CN115764533A - 一种高重频高能量的飞秒激光产生系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种高重频高能量的飞秒激光产生系统及方法，该系统沿激光传播方向依次设置有泵浦激光源、透镜组、多通长腔镜组、二向色滤光片、熔融石英薄片；泵浦激光源发出的光束经过透镜组完成与多通长腔的模式匹配，使得光束被限制在多通长腔中往返反射；光束从多通长腔镜组输出到达二向色滤光片，二向色滤光片把设定波段的光谱与展宽后的全波段光谱分离；熔融石英薄片对经二向色滤光片输出的光束进行色散补偿，而后输出光束。本发明提供的系统结合了SESS技术和多通长腔的应用，在多通长腔中不需要把高功率的激光光束耦合进高非线性光纤中，系统稳定性好，脉冲转化效率高，结构简单紧凑，成本更低。

Description

一种高重频高能量的飞秒激光产生系统及方法

技术领域

本发明属于超快激光领域，具体涉及一种高重频高能量的飞秒激光产生系统及方法。

背景技术

双光子显微镜(TPM)由于高分辨率，深穿透深度和体内成像的可行性等特征，在生物成像中起着重要作用。双光子荧光信号的激发需要高峰值功率的近红外超快激光，商用钛蓝宝石激光器具有脉冲宽度窄、峰值功率高的特点，是TPM系统中常使用的光源，然而，由于大尺寸、高维护成本和高要求的操作环境(即温度，湿度，隔振)限制了其应用和发展。随着稀土掺杂光纤的发展，飞秒光纤激光器成为多光子成像的常用工具，如掺Nd，掺Yb，和掺Er飞秒光纤激光器。它具有低成本，小型化，高效率和鲁棒性等优点，可适用于内窥镜仪器。

钛蓝宝石、掺镱、掺铒以及掺铥这四个常见的产生高峰值功率的皮秒或飞秒的激光源分别将中心波长限制在800nm、1030nm、1550nm以及2000nm附近，但是由于其增益介质带宽有限，想要将高功率飞秒激光技术扩展到其他的波段，就需要用到非线性波长转换技术。一种方法是在光纤中通过受激拉曼散射(SRS)产生新的频率成分，但是通常只适用低功率的应用；另外一种适用于高功率的方法是在空芯光纤或毛细血管中通过孤子转换和色散波产生将波长转换至所需波段；此外，还可以通过例如在光参量放大器(OPA)中使用的参量频率转换来提供宽的频谱覆盖，然而，这些方法转换效率低，结构也较为复杂。

基于自相位调制的光谱旁瓣滤波技术(SESS)，是在光纤中利用自相位调制将光谱展宽到所需的临近波长，用滤波器过滤获得所需波长。相比上述的三种方法，更容易实现。但也存在着如下的问题，转换效率低，并且需要将激光耦合进高非线性光纤，容易受到外界环境的影响，使得整体结构难以保持稳定，难以实现商业化，仅能在实验室环境内实现。

发明内容

基于此，本发明旨在提出一种高重频高能量的飞秒激光产生系统及方法，结合SESS技术和多通长腔的应用，对高重频高能量的激光光源进行展宽，提高光谱转换效率。

本发明提供一种高重频高能量的飞秒激光产生系统，沿激光传播方向依次设置有：

泵浦激光源、透镜组、多通长腔镜组、二向色滤光片、熔融石英薄片；

多通长腔镜组包括第一凹面镜、第二凹面镜、增益介质、反射镜；增益介质设置在第一凹面镜和第二凹面镜之间，第一凹面镜与第二凹面镜之间形成多通长腔，反射镜接收在多通长腔中完成往返反射的光束；

泵浦激光源发出的光束经过透镜组完成与多通长腔的模式匹配，使得光束被限制在多通长腔中往返反射；光束从多通长腔镜组输出到达二向色滤光片，二向色滤光片把设定波段的光谱与展宽后的全波段光谱分离；熔融石英薄片对经二向色滤光片输出的光束进行色散补偿，而后输出光束。

进一步地，透镜组为双透镜结构，包括第一凸透镜和第二凸透镜。

进一步地，透镜组为三透镜结构，包括第一凸透镜、凹透镜和第二凸透镜，凹透镜设置在第一凸透镜和第二凸透镜之间。

进一步地，多通长腔镜组中，第一凹面镜和第二凹面镜的曲率半径为100mm，距离为187mm，第一凹面镜和第二凹面镜的间距小于两倍的曲率半径，表面均镀有反射率大于99％的色散管理介质膜。

进一步地，泵浦激光源为1030nm掺镱光纤激光器或1064nm掺钕光纤激光器，使用该上述的泵浦激光源时经熔融石英薄片最终输出940nm的激光脉冲。

进一步地，透镜组中，光束最后到达的透镜和光束束腰的距离大于多通长腔的腔长的一半。

进一步地，透镜组对光束进行与多通长腔的模式匹配，使得在透镜组输出的光束腰斑直径与多通长腔的腰斑直径匹配。

进一步地，增益介质为熔融石英、YAG、YVO4中的任意一种。

进一步地，增益介质还可以是惰性气体。

进一步地，增益介质可以是一片或多片。

进一步地，增益介质设置在第一凹面镜与第二凹面镜的中间位置。

进一步地，上述飞秒激光产生系统还包括脉冲整形器，沿激光传播方向设置在泵浦激光源和透镜组之间。

进一步地，脉冲整形器采用空间光调制器。

进一步地，上述飞秒激光产生系统还包括反射镜组，沿激光传播方向设置透镜组和多通长腔镜组之间，经透镜组输出的光束通过反射镜组耦合进入多通长腔。

本发明还提供一种高重频高能量的飞秒激光产生方法，使用上述的飞秒激光系统实现，包括：

由泵浦激光源产生光束；

利用透镜组把光束的模式与多通长腔的模式进行匹配，使得光束被限制在多通长腔中往返反射；

多通长腔镜组接收光束的入射，光束在多通长腔镜组形成的多通长腔内以闭合路径往返反射，往返反射的光束反复通过增益介质，达到往返次数时光束经反射镜出射至二向色滤光片；

二向色滤光片把设定波段的光谱与展宽后的全波段光谱分离，由熔融石英薄片对经二向色滤光片输出的光束进行色散补偿，而后输出光束。

进一步地，利用透镜组把光束的模式与多通长腔的模式进行匹配包括：

调整透镜组中透镜的焦距和透镜间的距离改变光束的腰斑直径，使得在透镜组输出的光束腰斑直径与多通长腔的腰斑直径匹配。

进一步地，上述飞秒激光产生方法还包括：

利用脉冲整形器对泵浦激光源产生的光束进行振幅整形以及相位调制，使得调制后的光束在多通长腔中发生自相位调制时不再对称展宽。

进一步地，上述飞秒激光产生方法还包括：

利用反射镜组把透镜组输出的光束耦合进入多通长腔。

相比较于现有的波长转换技术，本发明有以下优点：

本发明提供的高重频高能量的飞秒激光产生系统及方法，结合SESS技术和多通长腔的应用，在多通长腔中不需要把高功率的激光光束耦合进高非线性光纤中，光束在自由空间传输避免了环境温度及光学器件机械运动对耦合的影响，系统稳定性好；光束在多通长腔中自相位调制的过程，每次非线性积累量相近，不容易受到温度、震动等的影响，噪声较低，光束的指向性更好；多通长腔中增益介质的长度可调整，使得光谱波长展宽由自相位调制主导，避免其他的高阶非线性过程的产生，从而获得相干性更好的光源；本发明提供的系统可调谐范围大，通过调节初始脉冲能量，初始脉冲相位，熔融石英的厚度，可以把激光光束转换到不同频率上；另外，本发明只需透镜组和多通长腔镜组就可以构成系统的主体，相较于需要特种光纤提供非线性过程及色散的系统，结构更简单紧凑，成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1提供的高重频高能量的飞秒激光产生系统的结构示意图；

图2是本发明实施例2提供的高重频高能量的飞秒激光产生系统的结构示意图；

图3是本发明实施例3提供的高重频高能量的飞秒激光产生系统的结构示意图；

图4是本发明1030nm激光源发出的激光光束光谱图；

图5是激光光束在多通长腔内反射36次后的光谱图；

图6是激光光束在多通长腔内反射60次后的光谱图；

图7是激光光束在多通长腔内反射79次后的光谱图；

图8是激光光束在多通长腔内完成反射从1030nm展宽至940nm的光谱图；

图9是经二向色滤光片过滤后得到的940nm激光脉冲光谱图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

多光子显微成像技术(MPM)由于其高空间和时间分辨率三维荧光成像的特性，被广泛用于研究生物体的功能和现象。其中最常用的光学显微镜是在紫外(UV)和可见光范围内进行细胞的光学分析和显微手术，但使用这种UV和短波长可见光光源的显微镜也有一些缺点，例如它的穿透光学深度低以及活细胞光子损伤非常严重。而700-1100nm的近红外波段光源是目前进行活细胞显微研究的一种新光源，红近红外波段被称为细胞和生物组织的“光学窗”，在这个范围内，细胞的内源性吸收弱，光波的穿透深度强。

双光子显微成像技术(TPM)是高分辨率生物医学成像中最常用的方法之一，常使用900-950nm的飞秒激光作为TPM的光源，因为显微成像所用到的绿色荧光蛋白(GFP)、增强型绿色荧光蛋白质(EGFP)都可以在这个光谱带中被激发。

在众多的多光子显微成像的实验中，效率比较高的方法是使用高峰值功率(达到了瓦甚至千瓦量级)、低平均功率、高重复率的脉冲激光源。目前，比较常用的近红外光源是重复频率为70MHz～80MHz和脉冲宽度小于150fs的可调谐锁模Ti：蓝宝石激光源，但是由于它的重复频率比较高，在较低的曝光功率下，很难产生深层细胞组织成像所需要的高能量激光。虽然其他的一些基于稀土离子受激辐射的掺杂光纤激光器可以克服高重复率的问题，但是由于激光介质增益带宽有限，这些锁模飞秒激光器只能支持非常有限的调谐范围。

在TPM中，样品的低曝光功率和激光源的高信噪比(SNR)有助于缓解光漂白和光毒性等问题，并且可以为所成图像提供非常干净的背景。然而，高重复率钛蓝宝石激光器和低信噪比光纤激光器无法满足这些要求，特别是在进行深层穿透时。因此，非线性波长转换成为了在锁模激光器无法覆盖的波长范围内实现飞秒脉冲的关键技术。

目前有几种方法可以产生900～950nm的超快激光脉冲，第一种是在掺钕光纤激光器中产生锁模脉冲，但是该过程四能级跃迁被强烈抑制，很难产生受激辐射，效率也较低，不能直接用于TPM技术；第二种是高功率超快掺镱光纤激光器产生的激光进行非线性频移来得到所需波段的脉冲，在光子晶体光纤中通过自相位调制等非线性效应产生宽带可调谐的激光，但是该方法中的非线性过程效率很低，激光脉冲需要通过负载的耦合才能进入光纤，装置结构复杂；第三种是通过1800-1900nm拉曼孤子脉冲的二次谐波产生，该过程仍然需要用到特殊光纤进行复杂的耦合，脉冲转化效率低。

因此，本发明在接下来的实施例将提供一种结构更简单紧凑、成本低廉的飞秒激光产生系统，能够将光谱展宽至临近的所需波长，以获得需要波段的光谱作为飞秒激光脉冲。

实施例1

如图1所示，是本发明提供的其中一种高重频高能量的飞秒激光产生系统，包括泵浦激光源1、脉冲整形器2、透镜组3、反射镜组，多通长腔镜组、反射镜8、二向色滤光片9、熔融石英薄片10。

反射镜组包括第一反射镜4和第二反射镜5，用于把光束耦合进多通长腔镜组。

多通长腔镜组包括增益介质6、第一凹面镜71、第二凹面镜72、反射镜8；增益介质6设置在第一凹面镜71和第二凹面镜72之间，第一凹面镜71与第二凹面镜72之间形成多通长腔，反射镜8接收在多通长腔中完成往返反射的光束。

泵浦激光源1发出的光束经过透镜组3完成与多通长腔的模式匹配，使得光束被限制在多通长腔中往返反射；光束从多通长腔镜组输出到达二向色滤光片9，二向色滤光片9把设定波段的光谱与展宽后的全波段光谱分离；熔融石英薄片10对经二向色滤光片9输出的光束进行色散补偿，而后输出光束。

作为可选的实施例，为了产生940nm的激光脉冲，泵浦激光源可以选择临近波长的激光器，例如1030nm掺镱光纤激光器或1064nm掺钕光纤激光器。本发明提供的飞秒激光产生系统同样适用于其他波长范围的展宽，相应地选择不同的激光源，例如使用掺镱光纤激光器可以产生900～1200nm的激光脉冲，或使用掺铒光纤激光器可以产生1300-1700nm范围内的光，或掺铥光纤激光器可以产生1700-2200nm范围内的光。本发明不限制激光源波长的选择，本领域的技术人员可以在本发明的技术思想内选择不同的激光源以实现不同范围的光谱展宽。

作为可选的实施例，脉冲整形器不是必要的系统组件，其只影响展宽的效率，但系统仍然具有展宽至临近波长的功能。图1示出了具有脉冲整形器的情形，脉冲整形器2对超短激光脉冲的振幅进行整形，以及对脉冲的相位进行调制，通过对初始的高斯脉冲附加相位的方式，可以使得光谱在后续展宽过程中能向短波方向展宽的更大，从而增大转化效率。具体地，脉冲整形器可以采用空间光调制器。

透镜组3的作用主要是把激光脉冲的模式与多通长腔的模式进行匹配，多通长腔本质上是一个光学腔，具有本征模式，入射的激光只有与多通腔的模式匹配，才可以在腔内低损耗的来回反射，激光脉冲通过透镜组3后依旧是一个高斯光束，但是腰斑直径与多通长腔的腰斑直径相匹配，以便在后续中能将激光限制在多通长腔内。

作为可选的实施例，透镜组3可以是双透镜的结构或三透镜的结构，图1示出了双透镜结构的情形，包括两个凸透镜。

具体地，通过调节透镜组中透镜的焦距和透镜之间的距离来调节经透镜组输出的激光脉冲的光斑大小和束腰位置，这一过程主要改变的是光束的腰斑直径。设计光路时，激光最后到达的透镜和光束束腰的距离大于多通长腔的腔长的一半。

透镜组的调节过程可以等价如下：

入射透镜组的激光脉冲为一高斯光束，高斯光束的传输规律由q参数表征，q参数满足ABCD变换规律：

q₁和q₂分别是入射面和出射面的复光束参数；A,B,C,D是光学系统的光线矩阵元，由如下表达式表示：

d₁是入射前束腰到透镜中心的距离，d2是出射后束腰到透镜中心的距离，d_C是出射后光束某点到透镜中心的距离，f′是透镜的焦距。

把A,B,C,D代入上述q参数的表达式中，就可以求得光束某点的复参数q(z)，据以下高斯光束复参数q(z)的定义式：

可以求得光束的曲率半径R(z)和光斑半径w(z)如下：

因此，已知光束要调节的腰斑直径时，可以通过上述推导过程反演算得到透镜的焦距和透镜间的距离，使得高斯光束满足以上变换规律。

作为可选的实施例，多通长腔中的增益介质6可以是熔融石英、YAG、YVO4，还可以是惰性气体。图1示出了使用熔融石英薄片作为增益介质6的情形，经透镜组3处理过后的激光通过第一反射镜4和第二反射镜5耦合进入多通长腔，来回通过增益介质6，在通过增益介质6的过程中发生了自相位调制等非线性过程，积累了一定量的非线性相移，因此光谱被展宽。

作为可选的实施例，增益介质6可以设置在多通长腔的中间，也可以设置为靠近第一凹面镜71或第二凹面镜72，图1示出了增益介质6靠右设置的情形。

作为可选的实施例，多通长腔镜组中第一凹面镜71和第二凹面镜72的曲率半径为100mm，距离为187mm，第一凹面镜和第二凹面镜的间距小于两倍的曲率半径，表面均镀有反射率大于99％的色散管理介质膜，表面镀膜能够提供-200fs²的色散，用于补充光束单次通过增益介质6时积累的色散。

具体地，激光光束在多通长腔中以闭合路径进行往返反射的次数与入射角度有关，闭合光路条件有如下：

2vθ＝2μπ

θ是入射角度，θ＝arccos(1-L/2f)，L是反射镜组中两个反射镜4和5之间的距离，f是凹面镜71和72的焦距；μ是光束形成闭合回路的次数，如果μ＝1，光束经过v次反射返回入射点。

光束完成闭合反射后经反射镜8到达二向色滤光片9，滤光片9将所需波段的光谱与展宽后的光谱分离，最后用一块熔融石英薄片10来补偿光束在反射镜8上产生的少量未被抵消的负色散。

以使用1030nm的掺镱光纤激光器产生940nm的激光脉冲为例，上述实施例的飞秒激光产生系统的光路传输过程如下：

高功率的掺镱光纤激光器(即图1示出的泵浦激光源1)产生一个重复频率为80MHz、脉冲宽度为60fs的脉冲，通过脉冲整形器2引入优化的相位，调制后高斯光束在发生自相位调制时光谱不再对称展宽，使得在后续的光谱展宽过程中可以向短波方向展得更宽。将单脉冲能量0.15μJ～5μJ的脉冲通过透镜组3与多通长腔的模式匹配后，由第一反射镜4和第二反射镜5耦合进多通长腔中。多通长腔镜组中两个凹面镜上通过镀膜可以提供-200fs²色散，可以用于补偿在单次通过1.7mm的增益介质6时所积累的色散。脉冲在多通长腔中进行数十次往返后经反射镜8出射至二向色滤光片9，此时光束在多通长腔内的能量损失主要来源于通过反射镜8的损耗.一般来说，反射涂层可以达到99.9％以上的效率，因此通过多通长腔后的输出脉冲的总传输效率可以达到99％以上。展宽后的脉冲通过二向色滤光片9过滤出所需要的940nm波长，随后通过几毫米的熔融石英薄片10补偿可能残余的负色散，将脉冲压缩至40fs以内，转化效率达到可达35％-90％。如果没有脉冲整形器2的引入，转化效率仅为35％左右。在引入脉冲整形器2后，转化效率甚至高达90％。

实施例2

如图2所示，实施例2与实施例1的区别在于：多通长腔镜组中的增益介质6有3片。

实施例3

如图3所示，实施例3与实施例1的区别在于：透镜组3为三透镜结构，包括两个凸透镜和设置在凸透镜之间的凹透镜，多通长腔镜组的增益介质6设置在第一凹面镜71与第二凹面镜72的中间位置。

以实施例3的装置为例，下面通过光谱图说明本发明提供的飞秒激光产生系统的实现效果。

如图4所示，激光源发出的初始光束的中心波长为1030nm，呈高斯状。光束在多通长腔中发生自相位调制过程，图5示出了在多通长腔内进行36次往返后的光谱，可以看到光谱的展宽效果仍不明显，图6示出了在多通长腔内进行60次往返后的光谱，可以看到光谱已发生了展宽，展宽中心波长在980nm附近，图7示出了在多通长腔内进行79次往返后的光谱，此时光谱已从初始的1030nm展宽至950nm附近。

图8示出了光束在多通长腔完成数十次往返后的时域脉冲图及光谱图，光谱由初始的1030nm展宽到940nm附近，通过二向色滤光片将其滤出，最后得到一个脉冲宽度小于40fs,中心波长为938nm的激光脉冲如图9所示，脉冲形状保持较好，脉冲宽度在40fs以下，激光大部分的能量转移到了940nm波段，转换效率高。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (16)

1.一种高重频高能量的飞秒激光产生系统，其特征在于，沿激光传播方向依次设置有：

泵浦激光源、透镜组、多通长腔镜组、二向色滤光片、熔融石英薄片；

所述多通长腔镜组包括第一凹面镜、第二凹面镜、增益介质、反射镜；所述增益介质设置在所述第一凹面镜和第二凹面镜之间，所述第一凹面镜与第二凹面镜之间形成多通长腔，所述反射镜接收在所述多通长腔中完成往返反射的光束；

所述泵浦激光源发出的光束经过所述透镜组完成与所述多通长腔的模式匹配，使得光束被限制在所述多通长腔中往返反射；光束从所述多通长腔镜组输出到达所述二向色滤光片，所述二向色滤光片把设定波段的光谱与展宽后的全波段光谱分离；所述熔融石英薄片对经诉讼二向色滤光片输出的光束进行色散补偿，而后输出光束。

2.根据权利要求1所述的高重频高能量的飞秒激光产生系统，其特征在于，所述透镜组为双透镜结构，包括第一凸透镜和第二凸透镜。

3.根据权利要求1所述的高重频高能量的飞秒激光产生系统，其特征在于，所述透镜组为三透镜结构，包括第一凸透镜、凹透镜和第二凸透镜，所述凹透镜设置在第一凸透镜和第二凸透镜之间。

4.根据权利要求1所述的高重频高能量的飞秒激光产生系统，其特征在于，所述多通长腔镜组中，所述第一凹面镜和第二凹面镜的曲率半径为100mm，距离为187mm，所述第一凹面镜和第二凹面镜的间距小于两倍的曲率半径，表面均镀有反射率大于99％的色散管理介质膜。

5.根据权利要求1所述的高重频高能量的飞秒激光产生系统，其特征在于，所述泵浦激光源为1030nm掺镱光纤激光器或1064nm掺钕光纤激光器，以通过所述飞秒激光产生系统最终输出940nm的激光脉冲。

6.根据权利要求1所述的高重频高能量的飞秒激光产生系统，其特征在于，所述透镜组中，光束最后到达的透镜和光束束腰的距离大于多通长腔的腔长的一半。

7.根据权利要求1所述的高重频高能量的飞秒激光产生系统，其特征在于，所述增益介质为熔融石英、YAG、YVO4、惰性气体中的任意一种。

8.根据权利要求7所述的高重频高能量的飞秒激光产生系统，其特征在于，增益介质的数量为一片或多片。

9.根据权利要求1所述的高重频高能量的飞秒激光产生系统，其特征在于，所述增益介质设置在所述第一凹面镜与第二凹面镜的中间位置。

10.根据权利要求1所述的高重频高能量的飞秒激光产生系统，其特征在于，所述飞秒激光产生系统还包括脉冲整形器，所述脉冲整形器沿激光传播方向设置在所述泵浦激光源和透镜组之间。

11.根据权利要求10所述的高重频高能量的飞秒激光产生系统，其特征在于，所述脉冲整形器采用空间光调制器。

12.根据权利要求1或10所述的高重频高能量的飞秒激光产生系统，其特征在于，所述飞秒激光产生系统还包括反射镜组，所述反射镜组沿激光传播方向设置在所述透镜组和多通长腔镜组之间，经所述透镜组输出的光束通过所述反射镜组耦合进入所述多通长腔。

13.一种利用如权利要求1～12任一项所述的高重频高能量的飞秒激光产生系统产生飞秒激光的方法，其特征在于，包括：

由泵浦激光源产生光束；

利用透镜组把光束的模式与多通长腔的模式进行匹配，使得光束被限制在多通长腔中往返反射；

多通长腔镜组接收光束的入射，光束在所述多通长腔镜组形成的多通长腔内以闭合路径往返反射，往返反射的光束反复通过增益介质，达到往返次数时光束经反射镜出射至二向色滤光片；

所述二向色滤光片把设定波段的光谱与展宽后的全波段光谱分离，由熔融石英薄片对经二向色滤光片输出的光束进行色散补偿，而后输出光束。

14.根据权利要求13所述的产生飞秒激光的方法，其特征在于，所述利用透镜组把光束的模式与多通长腔的模式进行匹配，包括：

调整所述透镜组中透镜的焦距和透镜间的距离改变光束的腰斑直径，使得在所述透镜组输出的光束腰斑直径与所述多通长腔的腰斑直径匹配。

15.根据权利要求13所述的产生飞秒激光的方法，其特征在于，所述方法还包括：

利用脉冲整形器对所述泵浦激光源产生的光束进行振幅整形以及相位调制，使得调制后的光束在所述多通长腔中发生自相位调制时不再对称展宽。

16.根据权利要求13或15所述的产生飞秒激光的方法，其特征在于，所述方法还包括：

利用反射镜组把所述透镜组输出的光束耦合进入多通长腔。

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