CN116031742B - 用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光技术领域，具体公开了用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件及其使用方法，包括透明体，透明体的形状为等腰三棱柱，三角形的两腰所在的两个侧面为透光面，其余面为不透光面；光线从一个透光面进入透明体，并从另一个透光面出射；透明体的内部能够对不同波长的光进行吸收并产生分光；透明体具有快速驰豫时间特性和慢速驰豫时间特性。元件可以单独使用，也可以成对使用。本方案将可饱和吸收、波长调谐两种功集成在一个元件上或将可饱和吸收、产生负色散、波长调谐三种功集成在一个元件上，有效减小了脉冲激光器谐振腔中光学元件的个数，使激光器的结构更加简单紧凑，调节更加方便容易，能显著增加激光器的稳定性、可靠性和便携性。

Description

用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件及其使用方法

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件及其使用方法。

背景技术

与连续激光相比，脉冲激光具有单脉冲能量大、峰值功率高等特殊优点，在激光加工、医疗卫生、国防军事、生命科学、极端条件科学研究等众多领域具有非常广泛的应用。比如调Q激光的单脉冲能量很大，被普遍应用在激光切割和打孔打标等工业加工场景。锁模产生的皮秒脉冲峰值功率高，在微电子相关的微纳加工方面具有显著的优势。锁模产生的飞秒量级的激光器则具有更高的峰值功率，是眼科手术的理想工具，同时也是前场物理研究中必不可少的仪器设备。此外，像光谱学、激光精密测量等应用中，还需要激光器能够对输出波长进行一定程度的调谐，以达到应用要求。

因为结构的相对简单，高的稳定性和可靠性，以及高的性价比，被动调Q和被动锁模是目前获得调Q激光和锁模激光的主要方式。在传统的被动调Q和被动锁模中，都需要一个可饱和吸收元件，来启动调Q和锁模的机制。特别是，如果要在锁模激光中产生飞秒量级的脉冲，则还需要在激光谐振腔中加入专门的能够提供负色散的所谓色散补偿元件，才能得到稳定的飞秒脉冲。此外，如果要对激光的输出波长进行调谐，那么，还得在激光谐振腔中再加入波长调谐元件。显然，谐振腔内元件个数越多，则激光器的结构就越加复杂，调节也就越加困难，激光器的稳定性和可靠性也将受到越多的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件及其使用方法，以解决现有技术中谐振腔内元件个数多，造成激光器结构复杂，调节困难，激光器的稳定性和可靠性受到影响的问题。

为了达到上述目的，本发明的第一种技术方案为：用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件，包括透明体，所述透明体的形状为等腰三棱柱，三角形的两腰所在的两个侧面为透光面，其余三个面为不透光面；光线从一个透光面进入所述透明体，并从另一个透光面出射；所述透明体的内部能够对不同波长的光进行吸收并产生分光；所述透明体具有快速驰豫时间特性和慢速驰豫时间特性；所述快速驰豫时间特性能够启动激光中的锁模过程，形成锁模脉冲输出；所述慢速驰豫时间特性能够启动激光中的调Q过程，形成调Q脉冲输出。

进一步，所述透明体包括透明外壳，所述透明外壳内注满能够吸收不同波长的光的液体物质。

进一步，所述透明体为能够吸收不同波长的光的掺杂晶体。

进一步，所述多功能可饱和吸收元件能够成对使用，成对的两个所述多功能可饱和吸收元件并排设置，且成对的两个所述多功能可饱和吸收元件的顶角朝向相反的方向；成对的两个所述多功能可饱和吸收元件能够提供负色散。

本技术方案的工作原理在于：光线从透明体的一个透光面进入元件，从另一个透光面出射。光在元件内通过一段光程，使元件对光产生一定的吸收。通过改变元件与入射光束的相对位置，可以改变光在元件内所通过光程的大小，从而调节元件对光的吸收。

光线从透明体的一个透光面进入元件时，发生一次折射，从另一个透光面出射时，再次发生折射。两次折射过程中，都是长波长的光发生的偏转角小，短波长的光发生的偏转角大，因此在两次折射后，光束中不同波长的部分在空间上按顺序排列，形成分光。

元件单独使用，元件对入射光产生一定的吸收，利用元件内液体物质或掺杂物质的慢速驰豫时间特性，可以启动激光中的调Q过程，形成调Q脉冲输出。利用元件内液体物质或掺杂物质的快速驰豫时间特性，可以启动激光中的锁模过程，形成一般锁模脉冲输出。元件单独使用，元件对通过它的光束产生分光作用，再结合光阑，或者调节激光谐振腔内其它元件，可对激光波长进行调谐。

元件成对使用时，让光束通过第一个元件的顶角顶部，经过折射后通过第二个元件。光束在两个元件中通过一段总的光程，元件对光束产生一定的吸收。通过改变第二个元件与光束的相对位置，可以改变光束在两个元件中总的光程，从而调节元件对光的吸收。光束在经过两个元件后，将使长波长部分经历更长的光程，短波长部分经历更短的光程，即对光带来负色散。通过调节第二个元件相对于光束的插入量，可以改变长波长部分和短波长部分的光程差，从而对负色散进行调节。光束在连续经过两个元件之后，光束中不同波长部分的光，在空间上按顺序排列，形成分光，再结合光阑，或者调节激光谐振腔内其它元件，可对激光波长进行调谐。两个元件对光产生一定的吸收，利用元件内液体物质或掺杂物质的慢速驰豫时间特性，可以启动激光中的调Q过程，形成调Q脉冲输出；利用元件内液体物质或掺杂物质的快速驰豫时间特性，可以启动激光中的一般锁模过程，形成锁模脉冲输出。在元件吸收启动了一般锁模过程之后，元件提供的负色散可以补偿激光谐振腔中的正色散，对脉冲进行窄化，最后获得自启动的，时间宽度在飞秒量级的锁模脉冲。

为达到上述目的，本发明的第二种技术方案为：用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的使用方法，将所述多功能可饱和吸收元件安装在脉冲激光器的光路中，脉冲激光器包括泵浦光源、激光芯片、光阑和输出镜，所述泵浦光源将泵浦光发射至所述激光芯片，所述激光芯片将泵浦光转化为激光后反射至多功能可饱和吸收元件的一个透光面，激光经过多功能可饱和吸收元件的两个透光面的两次折射后，射出波长在空间按顺序排列的光束；光束依次经过所述光阑和输出镜后射出。

进一步，调节所述多功能可饱和吸收元件的位置，激光芯片射出的激光从所述多功能可饱和吸收元件的一个透光面的不同位置射入，改变光束在所述多功能可饱和吸收元件中的长度，从而改变光束被吸收的大小，最终实现调Q状态或者锁模状态的改变。

本技术方案的工作原理在于：

单独使用时，光束从第一个透光面进入元件，从第二个透光面出射。通过元件的光束部分会被液体物质或掺杂晶体一定程度地吸收。当液体物质或掺杂晶体的慢速弛豫时间特性起作用时，上述吸收可以启动激光器的调Q过程，从而产生调Q脉冲输出。当液体物质或掺杂晶体的快速弛豫时间特性起作用时，上述吸收可以启动激光器的锁模过程，从而获得锁模脉冲输出。平移元件，可以改变光束在元件中的部分的长度，从而改变光束被液体物质或掺杂晶体吸收的大小，进一步改变调Q或者锁模的状态，并形成稳定的调Q或锁模激光脉冲输出。

单独使用时，由于元件的横截面是等腰三角形，对于波长在空间上无法分辨的入射光束，在经过元件第一个透光面和第二个透光面的两次折射后，因为不同波长的光在液体物质或掺杂晶体中会经历不同的折射率，所以出射光束将变成波长在空间按顺序排列的光束。再结合光阑或调节激光谐振腔内的其它相关光学元件，即可对激光波长进行调谐。

为达到上述目的，本发明的第三种技术方案为：用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的使用方法，将成对的两个所述多功能可饱和吸收元件安装在脉冲激光器的光路中，脉冲激光器包括泵浦光源、第一反射镜、激光晶体、第二反射镜、光阑、第三反射镜和输出镜；激光晶体位于所述第一反射镜和第二反射镜之间，成对的两个所述多功能可饱和吸收元件位于第二反射镜和光阑之间；泵浦光源将泵浦光发射给第一反射镜，所述泵浦光通过第一反射镜后进入到激光晶体中，所述激光晶体吸收所述泵浦光后发出激光并射在所述第二反射镜上，第二反射镜将激光反射至其中一个多功能可饱和吸收元件的一个透光面，并从该多功能可饱和吸收元件的另个透光面射出；射出的激光射入另一个多功能可饱和吸收元件的一个透光面，并从该多功能可饱和吸收元件的另一个透光面射出至光阑，从光阑射出后的光束射至第三反射镜；经第三反射镜反射的光束，依次经过光阑、成对的两个多功能可饱和吸收元件、第二反射镜、激光晶体、第一反射镜和输出镜后，从输出镜射出。

进一步，成对的两个所述多功能可饱和吸收元件中，一个所述多功能可饱和吸收元件固定，另一个所述多功能可饱和吸收元件能够移动；通过移动所述多功能可饱和吸收元件，改变光束在成对的两个所述多功能可饱和吸收元件中的长度，从而改变光束被吸收的大小，最终实现调Q状态或者锁模状态的改变。

本技术方案的工作原理在于：成对使用时，两个完全相同的多功能可饱和吸收元件(元件一和元件二)，并排放置，并且顶角朝相反方向放置，并使得元件一固定，元件二可以移动。此时，光束穿过多功能可饱和吸收元件的部分将使光束受到液体物质或掺杂晶体的一定程度的吸收。当液体物质或掺杂晶体的慢速弛豫时间特性起作用时，上述吸收可以启动激光器的调Q过程，从而产生调Q脉冲输出。当液体物质或掺杂晶体的快速弛豫时间特性起作用时，上述吸收可以启动激光器的锁模过程，从而获得锁模脉冲输出。平移元件二(也即是改变两个元件中心轴之间的距离)，可以改变光束在多功能可饱和吸收元件中的部分的长度，从而改变光束被液体物质或掺杂晶体吸收的大小，进一步改变调Q或者锁模的状态，并形成稳定的调Q或锁模激光脉冲输出。与单独使用相比较，成对使用可以获得对可饱和吸收更大的调节范围。

成对使用时，两个元件的联合使用可以提供负色散。入射光束在经过元件一和元件二时，均会发生折射。其中，长波长的部分虽然在空气中经过的光程小些，但在元件中经过的光程大些；而短波长的部分虽然在空气中经过的光程大些，但在元件中经过的光程小些。因为元件中无论是液体物质还是掺杂晶体，它们的折射率都比空气大很大，所以考虑总的光程时，长波长部分的光程大于短波长部分的光程，即形成负色散。负色散可以使与光束进入元件前等相位面相比，在光束从元件出射时等相位面上，长波长的光相位比短波长的光相位落后，从而补偿谐振腔内其它元件的正色散引起的长波长的光的相位超前，最终可以把锁模脉冲光的宽度压缩到接近傅里叶变换极限的脉冲宽度，即飞秒量级。平移元件二(不改变两个元件中心轴之间的距离，将元件二沿中心轴方向移动)，可改变调节负色散的插入量，从而对元件提供的负色散进行调节。

成对使用时，由于光通过元件一和元件二时均发生折射，所以元件可以对光束进行分光。波长在空间上无法分辨的入射光束，经过元件一和元件二后，出射光束为波长在空间上按顺序排列的出射光束。结合光阑，或者调节激光谐振腔内其它相关的光学元件，可以对激光波长进行调谐。与单独使用相比较，成对使用可以提供更高的波长空间分辨率。

本发明的有益效果在于：①多功能可饱和吸收元件将可饱和吸收、波长调谐两种功集成在一个元件上或将可饱和吸收、产生负色散、波长调谐三种功集成在一个元件上，有效减小了脉冲激光器谐振腔中光学元件的个数，使激光器的结构更加简单紧凑，调节更加方便容易，能显著增加激光器的稳定性、可靠性和便携性。②元件的使用范围广泛，利用其慢速弛豫时间特性，可用于产生调Q脉冲；利用其快速弛豫时间特性，又可用于启动锁模脉冲；利用其提供负色散的能力，还可获得稳定的飞秒量级脉冲；此外还可用于对激光波长进行调谐。③元件的使用方式灵活，即可单独使用，也可成对使用。单独使用可提供并调节可饱和吸收、形成分光以调谐波长；成对使用可提供并调节更大范围的吸收、形成分辨率更高的分光以调谐波长、特别是能同时提供负色散，获得飞秒量级激光脉冲。④与单独使用相比较，成对使用可以提供更高的波长空间分辨率，也可以获得对可饱和吸收更大的调节范围。

附图说明

图1为本发明用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的立体图；

图2为本发明用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的一种结构示意图；

图3为本发明用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的另一种结构示意图；

图4为本发明用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件单独使用时产生并调节对光的吸收示意图；

图5为本发明用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件单独使用时形成分光的示意图；

图6为本发明用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件成对使用时产生并调节对光的吸收示意图；

图7为本发明用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件单独使用时提供并调节负色散的示意图；

图8为本发明用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件单独使用时形成分光的示意图；

图9为本发明用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的使用方法中用于波长可调谐脉冲激光器的光路结构示意图；

图10为本发明用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的使用方法中用于自启动波长可调谐飞秒激光器的光路结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：透明体1、多功能可饱和吸收元件2、透光面3、不透光面4、透明外壳5、液体物质6、掺杂晶体7、入射光束8、出射光束9、光束进入元件前等相位面10、光束从元件出射时等相位面11、负色散的插入量12、泵浦光源13、激光芯片14、光阑15、输出镜16、第一反射镜17、激光晶体18、第二反射镜19、第三反射镜20、元件一21、元件二22。

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。

实施例一

基本如附图1-8所示：用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件，如图1所示，包括透明体1，透明体1的形状为等腰三棱柱，三角形的两腰所在的两个侧面为透光面3，其余三个面为不透光面4。透明体1包括透明外壳5，透明外壳5内注满能够吸收不同波长的光的液体物质6(如纯水、各种染料溶液等，这些液体物质6可对不同波段的光产生一定的吸收)，如图2所示；或者透明体1为能够吸收不同波长的光的掺杂晶体7(由一定浓度掺杂的大块晶体通过切割、打磨等工艺加工而成，晶体对光是透明的，其中掺杂的离子可对不同波段的光产生一定的吸收)，如图3所示。光线从一个透光面3进入透明体1，并从另一个透光面3出射；透明体1的内部能够对不同波长的光进行一定的吸收并产生分光；透明体1具有快速驰豫时间特性和慢速驰豫时间特性；快速驰豫时间特性能够启动激光中的锁模过程，形成锁模脉冲输出；慢速驰豫时间特性能够启动激光中的调Q过程，形成调Q脉冲输出。多功能可饱和吸收元件2可以单独使用，也可以成对使用。成对使用时，成对的两个多功能可饱和吸收元件2并排设置，且成对的两个多功能可饱和吸收元件2的顶角朝向相反的方向；成对的两个多功能可饱和吸收元件2能够提供负色散。

具体实施过程如下：

如图4所示，光线从透明体1的一个透光面3进入元件，从另一个透光面3出射。光在元件内通过一段光程，使元件对光产生一定的吸收。通过上下平移元件，改变元件与入射光束8的相对位置，可以改变光在元件内所通过光程的大小，从而调节元件对光的吸收。

如图5所示，光线从透明体1的一个透光面3进入元件时，发生一次折射，从另一个透光面3出射时，再次发生折射。两次折射过程中，都是长波长的光发生的偏转角小，短波长的光发生的偏转角大，因此在两次折射后，光束中不同波长的部分在空间上按顺序排列，形成分光。

元件单独使用，元件对入射光产生一定的吸收，利用元件内液体物质6或掺杂物质的慢速驰豫时间特性，可以启动激光中的调Q过程，形成调Q脉冲输出。利用元件内液体物质6或掺杂物质的快速驰豫时间特性，可以启动激光中的锁模过程，形成一般锁模脉冲输出。元件单独使用，元件对通过它的光束产生分光作用，再结合光阑15，或者调节激光谐振腔内其它元件，可对激光波长进行调谐。

元件成对使用时，让光束通过第一个元件的顶角顶部，经过折射后通过第二个元件。光束在两个元件中通过一段总的光程，元件对光束产生一定的吸收。通过改变第二个元件与光束的相对位置，可以改变光束在两个元件中总的光程，从而调节元件对光的吸收，如图6所示。光束在经过两个元件后，将使长波长部分经历更长的光程，短波长部分经历更短的光程，即对光带来负色散。通过调节第二个元件相对于光束的插入量，可以改变长波长部分和短波长部分的光程差，从而对负色散进行调节，如图7所示。光束在连续经过两个元件之后，光束中不同波长部分的光，在空间上按顺序排列，形成分光，如图8所示。再结合光阑15，或者调节激光谐振腔内其它元件，可对激光波长进行调谐。两个元件对光产生一定的吸收，利用元件内液体物质6或掺杂物质的慢速驰豫时间特性，可以启动激光中的调Q过程，形成调Q脉冲输出；利用元件内液体物质6或掺杂物质的快速驰豫时间特性，可以启动激光中的一般锁模过程，形成锁模脉冲输出。在元件吸收启动了一般锁模过程之后，元件提供的负色散可以补偿激光谐振腔中的正色散，对脉冲进行窄化，最后获得自启动的，时间宽度在飞秒量级的锁模脉冲。

实施例二

基本如附图9所示：实施例一中的用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的使用方法，将多功能可饱和吸收元件2安装在脉冲激光器的光路中，脉冲激光器包括泵浦光源13、激光芯片14、光阑15和输出镜16，泵浦光源13将泵浦光发射至激光芯片14，激光芯片14将泵浦光转化为激光后反射至多功能可饱和吸收元件2的一个透光面3，激光经过多功能可饱和吸收元件2的两个透光面3的两次折射后，射出波长在空间按顺序排列的光束；光束依次经过光阑15和输出镜16后射出。调节多功能可饱和吸收元件2的位置，激光芯片14射出的激光从多功能可饱和吸收元件2的一个透光面3的不同位置射入，改变光束在多功能可饱和吸收元件2中的长度，从而改变光束被吸收的大小，最终实现调Q状态或者锁模状态的改变。

具体地，多功能可饱和吸收元件2的透明外壳5用K9玻璃制成，厚度为0.5毫米。透明外壳5内充满的液体物质6为纯水，在0.76、0.97、1.19、1.45和1.94微米处都存在吸收峰。当多功能可饱和吸收元件2单独使用时，把多功能可饱和吸收元件2用于中心波长为0.97微米的外腔面发射激光器中，其光路结构如图9所示。激光芯片14吸收泵浦光的能量，产生0.97微米的受激辐射。本发明的元件在谐振腔内起到两个作用：一是对0.97微米的光产生一定程度的吸收。如果是水的慢速弛豫时间特性起主要作用，上述吸收能启动激光器的调Q过程。调节本发明元件及光学谐振腔，可得到调Q激光脉冲输出；如果是水的快速弛豫时间特性起主要作用，上述吸收能启动激光器的锁模过程。调节本发明元件及光学谐振腔，可得到锁模激光脉冲输出。二是对通过它的光束产生折射，形成分光。激光束在通过元件后，其波长在空间上按顺序排列。调节光阑15的位置，即可获得不同的激光波长输出，完成对激光波长的调谐。

具体实施过程如下：

如图4所示，单独使用时，光束从第一个透光面3进入元件，从第二个透光面3出射。通过元件的光束部分会被液体物质6或掺杂晶体7一定程度地吸收。当液体物质6或掺杂晶体7的慢速弛豫时间特性起作用时，上述吸收可以启动激光器的调Q过程，从而产生调Q脉冲输出。当液体物质6或掺杂晶体7的快速弛豫时间特性起作用时，上述吸收可以启动激光器的锁模过程，从而获得锁模脉冲输出。上下平移元件，可以改变光束在元件中的部分的长度，从而改变光束被液体物质6或掺杂晶体7吸收的大小，进一步改变调Q或者锁模的状态，并形成稳定的调Q或锁模激光脉冲输出。

如图5所示，单独使用时，由于元件的横截面是等腰三角形，对于波长在空间上无法分辨的入射光束8，在经过元件两个透光面3的两次折射后，因为不同波长的光在液体物质6或掺杂晶体7中会经历不同的折射率，所以出射光束9将变成波长在空间按顺序排列的光束。再结合光阑15或调节激光谐振腔内的其它相关光学元件，即可对激光波长进行调谐。

实施例三

基本如附图10所示：实施例一中的用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的使用方法，将成对的两个多功能可饱和吸收元件2安装在脉冲激光器的光路中，脉冲激光器包括泵浦光源13、第一反射镜17、激光晶体18、第二反射镜19、光阑15、第三反射镜20和输出镜16；激光晶体18位于第一反射镜17和第二反射镜19之间，成对的两个多功能可饱和吸收元件2位于第二反射镜19和光阑15之间；泵浦光源13将泵浦光发射给第一反射镜17，泵浦光通过第一反射镜17后进入到激光晶体18中，激光晶体18吸收泵浦光后发出激光并射在第二反射镜19上，第二反射镜19将激光反射至元件二22的一个透光面3，并从元件二22的另个透光面3射出；射出的激光射入元件一21的一个透光面3，并从元件一21的另一个透光面3射出至光阑15，从光阑15射出后的光束射至第三反射镜20；经第三反射镜20反射的光束，依次经过光阑15、元件一21、元件二22、第二反射镜19、激光晶体18、第一反射镜17和输出镜16后，从输出镜16射出。元件一21固定，元件二22能够移动；通过移动元件二22，改变光束在成对的两个多功能可饱和吸收元件2中的长度，从而改变光束被吸收的大小，最终实现调Q状态或者锁模状态的改变。

具体地，掺杂晶体7为Cr+4:YAG晶体，在900-1200纳米范围内均存在一定程度的吸收。多功能可饱和吸收元件2为大块Cr+4:YAG晶体通过切割和打磨等工艺制成的截面为等腰三角形的透明五面体。多功能可饱和吸收元件2成对使用时，可用于中心波长为1064纳米的可调谐的自启动飞秒脉冲激光器，其光路图如图10所示。激光晶体18吸收泵浦光能量，产生中心波长为1064纳米的受激辐射。两个成对使用的多功能可饱和吸收元件2在谐振腔中同时起到三个作用：一是提高可饱和吸收，启动激光器的锁模。光束通过元件，其中的掺杂离子对1064纳米波长的光形成一定的吸收。当掺杂离子的快速弛豫时间起主要作用时，通过适当调节元件对和谐振腔的其它相关光学元件，上述吸收可以启动激光器的锁模过程。二是提供负色散。因为谐振腔内的其它光学元件均会产生正色散，使脉冲不断加宽，所以脉冲不能稳定在飞秒量级。二本发明元件能够提供并调节负色散，对谐振腔内的正色散进行补偿，所以激光脉冲可以最终稳定在飞秒量级。三是对通过它的光束产生折射，形成分光。激光束在通过元件后，其波长在空间上按顺序排列。调节光阑15的位置，即可获得不同的激光波长输出，完成对激光波长的调谐。

具体实施过程如下：

如图6所示，成对使用时，两个完全相同的多功能可饱和吸收元件2(元件一21和元件二22)，并排放置，并且顶角朝相反方向放置，并使得元件一21固定，元件二22可以移动。此时，光束穿过多功能可饱和吸收元件2的部分将使光束受到液体物质6或掺杂晶体7的一定程度的吸收。当液体物质6或掺杂晶体7的慢速弛豫时间特性起作用时，上述吸收可以启动激光器的调Q过程，从而产生调Q脉冲输出。当液体物质6或掺杂晶体7的快速弛豫时间特性起作用时，上述吸收可以启动激光器的锁模过程，从而获得锁模脉冲输出。平移元件二22(也即是改变两个元件中心轴之间的距离，如图6所示)，可以改变光束在多功能可饱和吸收元件2中的部分的长度，从而改变光束被液体物质6或掺杂晶体7吸收的大小，进一步改变调Q或者锁模的状态，并形成稳定的调Q或锁模激光脉冲输出。与单独使用相比较，成对使用可以获得对可饱和吸收更大的调节范围。

如图7所示，成对使用时，两个元件的联合使用可以提供负色散。入射光束8在经过元件一21和元件二22时，均会发生折射。其中，长波长的部分虽然在空气中经过的光程小些，但在元件中经过的光程大些；而短波长的部分虽然在空气中经过的光程大些，但在元件中经过的光程小些。因为元件中无论是液体物质6还是掺杂晶体7，它们的折射率都比空气大很大，所以考虑总的光程时，长波长部分的光程大于短波长部分的光程，即形成负色散。负色散可以使与光束进入元件前等相位面10相比，在光束从元件出射时等相位面11上，长波长的光相位比短波长的光相位落后，从而补偿谐振腔内其它元件的正色散引起的长波长的光的相位超前，最终可以把锁模脉冲光的宽度压缩到接近傅里叶变换极限的脉冲宽度，即飞秒量级。平移元件二22(不改变两个元件中心轴之间的距离，将元件二22沿中心轴方向移动，如图7所示)，可改变调节负色散的插入量12，从而对元件提供的负色散进行调节。

如图8所示，成对使用时，由于光通过元件一21和元件二22时均发生折射，所以元件可以对光束进行分光。波长在空间上无法分辨的入射光束8，经过元件一21和元件二22后，出射光束9为波长在空间上按顺序排列的出射光束9。结合光阑15，或者调节激光谐振腔内其它相关的光学元件，可以对激光波长进行调谐。与单独使用相比较，成对使用可以提供更高的波长空间分辨率。

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。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件，其特征在于：包括透明体(1)，所述透明体(1)的形状为等腰三棱柱，三角形的两腰所在的两个侧面为透光面(3)，其余三个面为不透光面(4)；光线从一个透光面(3)进入所述透明体(1)，并从另一个透光面(3)出射；所述透明体(1)的内部能够对不同波长的光进行吸收并产生分光；所述透明体(1)具有快速驰豫时间特性和慢速驰豫时间特性；所述快速驰豫时间特性能够启动激光中的锁模过程，形成锁模脉冲输出；所述慢速驰豫时间特性能够启动激光中的调Q过程，形成调Q脉冲输出。

2.根据权利要求1所述的用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件，其特征在于：所述透明体(1)包括透明外壳(5)，所述透明外壳(5)内注满能够吸收不同波长的光的液体物质(6)。

3.根据权利要求1所述的用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件，其特征在于：所述透明体(1)为能够吸收不同波长的光的掺杂晶体(7)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件，其特征在于：所述多功能可饱和吸收元件(2)能够成对使用，成对的两个所述多功能可饱和吸收元件(2)并排设置，且成对的两个所述多功能可饱和吸收元件(2)的顶角朝向相反的方向；成对的两个所述多功能可饱和吸收元件(2)能够提供负色散。

5.权利要求1-3任一项所述的用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的使用方法，其特征在于：将所述多功能可饱和吸收元件(2)安装在脉冲激光器的光路中，脉冲激光器包括泵浦光源(13)、激光芯片(14)、光阑(15)和输出镜(16)，所述泵浦光源(13)将泵浦光发射至所述激光芯片(14)，所述激光芯片(14)将泵浦光转化为激光后反射至多功能可饱和吸收元件(2)的一个透光面(3)，激光经过多功能可饱和吸收元件(2)的两个透光面(3)的两次折射后，射出波长在空间按顺序排列的光束；光束依次经过所述光阑(15)和输出镜(16)后射出。

6.根据权利要求5所述的用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的使用方法，其特征在于：调节所述多功能可饱和吸收元件(2)的位置，激光芯片(14)射出的激光从所述多功能可饱和吸收元件(2)的一个透光面(3)的不同位置射入，改变光束在所述多功能可饱和吸收元件(2)中的长度，从而改变光束被吸收的大小，最终实现调Q状态或者锁模状态的改变。

7.权利要求4所述的用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的使用方法，其特征在于：将成对的两个所述多功能可饱和吸收元件(2)安装在脉冲激光器的光路中，脉冲激光器包括泵浦光源(13)、第一反射镜(17)、激光晶体(18)、第二反射镜(19)、光阑(15)、第三反射镜(20)和输出镜(16)；激光晶体(18)位于所述第一反射镜(17)和第二反射镜(19)之间，成对的两个所述多功能可饱和吸收元件(2)位于第二反射镜(19)和光阑(15)之间；泵浦光源(13)将泵浦光发射给第一反射镜(17)，所述泵浦光通过第一反射镜(17)后进入到激光晶体(18)中，所述激光晶体(18)吸收所述泵浦光后发出激光并射在所述第二反射镜(19)上，第二反射镜(19)将激光反射至其中一个多功能可饱和吸收元件(2)的一个透光面(3)，并从该多功能可饱和吸收元件(2)的另个透光面(3)射出；射出的激光射入另一个多功能可饱和吸收元件(2)的一个透光面(3)，并从该多功能可饱和吸收元件(2)的另一个透光面(3)射出至光阑(15)，从光阑(15)射出后的光束射至第三反射镜(20)；经第三反射镜(20)反射的光束，依次经过光阑(15)、成对的两个多功能可饱和吸收元件(2)、第二反射镜(19)、激光晶体(18)、第一反射镜(17)和输出镜(16)后，从输出镜(16)射出。

8.根据权利要求7所述的用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的使用方法，其特征在于：成对的两个所述多功能可饱和吸收元件(2)中，一个所述多功能可饱和吸收元件(2)固定，另一个所述多功能可饱和吸收元件(2)能够移动；通过移动所述多功能可饱和吸收元件(2)，改变光束在成对的两个所述多功能可饱和吸收元件(2)中的长度，从而改变光束被吸收的大小，最终实现调Q状态或者锁模状态的改变。