CN111987576A - 一种可调重复频率飞秒固态激光器及调节方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种可调重复频率飞秒固态激光器及调节方法，涉及固态激光器领域，包括依次设置的光源模块、反射镜组、输出镜和半导体可饱和吸收镜，并形成W型谐振腔，半导体可饱和吸收镜与输出镜之间设有两个三棱镜组成的补偿器，通过调节三棱镜之间的相对位置，改变谐振腔的光程以调节全固态激光器输出的重复频率，通过在谐振腔内插入一对等腰三棱镜组成的腔长精密补偿器，通过调整三棱镜的相对位置来改变谐振腔的光程，从而控制全固态飞秒激光器重复频率的变化。
Description
技术领域
本公开涉及固态激光器领域，特别涉及一种可调重复频率飞秒固态激光器及调节方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
全固态激光器能够实现转换效率高、稳定性优的激光输出性能，并且具有光束质量好、集成度高和方便搬运等优点，一直是激光领域的研究重点。其中，利用锁模技术实现的超短脉冲激光器具有峰值功率高、脉冲能量易控制等特点，能够满足生活、科研、医疗以及工业等诸多领域的应用需求。。
超快固态激光器广泛应用于医疗器械的加工、微纳结构的刻蚀、手机屏幕的处理以及激光刻写等。尤其是特定重复频率的超快激光能够实现芯片的刻写，增加其储存量，进而促使各种电子器件向轻便化、微型化方向发展。。
发明人发现，目前利用商业的半导体可饱和吸收镜(SESAM)做为被动锁模元件能够实现稳定的窄脉宽高重频的飞秒脉冲激光输出。然而由于SESAM参数固定且有限，一般采用机械或压电陶瓷移动腔镜的方法来精密调整谐振腔的长度，从而实现重频的调节，但对机械加工精度要求比较高，且易引起谐振腔的失谐，它的调整精度在百微米量级，并不能满足需求，同时存在稳定的谐振腔设计复杂以及成本高等问题，现有的重频可调的全固态超快激光器并不能满足工业上的需求。
发明内容
本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种可调重复频率飞秒固态激光器及调节方法，通过在谐振腔内插入一对等腰三棱镜组成的腔长精密补偿器，通过调整三棱镜的相对位置来改变谐振腔的光程，从而控制全固态飞秒激光器重复频率的变化。
本公开的第一目的是提供一种可调重复频率飞秒固态激光器，采用以下技术方案：
包括依次设置的光源模块、反射镜组、输出镜和半导体可饱和吸收镜，并形成W型谐振腔，半导体可饱和吸收镜与输出镜之间设有两个三棱镜组成的补偿器，通过调节三棱镜之间的相对位置，改变谐振腔的光程以调节全固态激光器的重复频率。
进一步地，所述输出镜为平凹镜面，获取反射镜组输出的激光并反射至半导体可饱和吸收镜上，激光从输出镜到半导体可饱和吸收镜的路径上穿过补偿器的两个三棱镜。
进一步地，所述半导体可饱和吸收镜朝向输出镜，获取激光并输出穿过补偿器作用于输出镜。
本公开的第二目的是提供一种飞秒固态激光器重复频率调节方法，利用如上所述的可调重复频率飞秒固态激光器，包括以下步骤：
反射镜组获取光源模块输出的激光并反射至输出镜；
输出镜将激光反射，并穿过补偿器输出到半导体可饱和吸收镜；
半导体可饱和吸收镜反射激光并穿过补偿器，通过输出镜透射输出激光。
进一步地，调节补偿器内的两个三棱镜的相对位置，改变谐振腔的光程，在补偿器中形成光程差。
进一步地，两个三棱镜为边长不同的等边三棱镜，固定边长较小的一个三棱镜，调节另一个三棱镜的位置。
与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：
(1)通过在谐振腔内插入一对等腰三棱镜组成的腔长精密补偿器，通过调整三棱镜的相对位置来改变谐振腔的光程，从而控制全固态飞秒激光器重复频率的变化；
(2)通过补偿器的三棱镜的位置调整，对谐振腔内部的光程进行改变，在三棱镜中产生光程差，利用三棱镜的色散补偿作用，对激光传输过程中的二阶色散进行补偿，获得最窄的脉冲激光输出；
(3)利用三棱镜位置的调整，相较于传统的机械或压电陶瓷对腔镜进行调整，降低了调整难度，对机械加工精度要求低，并且，只要驱动三棱镜位置调整的机械结构的动作精度高，就能够对谐振腔的长度进行精准调节，从而精确控制全固态飞秒激光器重复频率变化。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1、2中激光器的结构示意图；
图2为本公开实施例1、2中补偿器调节示意图。
图中，1、泵浦源，2、耦合透镜，3、第一腔镜，4、第二腔镜，5、第三腔镜，6、输出镜，7、补偿器，8、半导体可饱和吸收镜，9、增益介质，701、第一三棱镜，702、第二三棱镜。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
正如背景技术中所介绍的，现有技术中采用机械或压电陶瓷移动腔镜的方法来精密调整谐振腔的长度，从而实现重频的调节，但对机械加工精度要求比较高，且易引起谐振腔的失谐，它的调整精度在百微米量级，并不能满足需求，同时存在稳定的谐振腔设计复杂以及成本高等问题，目前的重频可调的全固态超快激光器并不能满足工业上需求；针对上述问题，本公开提出了一种可调重复频率飞秒固态激光器及调节方法。
实施例1
本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图2所示，提出了一种可调重复频率飞秒固态激光器。
主要包括光源模块、反射镜组、输出镜和半导体可饱和吸收镜，激光器内部形成W型谐振腔，为了解决背景技术中提出的传统采用机械或压电陶瓷移动腔镜的方法来精密调整谐振腔的长度并不能满足需求的问题，通过在谐振腔的光路内插入一对等腰三棱镜组成的腔长精密补偿器，改变谐振腔的光程，由此控制全固态飞秒激光器重复频率的变化。
具体的，依次设置光源模块、反射镜组、输出镜和半导体可饱和吸收镜，并形成W型谐振腔；
半导体可饱和吸收镜与输出镜之间设有两个三棱镜组成的补偿器，通过调节三棱镜之间的相对位置，改变谐振腔的光程以调节全固态激光器输出的重复频率。
对于光源模块，其包括泵浦源1、耦合透镜2和增益介质9，其中，采用Nd:YVO4晶体作为增益介质，晶体的大小为2×2×2mm3。
通过计算机仿真软件得到稳定的W型谐振腔设计，依此对反射镜组、输出镜和半导体可饱和吸收镜进行布置，如图1所示；
所述反射镜组包括依次设置的第一腔镜、第二腔镜和第三腔镜，获取光源模块输出的激光并发射到输出镜上。
结合图1，对于整个谐振腔内的五个腔镜的参数进行描述：
第一腔镜3M1，其直径Φ＝25.4mm，平凹镜面R＝∞，表面镀有高度反射金属膜和高度透射金属膜，在波长1020nm-1090nm处，反射率R>99.8％，在波长976nm处高度透射；
第二腔镜4M2和第三腔镜5M3，其参数相同，均为直径Φ＝25.4mm，平凹镜面R＝200，面镀有高度反射金属膜和高度透射金属膜在波长1020nm-1090nm处，反射率R>99.8％，在波长976nm处高度透射；
对于半导体可饱和吸收镜8(SESAM)M4，选用BATOP公司的SAMTM系列半导体可饱和吸收镜，具体参数为激光波长1064nm；吸收率3％；弛豫时间常数为500fs，镜面镀金并焊接在25.4mm的铜柱上；
对于输出镜6M5，其直径Φ＝25.4mm，平凹镜面R＝50mm，透射率T＝1％，透光范围1020nm-1090nm。
对于各个腔镜的所处位置，在本实施例中，L1＝3mm；L2＝85mm；L3＝1100mm；L4＝600mm。
对于补偿器7，所述补偿器位于谐振腔内，两个三棱镜为两个变长不同的等边三棱镜；所述补偿器的一个三棱镜固定，另一个三棱镜调整位置，在两个三棱镜之间产生光程差；
所述输出镜获取反射镜组输出的激光并反射至半导体可饱和吸收镜上，激光从输出镜到半导体可饱和吸收镜的路径上穿过补偿器的两个三棱镜；
半导体可饱和吸收镜朝向输出镜，获取激光并输出穿过补偿器作用于输出镜。
结合图1和图2，在本实施例中，采用大小两个等边三棱镜组成的腔长精密补偿器置于谐振腔内M4与M5之间；
小棱镜为第二三棱镜702，底边长25mm，固定于系统底座之上，与其他腔镜等元件共轴。大棱镜为第一三棱镜701，底边长100mm，固定于压电电动精密底座上；
电动底座垂直于棱镜底边的方向上移动，即可改变谐振腔的光程。以大棱镜中心位置为坐标0点，电动底座调节范围为-6.83mm～+6.83mm，将在两个棱镜中产生10mm的光程差。
当然，在其他实施例中，可以根据需求对两个三棱镜的尺寸进行调整，并适应性的得到其调节范围，从而改变在两个棱镜中产生的光程差；
利用三棱镜位置的调整，相较于传统的机械或压电陶瓷对腔镜进行调整，降低了调整难度，对机械加工精度要求低；
并且，只要驱动三棱镜位置调整的机械结构的动作精度高，就能够对谐振腔的长度进行精准调节，从而精确控制全固态飞秒激光器重复频率变化。
其中，对应的位置，L5的长度为59mm，根据上述电动底座的电动控制范围，在本实施例中，可实际产生光程48mm～69mm随意变化的结果，在此区间内的调谐可以保证在SESAM处光斑较小。
最终实现总腔长从1836mm到1857mm可调，重频从80.7MHz到81.7MHz可调；大于5W高功率输出，中心波长为1064nm；
在脉冲宽度为500fs下，可达60uJ的脉冲能量；优秀的光束质量输出<1.2。
通过在谐振腔内插入一对等腰三棱镜组成的腔长精密补偿器，通过调整三棱镜的相对位置来改变谐振腔的光程，从而控制全固态飞秒激光器重复频率的变化。
实施例2
本公开的另一典型实施方式中，如图1-图2所示，提出了一种飞秒固态激光器重复频率调节方法。
利用如实施例1中所述的可调重复频率飞秒固态激光器，包括以下步骤：
反射镜组获取光源模块输出的激光并反射至输出镜；
输出镜将激光反射，并穿过补偿器输出到半导体可饱和吸收镜；
半导体可饱和吸收镜反射激光并穿过补偿器，通过输出镜透射输出激光；
两个三棱镜为边长不同的等边三棱镜，固定边长较小的一个三棱镜，调节另一个三棱镜的位置，通过调节补偿器内的两个三棱镜的相对位置，改变谐振腔的光程，在补偿器中形成光程差。
需要指出的是，过补偿器的三棱镜的位置调整，对谐振腔内部的光程进行改变，在三棱镜中产生光程差，利用三棱镜的色散补偿作用，对激光传输过程中的二阶色散进行补偿，获得最窄的脉冲激光输出。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可调重复频率飞秒固态激光器，其特征在于，包括依次设置的光源模块、反射镜组、输出镜和半导体可饱和吸收镜，并形成W型谐振腔，半导体可饱和吸收镜与输出镜之间设有两个三棱镜组成的补偿器，通过调节三棱镜之间的相对位置，改变谐振腔的光程以调节全固态激光器输出的重复频率。
2.如权利要求1所述的可调重复频率飞秒固态激光器，其特征在于，所述补偿器位于谐振腔内，两个三棱镜为两个变长不同的等边三棱镜。
3.如权利要求2所述的可调重复频率飞秒固态激光器，其特征在于，所述补偿器的一个三棱镜固定，另一个三棱镜调整位置，在两个三棱镜之间产生光程差。
4.如权利要求1所述的可调重复频率飞秒固态激光器，其特征在于，所述反射镜组包括依次设置的第一腔镜、第二腔镜和第三腔镜，获取光源模块输出的激光并发射到输出镜上。
5.如权利要求4所述的可调重复频率飞秒固态激光器，其特征在于，所述反射镜组包括的腔镜均为平凹镜面，表面均镀有反射金属膜和透射金属膜。
6.如权利要求1所述的可调重复频率飞秒固态激光器，其特征在于，所述输出镜为平凹镜面，获取反射镜组输出的激光并反射至半导体可饱和吸收镜上，激光从输出镜到半导体可饱和吸收镜的路径上穿过补偿器的两个三棱镜。
7.如权利要求6所述的可调重复频率飞秒固态激光器，其特征在于，所述半导体可饱和吸收镜朝向输出镜，获取激光并输出穿过补偿器作用于输出镜。
8.一种飞秒固态激光器重复频率调节方法，其特征在于，利用如权利要求1-7任一项所述的可调重复频率飞秒固态激光器，包括以下步骤：
反射镜组获取光源模块输出的激光并反射至输出镜；
输出镜将激光反射，并穿过补偿器输出到半导体可饱和吸收镜；
半导体可饱和吸收镜反射激光并穿过补偿器，通过输出镜透射输出激光。
9.如权利要求8所述的飞秒固态激光器重复频率调节方法，其特征在于，调节补偿器内的两个三棱镜的相对位置，改变谐振腔的光程，在补偿器中形成光程差。
10.如权利要求9所述的飞秒固态激光器重复频率调节方法，其特征在于，两个三棱镜为边长不同的等边三棱镜，固定边长较小的一个三棱镜，调节另一个三棱镜的位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201124 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |