可以为发射波长为1645nm的Er:YAG连续激光器)；2、第一平凹镜；3、多晶Cr:ZnS晶体；4、第二平凹镜；5、平面高反镜；6、白宝石片；7、输出耦合镜；8、光学耦合系统。
9、四倍频光谱；10、三倍频光谱；11、二倍频光谱。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
下面，结合附图及具体实施例对本发明的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器的结构及工作效果作进一步描述。
本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。
以下实施例中使用的仪器如下：
仪器：
光谱仪，购自Ocean Optics公司、型号USB2000+
光谱仪，购自德国APE公司、型号WaveScan。
强度自相关仪，购自德国APE公司、型号PulesCheck。
如图1所示，本发明提供的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器包括：连续激光泵浦源1(Pumper)；第一平凹镜2(M1)；多晶Cr:ZnS晶体3；第二平凹镜4(M2)；、平面高反镜5(HR3)；白宝石片6(Sapphire)；输出耦合镜7(OC)；光学耦合系统8。其中：
连续激光泵浦源1为发射波长在Cr:ZnS吸收谱范围内的连续激光器，并通过光学耦合系统8聚焦到晶体上；多晶Cr:ZnS晶体3，用于为激光的形成提供增益；镜片2、4、5、7，用于构建经典的“X”型非对称像散补偿四镜腔和进行克尔透镜锁模；白宝石片6，用于波长选择和色散补偿。
下面针对运行于2.3μm波长的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器的上述各个组成部分分别进行详细描述。
发射波长在晶体吸收谱内的连续激光器1，该实施例以发射波长在1645nm、S偏振的单块Er:YAG激光器，最大输出功率为8W为示例。
多晶Cr:ZnS晶体3，晶体尺寸是3.61×3.01×4.82mm3，晶体中铬离子的掺杂浓度为6.4×1018cm-3，晶体以布儒斯特角切割，两个通光表面抛光但均未镀膜。实验时，晶体放置于由所述连续激光泵浦源发射的激光的光学耦合系统8焦点处，并保证聚焦光与晶体表面呈布儒斯特角，并且使透射光最大。晶体用铟箔包裹后紧固在紫铜夹子上并安装在紫铜块上，紫铜块内部加工一个贯通的水通道并接到一个恒温循环水控制系统上，把水温控制在14.5℃。
白宝石片6，该实施例以厚为5mm，直径为1英寸为例。以布儒斯特角放置于谐振腔内，对腔内激光波长进行选择并对锁模脉冲进行色散补偿。
镜片2、4、5、7，用于构建经典的“X”型非对称像散补偿四镜腔和进行克尔透镜锁模。第一平凹镜2为泵浦双色镜。所述第一平凹镜面向所述连续激光泵浦源的一面镀有对由所述连续激光泵浦源发射的激光的增透膜，面向所述多晶Cr:ZnS晶体的一面镀有对振荡激光的高反介质膜，曲率半径R＝75mm。第二平凹镜4是和第一平凹镜2同等尺寸和曲率半径的平凹镜，面向多晶Cr:ZnS晶体的一面镀有对振荡激光的高反介质膜。平面高反镜5直径为1英寸，所述平面高反镜面向谐振腔的一面镀有对振荡激光的高反介质膜。输出耦合镜7是楔形输出耦合镜，输出率为1％，楔角为30′，直径为0.5英寸。其中，所述增透膜为所述连续激光泵浦源发射的激光波长的增透膜，所述第一平凹镜、第二平凹镜和所述平面高反镜的高反介质膜在2000nm～2500nm波长的反射率均大于99.9％。多晶Cr:ZnS晶体3、第二平凹镜4和平面高反镜5都固定在光学平移台上。
进一步结合附图说明本发明的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器的工作过程。
根据图1中的结构和光路所述，连续激光泵浦源1发射的激光通过光学耦合系统8聚焦到所述多晶Cr:ZnS晶体3，由所述多晶Cr:ZnS晶体3入射到所述第二平凹镜4，所述第二平凹镜4将所述激光反射到所述平面高反镜5，所述平面高反镜5将所述激光原路反射回去，经由所述第二平凹镜4反射并聚焦至所述多晶Cr:ZnS晶体3进行增益，然后到达所述第一平凹镜2并被所述第一平凹镜2反射到所述白宝石片6，通过所述白宝石片6后，一部分所述激光被所述输出耦合镜7原路反射回去，经由所述第一平凹镜反射在所述多晶Cr:ZnS晶体中进一步得到增益，另一部分所述激光被所述输出耦合镜7输出。通过微调所述多晶Cr:ZnS晶体3和第二平凹镜4，轻推所述平面高反镜5，便可实现克尔透镜锁模。在锁模运转状态下，在所述多晶Cr:ZnS晶体3中产生了2-4倍频光。所述倍频光是在所述第二平凹镜后测得的。
实施例中采用红光LED作为参考光对整个谐振腔进行粗调准直，细调谐振腔两端镜便可实现激光振荡。通过微调晶体、腔镜和端镜的角度和位置，优化最大功率输出。例如可以调节晶体的位置以及平面高反镜和输出耦合镜的角度来进行连续光输出优化。通过微调多晶Cr:ZnS晶体3和第二平凹镜4水平位置，轻轻推动平面高反镜5便可实现克尔透镜锁模。
以发射波长为1645nm的Er:YAG连续激光器为示例泵浦源，获得了所述锁模激光的输出中心波长为2347nm，平均功率为80mW，重复频率为115MHz，脉冲宽度125fs，并且观察到2至4倍频现象。连续光功率曲线如图2所示斜效率(η)为4％。利用光谱仪测得锁模光谱如图3所示，中心波长(λc)为2347nm，光谱宽度(Δλ)为50.2nm。利用强度自相关仪测得自相关曲线如图4所示，脉冲宽度为125fs，。在第二平凹镜4后面测得倍频光谱如图5所示，附图标记9是四倍频光谱，中心波长(λc)为586.2nm，光谱宽度(Δλ)为5.0nm；附图标记10是三倍频光谱，中心波长(λc)为783.4nm，光谱宽度(Δλ)为11.8nm；附图标记11是二倍频光谱，中心波长(λc)为1164.0nm，光谱宽度(Δλ)为18.7nm。
尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化，例如，采用连续激光器作为泵浦源、采用不同曲率半径的平凹镜、采用不同输出率的输出耦合镜等。因此可以理解，本发明不限于所述实施方案，并且任何变化在不脱离本发明技术方案的精神和范围的情况下，其均应被涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其特征在于，所述飞秒激光器包括连续激光泵浦源、光学耦合系统、多晶Cr:ZnS晶体和谐振腔；
其中，所述连续激光泵浦源向所述谐振腔内提供能量，所述光学耦合系统将所述能量聚焦到所述多晶Cr:ZnS晶体，所述多晶Cr:ZnS晶体放置在所述谐振腔内，为激光的形成提供增益，所述谐振腔提供一往返光路，以使所述激光在所述谐振腔内发生振荡并实现锁模；
优选地，所述克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器的输出中心波长在2.3μm附近。
2.根据权利要求1所述的一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其特征在于，所述多晶Cr:ZnS晶体的尺寸为3.61×3.01×4.82mm3，和/或，所述多晶Cr:ZnS晶体中Cr离子的掺杂浓度优选为6.4×1018cm-3；
优选地，所述多晶Cr:ZnS晶体为布儒斯特角切割；更优选地，所述多晶Cr:ZnS晶体的两个通光表面抛光且均未镀膜。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其特征在于，所述连续激光泵浦源为发射波长为1.4～2μm范围内的连续激光；所述连续激光泵浦源优选为发射波长在所述多晶Cr:ZnS晶体吸收谱范围内的连续激光器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其特征在于，所述谐振腔为“X”型非对称像散补偿四镜腔；优选地，所述谐振腔包括第一平凹镜、第二平凹镜、平面高反镜和输出耦合镜；其中，由所述连续激光泵浦源发射的激光通过光学耦合系统聚焦到所述多晶Cr:ZnS晶体，泵浦所述多晶Cr:ZnS晶体产生经增益的激光入射到所述第二平凹镜，所述第二平凹镜将激光反射到所述平面高反镜，所述平面高反镜将所述激光原路反射回去，经由所述第二平凹镜反射并聚焦至所述多晶Cr:ZnS晶体进行增益，然后到达所述第一平凹镜并被所述第一平凹镜反射到白宝石片，通过所述白宝石片后，一部分所述激光被所述输出耦合镜原路反射回去，经由第一平凹镜反射至多晶Cr:ZnS晶体中进一步得到增益，另一部分所述激光被所述输出耦合镜输出；优选地，通过调节所述多晶Cr:ZnS晶体和所述第二平凹镜，轻推所述平面高反镜，以实现克尔透镜锁模。
5.根据权利要求4所述的一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其特征在于，所述第一平凹镜和所述第二平凹镜的曲率半径均为75mm；
优选地，所述第一平凹镜为泵浦双色镜；更优选地，所述第一平凹镜面向所述连续激光泵浦源的一面镀有对由所述连续激光泵浦源发射的激光的增透膜，面向所述多晶Cr:ZnS晶体的一面镀有对振荡激光的高反介质膜，且所述第二平凹镜面向多晶Cr:ZnS晶体的一面镀有对振荡激光的高反介质膜；进一步优选地，所述第一平凹镜和第二平凹镜的高反介质膜在2000nm～2500nm波长的反射率均大于99.9％。
6.根据权利要求4或5所述的一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其特征在于，所述平面高反镜为双平面镜；优选地，所述平面高反镜面向谐振腔的一面镀有对振荡激光的高反介质膜；更优选地，所述平面高反镜的高反介质膜在2000nm～2500nm波长的反射率均大于99.9％。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其特征在于，所述白宝石片以布儒斯特角放置在所述谐振腔内；优选地，所述白宝石片厚度根据所述谐振腔内的正色散量而定；更优选地，所述白宝石片的厚度为5mm。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器，其特征在于，所述输出耦合镜为楔形镜；优选地，输出耦合率为1％，楔角为30′。
9.权利要求1至8中任一项所述的一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括：
所述连续激光泵浦源发射的激光通过光学耦合系统聚焦到所述多晶Cr:ZnS晶体，泵浦所述多晶Cr:ZnS晶体产生经增益的激光入射到所述第二平凹镜，所述第二平凹镜将所述激光反射到所述平面高反镜，所述平面高反镜将所述激光原路反射回去，经由所述第二平凹镜反射并聚焦至所述多晶Cr:ZnS晶体进行增益，然后到达所述第一平凹镜并被所述第一平凹镜反射到所述白宝石片，通过所述白宝石片后，一部分所述激光被所述输出耦合镜原路反射回去，经由所述第一平凹镜反射在所述多晶Cr:ZnS晶体中进一步得到增益，另一部分所述激光被所述输出耦合镜输出；
优选地，所述使用方法包括连续光输出优化；所述连续光输出优化优选地是通过调节所述多晶Cr:ZnS晶体的位置、所述平面高反镜和所述输出耦合镜的角度进行的；
更优选地，所述使用方法还包括实现克尔透镜锁模，以将连续激光转变为锁模激光；所述克尔透镜锁模优选地是通过微调所述多晶Cr:ZnS晶体和所述第二平凹镜水平位置，轻推所述平面高反镜而实现的。
10.权利要求1至8任一项所述的一种新型的克尔透镜锁模Cr:ZnS飞秒激光器在激光雷达、激光医疗、材料加工、大气通讯与检测、土壤污染物探测或超快光谱学中的应用。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106253052A (zh) * 2016-08-31 2016-12-21 深圳大学 一种2.3微米波段脉冲激光的产生装置、产生方法及应用
WO2018040018A1 (zh) * 2016-08-31 2018-03-08 深圳大学 一种 2.3 微米波段脉冲激光的产生装置、产生方法及应用
CN109687276A (zh) * 2019-01-20 2019-04-26 北京工业大学 掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器
CN110099871A (zh) * 2016-12-22 2019-08-06 奇跃公司 用于使用激光烧蚀制造成形光纤元件的方法和系统
CN110168822A (zh) * 2017-01-05 2019-08-23 Ipg光子公司 具有载波包络偏移频率检测的光学频率梳发生器
CN112886378A (zh) * 2019-11-29 2021-06-01 山东大学 一种590nm波段拉曼倍频光源泵浦的翠绿宝石被动锁模激光器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101414729A (zh) * 2008-11-24 2009-04-22 南京大学 一种自锁模激光器
CN102522680A (zh) * 2011-12-23 2012-06-27 中国科学院光电研究院 一种布儒斯特窗片的设计方法
CN103227409A (zh) * 2013-04-11 2013-07-31 中国科学院合肥物质科学研究院 一种医用2.79μm电光调Q Cr,Er:YSGG激光器
CN103972778A (zh) * 2014-05-20 2014-08-06 西安电子科技大学 一种二极管泵浦的克尔透镜锁模Yb:YCOB全固态飞秒激光器
WO2015153391A1 (en) * 2014-04-01 2015-10-08 Ipg Photonics Corporation Mid-ir kerr lens mode locked laser with normal incidence mounting of polycrystalline tm:ii-vi materials and method for controlling parameters of polycrystalline tm:ii-vi kerr lens mode locked laser
CN105576494A (zh) * 2016-01-28 2016-05-11 广东正业科技股份有限公司 一种紫外激光器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101414729A (zh) * 2008-11-24 2009-04-22 南京大学 一种自锁模激光器
CN102522680A (zh) * 2011-12-23 2012-06-27 中国科学院光电研究院 一种布儒斯特窗片的设计方法
CN103227409A (zh) * 2013-04-11 2013-07-31 中国科学院合肥物质科学研究院 一种医用2.79μm电光调Q Cr,Er:YSGG激光器
WO2015153391A1 (en) * 2014-04-01 2015-10-08 Ipg Photonics Corporation Mid-ir kerr lens mode locked laser with normal incidence mounting of polycrystalline tm:ii-vi materials and method for controlling parameters of polycrystalline tm:ii-vi kerr lens mode locked laser
CN103972778A (zh) * 2014-05-20 2014-08-06 西安电子科技大学 一种二极管泵浦的克尔透镜锁模Yb:YCOB全固态飞秒激光器
CN105576494A (zh) * 2016-01-28 2016-05-11 广东正业科技股份有限公司 一种紫外激光器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NIKOLAI TOLSTIK等: ""Kerr-lens mode-locked Cr:ZnS laser"", 《OPTICS LETTERS》 *
S.VASILYEV: ""Mid-IR Kerr-Lens Mode-Locked Polycrystalline Cr2+:ZnS Laser With 29 fs Pulse Duration"", 《CLEO》 *
戴特力: "《半导体二极管泵浦固体激光器》", 30 November 1993 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106253052A (zh) * 2016-08-31 2016-12-21 深圳大学 一种2.3微米波段脉冲激光的产生装置、产生方法及应用
WO2018040018A1 (zh) * 2016-08-31 2018-03-08 深圳大学 一种 2.3 微米波段脉冲激光的产生装置、产生方法及应用
CN110099871A (zh) * 2016-12-22 2019-08-06 奇跃公司 用于使用激光烧蚀制造成形光纤元件的方法和系统
CN110099871B (zh) * 2016-12-22 2022-04-05 奇跃公司 用于使用激光烧蚀制造成形光纤元件的方法和系统
US11332407B2 (en) 2016-12-22 2022-05-17 Magic Leap, Inc. Methods and systems for fabrication of shaped fiber elements using laser ablation
CN110168822A (zh) * 2017-01-05 2019-08-23 Ipg光子公司 具有载波包络偏移频率检测的光学频率梳发生器
CN109687276A (zh) * 2019-01-20 2019-04-26 北京工业大学 掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器
CN112886378A (zh) * 2019-11-29 2021-06-01 山东大学 一种590nm波段拉曼倍频光源泵浦的翠绿宝石被动锁模激光器

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