CN109787080B - 可控多脉冲被动锁模的皮秒激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控多脉冲被动锁模的皮秒激光器，包括：泵浦源，用于提供泵浦光；耦合装置，其输入端与泵浦源的输出端连接；激光谐振腔，其位于耦合装置的输出光路上，其包括激光分束装置、被动锁模器和激光反射器；其中，所述激光分束装置位于激光运行光路上；所述被动锁模器位于所述激光分束装置的一延伸光路上；所述激光反射器位于所述激光分束装置的另一光路上。当激光分束器不发生工作时，不提供附加的强光信号，则激光谐振腔内只有一个强光信号，实现稳定的调Q锁模激光输出；当激光分束器工作时，激光反射器返回光向激光谐振腔中提供了更多的强信号光，则可以产生多脉冲，则产生可控调Q锁模的激光脉冲输出。

Description

可控多脉冲被动锁模的皮秒激光器

技术领域

本发明涉及一种可控多脉冲被动锁模的皮秒激光器，特别是利用锁模机理实现稳定可控多脉冲被动锁模的皮秒激光器的激光输出。

背景技术

可控多脉冲被动锁模的皮秒激光器，主要由泵浦源，激光工作介质和被动锁模器件组成。泵浦源发射泵浦光，通过端面或者侧面泵浦照射激光工作介质，用过激光谐振腔的反馈，产生受激辐射，通过在激光谐振腔内插入被动锁模器件，产生锁模激光脉冲输出。

被动锁模原理：在谐振腔内插入可饱和吸收体，可饱和吸收体的透过率与光强有关，而自发辐射的光信号存在强度起伏，经过可饱和吸收体时，弱信号遭到较大的损耗，而强信号衰减很小，则强的尖峰信号通过可饱和吸收体后，透过率很快下降，后继的弱信号经受较大的损耗，同时经过增益介质时，强信号和弱信号经受相同的增益，但损耗不同，其结果强信号形成稳定震荡，弱信号衰减殆尽。同时，在强尖脉冲多次经过可饱和吸收体时，其前后沿遭受较大损耗而不断削弱，则形成周期固定的超短光脉冲序列。

而通过激光分束装置，将一部分输出光信号，重新返回激光谐振腔内，形成强光信号，则腔内具有多个强光信号，则经过可饱和吸收体，形成多个脉冲，而不是单一激光脉冲，则形成稳定的可控被动多脉冲锁模的皮秒脉冲激光输出。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种可控多脉冲被动锁模的皮秒激光器，可产生脉冲个数可调，脉冲强度可调的皮秒锁模脉冲输出激光。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种可控多脉冲被动锁模的皮秒激光器，包括：

泵浦源，用于提供泵浦光；

耦合装置，其输入端与泵浦源的输出端连接；

激光谐振腔，其位于耦合装置的输出光路上，其包括激光分束装置、被动锁模器和激光反射器；

其中，所述激光分束装置位于激光运行光路上；所述被动锁模器位于所述激光分束装置的一延伸光路上；

所述激光反射器位于所述激光分束装置的另一光路上。

在进一步实施方案中，所述的激光谐振腔还包括：

耦合输出镜、激光增益介质和双色镜；且所述耦合输出镜、激光增益介质和双色镜与激光分束装置和被动锁模器位于同一光路上。

在进一步实施方案中，所述的激光增益介质是泵浦源的增益介质。

在进一步实施方案中，所述的激光增益介质的材料是Nd:YVO₄、Nd:YAG、Nd:YAP、Er:YAG、Cr:YAG、Nd:glass、Yb:glass、Er:glass或Ti:sapphire。

在进一步实施方案中，所述的被动锁模器件是SESAM、石墨烯、碳纳米管、硫化钼、硫化钨或染料。

在进一步实施方案中，所述的激光分束装置是：透过镜、光纤分束器，或者薄膜偏振片与波片的组合。

(三)有益效果

采用本发明的可控多脉冲被动锁模的皮秒激光器，被动锁模器具有可饱和吸收体的作用，其锁模过程可以通过可饱和吸收体进行锁模，实现连续锁模的脉冲输出。当激光分束器不发生工作时，不提供附加的强光信号，则激光谐振腔内只有一个强光信号，实现稳定的调Q锁模激光输出；当激光分束器工作时，激光反射器返回光向激光谐振腔中提供了更多的强信号光，则可以产生多脉冲，则产生可控调Q锁模的激光脉冲输出，从而实现产生脉冲个数和脉冲强度可调的皮秒锁模脉冲输出激光。

附图说明

图1是本发明一示例性实施例的结构示意图；

图2是本发明一示例性实施例的锁模输出图；

图3是本发明一示例性实施例的锁模脉冲半高宽度图；

图4是本发明一示例性实施例的脉冲包络图；

图5是本发明一示例性实施例的脉冲包络中子脉冲半高宽度图；

图6是本发明的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

根据本发明的一个实施例，提供一种可控多脉冲被动锁模的皮秒激光器，如图6所示包括：

泵浦源10，所述的泵浦源10包括半导体激光器，用于提供泵浦光其中，所述泵浦源可以为连续泵浦、脉冲泵浦、侧面泵浦、泵浦光中心波长为808nm、880nm、888nm等的各种泵浦源。

耦合装置11，其输入端与泵浦源10的输出端连接；耦合装置11为耦合光纤或耦合透镜组，其作用为泵浦源10出射的泵浦脉冲进行光束准直、聚焦，使泵浦光入射到激光增益介质122上的光斑大小与激光谐振腔12的光斑相匹配。

激光谐振腔12，其位于耦合装置11的输出光路上；所述的激光谐振腔12包括：括激光分束装置13、被动锁模器125和激光反射器124；

其中，所述激光分束装置13位于所述激光运行光路上；所述被动锁模器125位于所述激光分束装置13的一延伸光路上；所述激光反射器124位于所述激光分束装置13的另一光路上。

其中，激光谐振腔12的腔型可以为平平腔(即前后端镜都为平面镜)、平凹腔(即前腔面为平面镜，后端面为凹面镜)、平凸腔(即前腔面为平面镜，后端面为凸面镜)、凹平腔(即前腔面为凹面镜，后端面为平面镜)、凸平腔(即前腔面为凸面镜，后端面为平面镜)、凹凹腔(即前腔面为凹面镜，后端面为凹面镜)、凹凸腔(即前腔面为凹面镜，后端面为凸面镜)、凸凹腔(即前腔面为凸面镜，后端面为凹面镜)、凹凸腔(即前腔面为凹面镜，后端面为凸面镜)凸凸腔(即前腔面为凸面镜，后端面为凸面镜)，或者为其他腔型。

激光谐振腔12还包括：

耦合输出镜123、激光增益介质122和双色镜121，且所述耦合输出镜123、激光增益介质122和双色镜121与激光分束装置13和被动锁模器125位于同一光路上。

其中，所述的激光增益介质122是脉冲泵浦源10的增益介质，激光增益介质122的增益介质的材料可以是Nd:YVO₄、Nd:YAG、Nd:YAP、Er:YAG、Cr:YAG、Nd:glass、Yb:glass、Er:glass或Ti:sapphire等可以产生激光的增益介质，其可以通过吸收泵浦脉冲产生粒子数反转，通过谐振腔产生脉冲激光；

所述被动锁模器125可以是SESAM、石墨烯、碳纳米管、硫化钼、硫化钨、染料或其他锁模器件，其具有可饱和吸收体的作用，对光信号进行调节，以产生激光脉冲，所述的被动锁模器件为SESAM，可以产生皮秒脉冲；

所述激光反射器124可以是反射镜、一定透过率的镜片、SESAM或其他队腔内激光具有反射作用的器件，其作用为使通过薄膜偏振片132输出的激光按原路返回，为激光谐振腔12提供强脉冲信号；

所述激光分束装置13，其位于激光谐振腔12内的激光运行光路上，可以是：透过镜、光纤分束器，或者薄膜偏振片与波片的组合。

下面结合附图对本发明的一示例性实施例对本发明进一步说明：

如图1所示，泵浦源10采用光纤耦合的二极管激光器，波长为808nm，经过透镜组(耦合装置11)，经过激光谐振腔12双色镜121入射到激光增益介质122。激光谐振腔12采用Z型腔，双色镜121镀1064nm高反，808高透，耦合输出镜123为2°楔形角、镀1064nm透过率3％、反射率97％的反射镜，用于激光输出。激光增益介质122为Nd:YVO₄，掺杂浓度为0.5％，晶体长度为10mm，前后表面镀808nm和1064nm的增透膜。其中，该双色镜121、激光增益介质122、耦合输出镜123、一被动锁模器件125、一激光反射器124、一激光分束装置13位于同一光路上。激光分束装置13为一二分之一波片131和一薄膜偏振片132组成，二分之一波片131位于薄膜偏振片122和耦合输出镜123之间；该激光分束器13可以通过调节二分之一波片131的角度控制经过薄膜偏振片132射向激光反射器124的激光的大小，经过激光反射器124反射回激光谐振腔12，从而控制被动锁模脉冲包络中子脉冲个数。采用SESAM作为被动锁模器125，激光反射器124本案例中采用SESAM。

打开泵浦源10，调节泵浦源10出射的泵浦光功率5.3W，经过耦合装置11对激光晶体122Nd:YVO₄进行泵浦。调节二分之一波片131角度，使薄膜偏振片132没有输出光，此时输出光为连续锁模激光，输出脉冲如图2所示，输出脉冲宽度为24.3ps，如图3所示；

调节二分之一波片131的角度，使经过薄膜偏振片132的反向激光反射器124的激光增大，经过激光反射器124的反射光变大，为激光谐振腔12内提供了强光信号，则锁模脉冲中会产生子脉冲，形成脉冲包络，如图4，包络中的每个子脉冲的脉冲宽度为20.7ps，如图5所示。

在本实施例中，输出皮秒脉冲由SESAM和腔型决定，调Q锁模输出脉冲由二分之一波片131角度来控制，可以得到不用脉冲包络中子脉冲个数、脉冲高度的被动多脉冲锁模的皮秒脉冲激光；脉冲包络中的脉冲个数可以由二分之一波片131来调节，同时在调节过程中，耦合输出镜123处的输出功率变化很小，保证了激光的强度。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可控多脉冲被动锁模的皮秒激光器，包括：

泵浦源(10)，用于提供泵浦光；

耦合装置(11)，其输入端与泵浦源(10)的输出端连接；

激光谐振腔(12)，其位于耦合装置(11)的输出光路上，其包括激光分束装置(13)、被动锁模器(125)和激光反射器(124)；

其中，所述激光分束装置(13)位于激光运行光路上；所述激光分束装置(13)为一二分之一波片和一薄膜偏振片组成，二分之一波片位于薄膜偏振片和耦合输出镜(123)之间；该激光分束装置(13)能够通过调节二分之一波片的角度控制经过薄膜偏振片射向激光反射器(124)的激光的大小，经过激光反射器(124)反射回激光谐振腔(12)；

所述被动锁模器(125)位于所述激光分束装置(13)的一延伸光路上；

所述激光反射器(124)位于所述激光分束装置(13)的另一光路上。

2.根据权利要求1所述可控多脉冲被动锁模的皮秒激光器，其中所述的激光谐振腔(12)还包括：

耦合输出镜(123)、激光增益介质(122)和双色镜(121)；且所述耦合输出镜(123)、激光增益介质(122)和双色镜(121)与激光分束装置(13)和被动锁模器(125)位于同一光路上。

3.根据权利要求2所述的可控多脉冲被动锁模的皮秒激光器，其中所述的激光增益介质(122)是泵浦源(10)的增益介质。

4.根据权利要求2或3所述的可控多脉冲被动锁模的皮秒激光器，其中所述的激光增益介质(122)的材料是Nd:YVO₄、Nd:YAG、Nd:YAP、Er:YAG、Cr:YAG、Nd:glass、Yb:glass、Er:glass或Ti:sapphire。

5.根据权利要求1或2所述的可控多脉冲被动锁模的皮秒激光器，其中所述的被动锁模器(125)是SESAM、石墨烯、碳纳米管、硫化钼、硫化钨或染料。

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