CN107658687B

CN107658687B - 同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器

Info

Publication number: CN107658687B
Application number: CN201610590083.3A
Authority: CN
Inventors: 魏志义; 孟祥昊; 刘家兴; 田文龙; 王兆华; 李德华
Original assignee: Institute of Physics of CAS
Current assignee: Institute of Physics of CAS
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2020-01-31
Anticipated expiration: 2036-07-25
Also published as: CN107658687A

Abstract

本发明涉及同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器。一种钛宝石激光振荡器包括：泵浦激光源(1)，其输出泵浦激光；以及钛宝石谐振腔(4)，其包括设置于谐振腔中的钛宝石晶体(21)，所述泵浦激光对所述钛宝石晶体进行泵浦以生成输出激光，其中，所述钛宝石谐振腔的腔长是所述泵浦激光源的腔长的N倍或1/N，并且所述钛宝石谐振腔生成的输出激光的重复频率是所述泵浦激光源输出的泵浦激光的重复频率的1/N或N倍，N是正整数。本发明的特点是不需要加入任何自启动辅助材料，通过匹配钛宝石谐振腔和泵浦激光源的腔长就可以实现自启动的飞秒锁模激光的运转，同时飞秒脉冲的重复频率和泵浦激光源的重复频率成整数倍关系。

Description

同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器

技术领域

本发明总体上涉及超快激光技术领域，更特别地，涉及一种同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器，其输出波段可以在近红外领域，该飞秒光源在时间分辨光谱学、飞秒光学频率梳测频技术、超短脉冲相干合成技术、超快光谱学等领域有着广泛的应用前景。

背景技术

飞秒激光作为一种峰值功率高，光谱范围宽，持续时间极短的以脉冲形式运转的激光，它使人们获得了飞秒量级的时间分辨。飞秒激光的迅速发展使其在物理、化学、生物、医学等领域有着广泛的应用，开辟了新的研究领域。随着晶体技术的迅速发展和日益成熟，已经成功研制了掺钛蓝宝石(Ti:Sapphire)晶体，其也称为钛宝石晶体，具有较高的熔点和热导率，硬度大，光学均匀性好，吸收光谱范围较宽，能适应于多种泵浦光源。更为重要的是，钛宝石晶体具有非常宽的荧光光谱，可以满足660-1200nm的透光范围，同时其增益带宽支持5fs(飞秒)以下的脉冲宽度。另外，由于钛宝石晶体具有较高的非线性折射率，所以当光场的振幅在横向存在某种分布(如高斯光束)时，会出现自聚焦现象，导致克尔透镜锁模效应(Kerr Lens Mode-locking—KLM)的产生。D.E.Spence等人利用钛宝石作为激光增益介质，首先研制出了固体飞秒激光器，其输出脉冲宽度达到60fs。后来随着半导体可饱和吸收镜(semiconductor mirror，SESAM)的发展日益成熟，其与啁啾镜技术相结合用于飞秒脉冲激光的产生，使得人们不仅可以获得周期量级的超短脉冲输出，同时实现了锁模状态的自启动。

为了实现钛宝石输出激光的锁模运转，传统的方式是利用钛宝石自身的KLM效应。这种方法的缺点在于，当激光器受到外界环境的干扰后，会出现失锁现象，这时激光模式由原来的脉冲光变为了连续光。想要恢复原来的锁模状态，必须重新调节振荡器腔长，维护操作比较困难。此外，脉冲激光重复频率由激光器的腔长决定，为了获得高重频的脉冲激光，需要缩短振荡器的腔长，而钛宝石的KLM效应在实现高重频的飞秒锁模激光运转时相对比较困难。

发明内容

本申请的一个方面在于提供一种同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器，其提供一种全新的技术方案，通过匹配钛宝石谐振腔的腔长和超快泵浦激光源的腔长，就可以实现自启动的飞秒锁模激光的运转。特别地，将钛宝石谐振腔的腔长调整为超快泵浦激光源的腔长的N倍或1/N，相对应的钛宝石谐振腔输出的飞秒激光的重复频率为超快泵浦激光源的重复频率的1/N或N倍(N为正整数)。相比于传统的基于KLM锁模的高重复频率钛宝石振荡器，该装置具有许多优点，诸如结构紧凑、价格低廉、操作简单、性能稳定等，尤其适用于高重频的超短脉冲领域。

本申请的另一方面还在于提供一种利用泵浦钛宝石晶体来生成锁模激光的方法。

根据一示例性实施例，一种钛宝石激光振荡器可包括：泵浦激光源，其输出泵浦激光；以及钛宝石谐振腔，其包括设置于谐振腔中的钛宝石晶体，所述泵浦激光对所述钛宝石晶体进行泵浦以生成输出激光，其中，所述钛宝石谐振腔的腔长是所述泵浦激光源的腔长的N倍或1/N，N是正整数。所述钛宝石谐振腔生成的输出激光的重复频率是所述泵浦激光源输出的泵浦激光的重复频率的1/N或N倍。

在一些示例性实施例中，所述泵浦激光源输出的泵浦激光具有1μm左右的波长和皮秒或飞秒量级的脉冲宽度。在一些示例性实施例中，所述钛宝石激光振荡器还包括设置在所述泵浦激光源与所述钛宝石谐振腔之间的倍频单元，所述倍频单元对所述泵浦激光源产生的泵浦激光进行倍频以生成倍频激光，并且所述倍频激光被用于对所述钛宝石晶体进行泵浦。

在一些示例性实施例中，所述倍频单元可包括：第一半波片，用于调整所述泵浦激光源输出的泵浦激光的偏振方向；以及倍频晶体，其接收通过了所述第一半波片的泵浦激光并且通过非线性效应使所述泵浦激光的频率加倍以生成所述倍频激光。

在一些示例性实施例中，所述钛宝石激光振荡器还可包括：设置在所述倍频单元与所述钛宝石谐振腔之间的至少一个分束器，所述分束器将泵浦激光和倍频激光分开，并且将倍频激光提供给所述钛宝石谐振腔。

在一些示例性实施例中，所述钛宝石激光振荡器还可包括设置在所述至少一个分束器与所述钛宝石谐振腔之间的光功率调节单元，用于调整提供给所述钛宝石谐振单元的倍频激光的光功率。

在一些示例性实施例中，所述光功率调节单元可包括：第二半波片，用于调整来自所述至少一个分束器的倍频激光的偏振方向；以及偏振分光棱镜，用于将特定偏振方向的倍频激光引导至所述钛宝石谐振腔。

在一些示例性实施例中，所述钛宝石谐振腔包括第一泵浦镜、所述钛宝石晶体、第二泵浦镜、第一反射镜和输出镜。所述第一泵浦镜将所述泵浦激光透射至所述钛宝石晶体，所述钛宝石晶体在被所述泵浦激光泵浦后产生锁模激光，从所述钛宝石晶体出射的锁模激光入射到所述第二泵浦镜并且被反射到所述第一反射镜，所述第一反射镜将所述锁模激光原路反射回到所述第一泵浦镜，所述泵浦镜将所述锁模激光反射到所述输出镜，所述输出镜透射输出所述锁模激光的一部分，而将所述锁模激光的剩余部分原路反射回去。

在一些示例性实施例中，所述第一泵浦镜与所述第二泵浦镜之间的距离、所述第二泵浦镜与所述第一反射镜之间的距离、所述第一泵浦镜与所述输出镜之间的距离的和定义所述钛宝石谐振腔的腔长。在一些示例性实施例中，所述第一泵浦镜和所述第二泵浦镜形成共焦谐振腔结构。

在一些示例性实施例中，所述钛宝石谐振腔还可包括：第二反射镜，用于接收所述第一泵浦镜反射的锁模激光，并且将其反射到所述输出镜，其中，所述第二反射镜反射的锁模激光正入射到所述输出镜上。在该情况下，所述第一泵浦镜与所述第二泵浦镜之间的距离、所述第二泵浦镜与所述第一反射镜之间的距离、所述第一泵浦镜与第二反射镜之间的距离、以及所述第二反射镜与所述输出镜之间的距离的和定义所述钛宝石谐振腔的腔长。

在一些示例性实施例中，所述输出镜的输出率为10％以下，优选5％以下，例如为3％。

在一些示例性实施例中，所述锁模激光是飞秒近红外锁模激光。

根据另一示例性实施例，一种生成锁模激光的方法可包括：步骤a，使钛宝石谐振腔的腔长是泵浦激光源的谐振腔的腔长的N倍或1/N，其中N是正整数；步骤b，利用所述泵浦激光源生成泵浦激光；以及步骤c，利用所述泵浦激光对钛宝石谐振腔中的钛宝石晶体进行泵浦，以生成锁模激光。所述钛宝石谐振腔生成的锁模激光的重复频率是所述泵浦激光源输出的泵浦激光的重复频率的1/N或N倍。

在一些示例性实施例中，所述方法还包括在步骤b和c之间的步骤d，对所述泵浦激光进行倍频操作。

在本发明的实施例中，通过匹配钛宝石谐振腔和泵浦激光源的腔长，就可以实现自启动的飞秒锁模激光的运转。进一步地，将钛宝石谐振腔的腔长调整至超快泵浦激光源的N倍或1/N，相对应的钛宝石振荡器输出飞秒激光的重复频率为超快泵浦激光源的1/N或N倍，其中N为正整数。

本申请能产生的有益效果包括：

(1)本申请的装置，通过匹配钛宝石谐振腔和超快泵浦激光源的腔长，可以实现自启动的飞秒锁模激光的运转，结构紧凑，操作简单，降低了光路系统的复杂化，维护起来比较方便。

(2)本申请的装置，通过匹配钛宝石谐振腔和超快泵浦激光源的腔长，当钛宝石谐振腔的腔长调整至超快泵浦激光源的N倍或1/N，相对应的钛宝石振荡器输出飞秒激光的重复频率为超快泵浦激光源的1/N或N倍(N为整数)，从而实现了高重复频率或低重复频率飞秒脉冲锁模运转，性能稳定、输出功率高。

附图说明

图1是示出根据本发明一示例性实施例的同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器的结构的框图；

图2是根据本发明一示例性实施例的同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器的光路示意图；

图3是根据本发明一示例性实施例的同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器的输出飞秒锁模激光的波长示意图；

图4是根据本发明一示例性实施例的同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器的输出功率和转换效率与泵浦吸收功率的关系曲线图；以及

图5是根据本发明一示例性实施例的同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器的输出脉冲宽度的示意曲线图。

附图标记说明

1、泵浦激光源 2、倍频单元

3、光功率调节单元 4、钛宝石谐振腔

11、第一半波片 12、第一聚焦透镜

13、倍频晶体 14、第二聚焦透镜

15、第一分束器 16、第二分束器

17、第二半波片 18、偏振分光棱镜

19、第三聚焦透镜 20、第一泵浦镜

21、钛宝石晶体 22、第二泵浦镜

23、第一反射镜 24、第二反射镜

25、输出镜

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行进一步详细说明。应理解，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。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

图1是示出根据本发明一示例性实施例的同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器的结构的框图。如图1所示，钛宝石激光振荡器10包括泵浦激光源1和钛宝石谐振腔4。

泵浦激光源1可以提供用于泵浦钛宝石谐振腔4中的钛宝石晶体的泵浦激光Ls。在一些实施例中，泵浦激光源1可以是超快泵浦激光源，其输出脉冲宽度为皮秒或飞秒量级的超快脉冲激光。泵浦激光源1的输出波长可以在1μm左右。例如，在一示例中，泵浦激光源1可以是激光二极管(LD)泵浦的Yb掺杂增益介质的克尔透镜锁模飞秒激光器，其输出激光的中心波长为1030nm，平均输出功率为7W，脉冲宽度为大约90fs，重复频率为大约75.5MHz。当然，本发明也可以使用其他泵浦激光源，而不限于这里给出的示例。例如，在一些实施例中，泵浦激光源1可以是LD泵浦Nd掺杂的增益介质的皮秒振荡器。根据增益介质的不同，泵浦激光源1的输出波长可以有所不同。

可选地，在泵浦激光源1和钛宝石谐振腔4之间还可以设置有倍频单元2。倍频单元2可以对泵浦激光源1输出的泵浦激光Ls进行倍频操作，从而得到能够对钛宝石谐振腔4中的钛宝石晶体进行泵浦的倍频激光Lp。在另一些实施例中，当泵浦激光源1产生的激光足以泵浦钛宝石晶体时，倍频单元2亦可被省略。或者，在一些实施例中，倍频单元2可以集成到泵浦激光源1中，从而钛宝石激光振荡器10可以不包括单独的倍频单元2。

可选地，在钛宝石谐振腔4之前，例如在倍频单元2和钛宝石谐振腔4之间，还可以设置有光功率调节单元3。光功率调节单元3可以调节入射到钛宝石谐振腔4中用于泵浦钛宝石晶体的激光Lp的光功率。在另一些实施例中，功率调节单元3亦可被省略，从而激光Lp的全部光功率都可以被提供给钛宝石谐振腔4。

钛宝石谐振腔4包括设置在谐振腔中的钛宝石晶体，钛宝石晶体被倍频激光Lp泵浦，从而生成飞秒锁模激光。飞秒锁模激光在谐振腔中往复振荡，强度不断增强，并且最终从钛宝石谐振腔4输出，如附图标记L_out所示。

在本发明中，钛宝石谐振腔4具有与泵浦激光源1相匹配的腔长。具体而言，钛宝石谐振腔4的腔长可以为泵浦激光源1的腔长的N倍或1/N，其中N可以是正整数。这样，本发明实现了自启动的飞秒锁模激光的运转，钛宝石谐振腔4输出的飞秒激光L_out的重复频率可以是泵浦激光源1的重复频率的1/N或N倍。相比于传统的基于KLM锁模的高重复频率钛宝石振荡器，本发明的钛宝石激光振荡器10结构紧凑、价格低廉、操作简单、且性能稳定，对外界环境变化有更好的耐受性，尤其适用于高重频的超短脉冲领域。

图2示出根据本发明一示例性实施例的同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器的光路示意图。如图2所示，同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器100可包括泵浦激光源1、第一半波片11、第一聚焦透镜12、倍频晶体13、第二聚焦透镜14、第一分束器15、第二分束器16、第二半波片17、偏振分光棱镜18、第三聚焦透镜19、第一泵浦镜20、钛宝石晶体21、第二泵浦镜22、第一反射镜23、第二反射镜24、以及输出镜25。

图2所示的泵浦激光源1可以与图1所示的泵浦激光源1相同，其可以输出波长为1μm左右的激光。在一示例中，泵浦激光源1可以是从Light Conversion公司购买的FlintF15365型全固态飞秒锁模激光器，其输出平均功率为7W，脉冲宽度为90fs，中心波长为1030nm，重复频率约为75.5MHz。当然，泵浦激光源1也可以采用其他激光器，其输出波长在1μm左右，例如1.03μm、1.06μm等的激光。可以理解的是，“左右”这里一般是指±20％，优选±10％。

第一半波片11可以改变泵浦激光源1的输出激光的偏振方向。例如，第一半波片11可以将泵浦激光源1的输出激光从水平P偏振改变为竖直S偏振，以便于倍频晶体13对其进行倍频。本领域技术人员已知的是，只有具有特定偏振方向的线偏振光以某一角度入射到倍频晶体中时，才能获得良好的倍频效果，否则倍频效果很差。第一半波片11可以满足倍频晶体13对入射光线的偏振方向要求。

第一聚焦透镜12可以将泵浦激光源1发射的飞秒锁模激光聚焦到倍频晶体13上。在一些实施例中，第一聚焦透镜12的两个侧面都可以镀有增透膜以提高所述1μm左右的激光的透射率。第一聚焦透镜12可以具有根据具体光路设计而选择的焦距，例如在一示例中，可具有约100mm的焦距。

倍频晶体13可以通过例如非线性效应而对所接收的例如1.03μm的激光进行倍频操作，从而生成例如515nm的飞秒绿光，该波长的激光能够对钛宝石进行泵浦操作。在一些实施例中，倍频晶体13的入射面可以镀有用于入射激光(例如1.03μm的激光)的增透膜，而倍频晶体13的出射面可以镀有用于出射激光(倍频激光，例如515nm的绿光)的增透膜，从而减小光损耗。在另一些实施例中，倍频晶体13的两个侧面可以都镀有1.03μm增透膜和515nm增透膜。在一些实施例中，倍频晶体13可以采用例如2.5mm厚的LBO晶体。当然，本发明不限于此，而是亦可采用其他倍频晶体，其他倍频晶体的示例包括但不限于β相偏硼酸钡晶体(BBO)、三硼酸锂(LBO)、磷酸二氢钾(KDP)、磷酸钛氧钾(KTP)、硼酸铋(BIBO)等。此外，在一些实施例中，还可以采用例如不同厚度、不同切割角度的LBO、BBO、KDP、KTP、BIBO晶体等。当倍频晶体13采用不同的配置时，可以对与其关联的光学元件例如第一半波片11、第一聚焦透镜12等进行适应性调整。

第二聚焦透镜14可用于准直通过倍频晶体13后产生的例如515nm飞秒绿光。类似地，第二聚焦透镜14的两个侧面可以都镀有用于例如515nm激光的增透膜以减小光损耗。第二聚焦透镜14可以具有根据具体光路设计而选择的焦距，例如在一示例中，可具有约150mm的焦距。

经第二聚焦透镜14准直的激光束可以入射到第一分束器15上。第一分束器15将入射激光束中包含的倍频前激光(例如，1μm左右的激光)和倍频后激光(例如，515nm的激光)分开，从而将倍频前激光从光路中去除，如图中箭头所示。在一些实施例中，第一分束器15的两面可以都镀有1.03μm 增透膜和515nm45^o反射膜，以实现该分束功能。虽然图2示出了通过第一分束器15分离出来的倍频激光又经历第二分束器16，但是在一些实施例中，第二分束器16可以被省略。第二分束器16可以与第一分束器15相同。

然后，只有倍频激光，即515nm激光被提供给第二半波片17，进而通过偏振分光棱镜18。第二半波片17可以使入射激光成为严格的水平P偏振光，而偏振分光棱镜18配置为只允许特定偏振的光，例如水平P偏振的光通过。通过调节第二半波片17和偏振分光棱镜18之间的相对角度，即可控制通过偏振分光棱镜18的光功率。在一些实施例中，如前所述，亦可省略第二半波片17和偏振分光棱镜18，使得该光路以最大功率运转。

第三聚焦透镜19可以将来自偏振分光棱镜18的例如515nm激光经第一泵浦镜20聚焦到钛宝石晶体21上。在一些实施例中，第三聚焦透镜19的两个侧面可以都镀有例如515nm增透膜以减小光损耗。第三聚焦透镜19可以具有根据具体光路设计而选择的焦距，例如在一示例中，可具有约75mm的焦距。

第一泵浦镜20和第二泵浦镜22分别设置在钛宝石晶体21的两侧，用于形成共焦谐振腔结构，使得钛宝石晶体21上的输出近红外飞秒激光束腰尺寸与515nm绿光的束腰尺寸相匹配，实现高的转换效率。这两个泵浦镜20、22均镀有515nm增透膜(例如，反射率R<3％)以及640-1000nm反射膜(例如，反射率R>99.9％)，在该波段内提供-70fs²的负色散，曲率半径为R＝100mm。

钛宝石晶体21可以设置在第一泵浦镜20和第二泵浦镜22之间，其经515nm绿光泵浦后产生锁模激光，例如中心波长在785nm的飞秒锁模近红外激光。在一示例中，钛宝石晶体21可以是例如4mm×4mm×4mm尺寸的钛宝石晶体，晶体切割方向为布儒斯特角度。钛宝石晶体21的两个通光面可以都镀有对515nm增透膜(R<1％)和650-1100nm增透膜(R<1％)。

钛宝石晶体21产生的飞秒锁模近红外激光在经第二泵浦镜22反射之后，到达第一反射镜23，第一反射镜23原路返回反射钛宝石输出的飞秒锁模近红外激光，其形成钛宝石谐振腔的第一端镜。第一反射镜23可以镀有650-1100nm反射膜，在650-1100nm处的反射率大于99.9％，并且在该波段内提供-75fs²的负色散。

第一反射镜23反射的光在经第二泵浦镜22反射、钛宝石晶体21透射、以及第一泵浦镜20反射之后，到达第二反射镜24，进而被反射到输出镜25。第二反射镜24用于反射钛宝石输出的飞秒近红外激光，使其正入射到输出镜25上。第二反射镜24可以镀有650-1100nm反射膜，在650-1100nm处的反射率大于99.9％，并且在该波段内提供-75fs²的负色散。

输出镜25构成钛宝石谐振腔的第二端镜，并且输出一部分飞秒锁模激光，例如，输出镜25在650-1100nm波段的输出率可以为10％以下，优选5％以下，例如为3％。当输出镜25的输出率为3％时，97％的飞秒近红外激光被原路反射，从而在第一反射镜23与输出镜25之间谐振，使得飞秒近红外激光的强度不断增强。可以看出，第一泵浦镜20和第二泵浦镜22之间的距离、第二泵浦镜22和第一反射镜23之间的距离、第一泵浦镜20与第二反射镜24之间的距离、以及第二反射镜24与输出镜25之间的距离的总和就是钛宝石谐振器的腔长。

容易理解的是，在一些实施例中，第二反射镜24可以被省略，而飞秒近红外激光被第一泵浦镜20直接反射到输出镜25上。在此情况下，第一泵浦镜20和第二泵浦镜22之间的距离、第二泵浦镜22和第一反射镜23之间的距离、以及第一泵浦镜20与输出镜25之间的距离的总和就是钛宝石谐振器的腔长。

如前所述，钛宝石谐振腔的腔长与泵浦激光源1的腔长相匹配。具体而言，钛宝石谐振腔的腔长可以为泵浦激光源1的谐振腔长的N倍或1/N，其中N可以是正整数。这样，本发明实现了自启动的飞秒锁模激光的运转，钛宝石谐振腔输出的飞秒激光L_out(见图1)的重复频率可以是泵浦激光源1的重复频率的1/N或N倍。相比于传统的基于KLM锁模的高重复频率钛宝石振荡器，本发明的钛宝石激光振荡器100结构紧凑、价格低廉、操作简单、且性能稳定，对外界环境变化有更好的耐受性，尤其适用于高重频的超短脉冲领域。

在一些实施例中，输出镜25可以放置在一个一维精密平移台上面，从而可以精密地改变钛宝石谐振腔的腔长，实现与Yb锁模激光器1的腔长匹配。

在本发明的一示例中，如前所述，泵浦激光源1可以是从Light Conversion公司购买的Flint F15365型全固态飞秒锁模激光器，其输出激光的中心波长为1030nm。1030nm激光在经倍频晶体13倍频之后，变成515nm 绿光。515nm绿光对钛宝石晶体21进行泵浦，并且通过匹配钛宝石振荡腔和泵浦激光器1的腔长，得到了自启动的中心波长在785nm的飞秒锁模近红外激光。在一示例中，钛宝石振荡腔的腔长为泵浦激光器1的腔长的一半，得到的近红外激光重复频率为泵浦激光器1产生的泵浦激光的重复频率的2倍，光谱曲线如图3所示。输出功率和转换效率随泵浦吸收功率的曲线如图4所示。得到的飞秒近红外激光的典型脉冲宽度为76fs，如图5所示。

本发明的另一些实施例提供一种产生锁模激光的方法，该方法的具体步骤已经在上面参照图1和图2进行的描述中得到了详细阐述。简言之，该方法包括如下步骤：

步骤1，使钛宝石谐振单元4的谐振腔的腔长是泵浦激光源1的谐振腔长的N倍或1/N，其中N可以是正整数；

步骤2，利用泵浦激光源1生成泵浦激光；以及

步骤3，利用泵浦激光对钛宝石谐振腔4中的钛宝石晶体21进行泵浦，以生成锁模激光。

在一些实施例中，该方法还可以包括在步骤2和3之间，对所述泵浦激光进行倍频操作。

在本发明的方法中，通过使泵浦激光源1和钛宝石谐振腔4的腔长相匹配，实现了自启动的飞秒锁模激光的运转，钛宝石谐振腔4输出的飞秒激光L_out的重复频率可以是泵浦激光源1的重复频率的1/N或N倍。该方法的其他方面已在前面关于图1和图2的描述中进行了详细描述，此处不再赘述。

应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，例如，可以采用其他脉冲激光器作为泵浦源，可以采用不同长度、不同切割角度的LBO,BBO或BIBO作为倍频晶体，可以采用不同曲率半径的凹面镜，可以采用不同输出率的输出镜，可以采用更多或更少的光学元件等，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应覆盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器，包括：

泵浦激光源(1)，其输出泵浦激光；以及

钛宝石谐振腔(4)，其包括设置于谐振腔中的钛宝石晶体(21)，所述泵浦激光对所述钛宝石晶体进行泵浦以生成输出激光，

其中，所述钛宝石谐振腔的腔长是所述泵浦激光源的腔长的N倍或1/N，N是大于1的正整数；

其中，所述泵浦激光源是超快泵浦激光源。

2.如权利要求1所述同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器，其中，所述钛宝石谐振腔生成的输出激光的重复频率是所述泵浦激光源输出的泵浦激光的重复频率的1/N或N倍。

3.如权利要求1所述同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器，其中，所述泵浦激光源输出的泵浦激光具有0.8μm-1.2μm的波长和皮秒或飞秒量级的脉冲宽度，且，

所述钛宝石激光振荡器还包括设置在所述泵浦激光源与所述钛宝石谐振腔之间的倍频单元(2)，所述倍频单元对所述泵浦激光源产生的泵浦激光进行倍频以生成倍频激光，并且所述倍频激光被用于对所述钛宝石晶体进行泵浦。

4.如权利要求3所述同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器，其中，所述倍频单元包括：

第一半波片(11)，用于调整所述泵浦激光源输出的泵浦激光的偏振方向；以及

倍频晶体(13)，其接收通过了所述第一半波片的泵浦激光并且通过非线性效应使所述泵浦激光的频率加倍以生成所述倍频激光。

5.如权利要求4所述同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器，还包括：

设置在所述倍频单元与所述钛宝石谐振腔之间的至少一个分束器(15)，所述分束器将泵浦激光和倍频激光分开，并且将倍频激光提供给所述钛宝石谐振腔。

6.如权利要求5所述同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器，还包括设置在所述至少一个分束器与所述钛宝石谐振腔之间的光功率调节单元，用于调整提供给所述钛宝石谐振腔的倍频激光的光功率。

7.如权利要求6所述同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器，其中，所述光功率调节单元包括：

第二半波片(17)，用于调整来自所述至少一个分束器的倍频激光的偏振方向；以及

偏振分光棱镜(18)，用于将特定偏振方向的倍频激光引导至所述钛宝石谐振腔。

8.如权利要求1所述同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器，其中，所述钛宝石谐振腔包括第一泵浦镜(20)、所述钛宝石晶体(21)、第二泵浦镜(22)、第一反射镜(23)、第二反射镜(24)和输出镜(25)，所述第一泵浦镜将倍频激光透射至所述钛宝石晶体，所述钛宝石晶体在被所述倍频激光泵浦后产生锁模激光，从所述钛宝石晶体出射的锁模激光入射到所述第二泵浦镜并且被反射到所述第一反射镜，所述第一反射镜将所述锁模激光原路反射回到所述第一泵浦镜，所述第一泵浦镜将所述锁模激光反射到所述第二反射镜，所述第二反射镜反射所述锁模激光以使其正入射到所述输出镜上，所述输出镜透射输出所述锁模激光的一部分，而将所述锁模激光的剩余部分原路反射回去。

9.如权利要求8所述同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器，其中，所述第一泵浦镜与所述第二泵浦镜之间的距离、所述第二泵浦镜与所述第一反射镜之间的距离、所述第一泵浦镜与所述第二反射镜之间的距离、以及所述第二反射镜与所述输出镜之间的距离的和定义所述钛宝石谐振腔的腔长。

10.如权利要求8所述同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器，其中，所述第一泵浦镜和所述第二泵浦镜形成共焦谐振腔结构。

11.如权利要求8所述同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器，其中，所述输出镜的输出率为10％以下。

12.一种生成锁模激光的方法，包括：

步骤a，使钛宝石谐振腔的腔长是泵浦激光源的腔长的N倍或1/N，其中N是大于1的正整数；

步骤b，利用所述泵浦激光源生成泵浦激光；以及

步骤c，利用所述泵浦激光对所述钛宝石谐振腔中的钛宝石晶体进行泵浦，以生成锁模激光；

其中，所述泵浦激光源是超快泵浦激光源。

13.如权利要求12所述的方法，其中，在步骤b和c之间还包括：

步骤d，利用倍频单元对所述泵浦激光进行倍频操作。

14.如权利要求12所述的方法，其中，所述钛宝石谐振腔生成的锁模激光的重复频率是所述泵浦激光源输出的泵浦激光的重复频率的1/N或N倍。