CN117374723B - 基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统 - Google Patents

基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于自锁模激光器技术领域，具体公开了基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统，将泵浦光功率分解为连续光泵浦功率和调制光泵浦功率，利用连续光泵浦实现高平均功率输出，同时利用较小功率的调制泵浦光实现激光器模式间切换，实现锁模脉冲的高速调制。采用双泵浦技术，将电路设计中面临的高频高功率调制下偏置电流和调制电流难以叠加的结构性矛盾，转换为光光叠加的可行技术方案，可实现大功率自锁模激光的高频调制，以满足激光通信、测控等领域需求。

Description

基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统
技术领域
本发明属于自锁模激光器技术领域，尤其涉及一种基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统。
背景技术
锁模激光器能产生脉冲时间宽度在皮秒至飞秒量级的超短脉冲，具有很高的脉冲峰值功率与时间分辨率，在时间分辨光谱学、强场极端物理等前沿科研，超分辨显微镜、双光子成像等生命科学方面，以及远距离测控、激光精细加工等先进制造领域，都存在非常重要的应用。垂直外腔面发射半导体激光器(VECSEL)利用半导体能带工程，可以柔性设计激光输出中心波长，进一步拓展锁模激光器的应用场景。自锁模VECSEL激光器是利用增益介质在腔内高功率密度下存在的非线性透镜效应，结合特殊的激光谐振腔设计，当腔内功率密度达到一定阈值下，可以自动启动锁模过程。由于不需要额外增加启动锁模的元件，腔内损耗更低，有利于产生更高功率输出；同时简化了激光器结构，增加了激光器的机械稳定性和便携性能。
在高平均功率自锁模VECSEL激光器的具体应用场景中，通常需要锁模脉冲根据应用需求进行快速的通断操作。目前常用的技术方案有两种，一是让激光器始终稳定运行于自锁模模式，在输出激光光路上通过光电或者机电的方法实现通断控制，这类方法会显著提高成本，且速度较慢。二是通过电驱动泵浦光的通断，从而控制自锁模脉冲的启停操作。由于电子元器件性能限制，该方案难以实现高功率自锁模的高频通断控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统，能够满足应用场景中对数十瓦级平均功率的锁模脉冲的高速通断需求。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统，包括电驱动单元、连续泵浦、调制泵浦、半导体增益芯片、输出镜和后端镜，所述连续泵浦用于产生连续泵浦光，所述调制泵浦用于产生调制泵浦光；所述连续泵浦光和调制泵浦光均辐射至所述半导体增益芯片上；所述半导体增益芯片为多量子阱结构，在吸收泵浦激光后可产生受激辐射以放大腔内循环激光；所述半导体增益芯片、输出镜和后端镜构成激光谐振腔；所述输出镜和后端镜均能够对基频光进行反射，所述输出镜还能够输出锁模脉冲激光光束；所述电驱动单元用于驱动所述调制泵浦产生调制泵浦光，所述电驱动单元包括输入电路和调制电路；所述调制电路包括高频功率调整管；所述输入电路用于提供恒压电压，所述输入电路的正极串接限流电阻和所述调制泵浦的阳极，所述调制泵浦的阴极连接所述高频功率调整管的一侧，所述高频功率调整管的另一侧接回所述输入电路的负极；所述调制电路的通断由控制信号控制；所述调制电路接通状态下连续泵浦和调制泵浦的输出功率为激光器锁模模式下所需的泵浦光功率，所述连续泵浦的输出功率为激光器连续模式下所需的泵浦光功率。
进一步，将所述激光器连续模式下所需的泵浦光功率的范围Q从小到大平均分为n段，所述调制电路断开状态下连续泵浦的输出功率的取值为范围Q中靠近激光器竞争模式的一段。
进一步，所述调制电路断开状态下连续泵浦的输出功率的取值为范围Q中的最大值。
进一步，将所述激光器锁模模式下所需的泵浦光功率的范围W从小到大平均分为m段，所述激光器锁模模式下所需的泵浦光功率的取值为范围W中靠近激光器竞争模式的一段。
进一步，所述半导体增益芯片安装在复合热沉上，所述复合热沉用于散热和控温。
进一步，所述调制电路还包括调制信号源，所述调制信号源用于向所述高频功率调整管发出控制信号并控制所述高频功率调整管通断。
进一步，还包括两组泵浦光准直聚焦系统，两组所述泵浦光准直聚焦系统分别与所述连续泵浦和调制泵浦对应并用于对连续泵浦光和调制泵浦光进行准直聚焦。
进一步，还包括泵浦光合束器和泵浦光准直聚焦系统，所述泵浦光合束器用于将连续泵浦光和调制泵浦光进行合束，所述泵浦光准直聚焦系统用于对合束后的泵浦光进行准直聚焦。
进一步，所述限流电阻的阻值为0.1Ω-0.5Ω。
进一步，所述连续泵浦和调制泵浦均采用激光二极管。
本技术方案的工作原理在于：VECSEL激光器运转时，腔内存在较高的循环功率，其在半导体增益芯片上的非线性透镜效应，可以等效为和腔内循环功率密度大小相关的透镜，该透镜会改变激光谐振腔结构，进而改变在半导体增益芯片上的激光光斑大小。利用泵浦激光光斑作为软光阑，实现连续激光和锁模脉冲光的差异化增益(或损耗)，使得锁模脉冲光在模式竞争中胜出。当泵浦光功率较低时，非线性透镜效应可以忽略不计，VECSEL激光器输出稳定的连续激光。当泵浦光功率增大到一定程度，腔内循环功率密度增大，出现较弱透镜效应，此时半导体增益芯片上光斑大小处于连续激光光斑到锁模脉冲光斑的过度阶段，腔内各种噪声引起的脉冲都可能放大，VECSEL激光器处于脉冲间模式竞争阶段。进一步增大泵浦光功率时，腔内随机出现的某一高峰值脉冲具有更好的非线性透镜效应，其在半导体增益芯片上获得的增益更高，从而在模式竞争中胜出，实现自动锁模。并且在一定的泵浦光功率变化区间内，VECSEL激光器都可以稳定的输出锁模脉冲。进一步增大泵浦功率，更强的透镜效应会使锁模脉冲光斑增益减小，导致输出又变成竞争模式。综上所述，在激光器光学结构不变的情况下，通过改变泵浦光功率大小，可以实现激光器输出从连续模式、竞争模式到自锁模模式的切换。
根据VECSEL激光器各模式随泵浦光功率演化关系，可以将泵浦光功率分为连续光泵浦功率和调制泵浦功率的叠加，通过施加不同泵浦光功率，实现在连续激光和锁模模式间切换，实现兆赫兹级锁模脉冲高速通断控制需求。
在控制信号无效时，高频功率调整管处于断开状态，调制泵浦无驱动电流，系统中只有连续泵浦发出的连续泵浦光，系统处于连续模式。
当控制信号有效时，高频功率调整管处于导通状态，此时流过调制泵浦的调制电流近似为：其中，VS为恒压电源电压，VD为调制泵浦的电压，R1为限流电阻,通过合理电路参数设计，可使得此时连续泵浦和调制泵浦叠加的输出功率位于锁模模式所需的泵浦光功率区域，从而实现VECSEL激光器稳定的锁模脉冲输出。
本技术方案的有益效果在于：基于VECSEL自锁模激光器各模式随泵浦光功率演化关系，对于高平均功率的应用场景，本方案将泵浦光功率分解为连续光泵浦功率和调制光泵浦功率。利用连续光泵浦实现高平均功率输出，同时利用较小(数瓦)功率的调制泵浦光实现激光器模式间切换，实现锁模脉冲的高速调制。并且本专利采用双泵浦技术，将电路设计中面临的高频高功率调制下偏置电流和调制电流难以叠加的结构性矛盾，转换为光光叠加的可行技术方案。对于连续泵浦部分可采用常规恒电流源驱动，其效率达到95％以上，热效应很低。而调制泵浦采用设计的电驱动单元，无旁路电阻，不考虑偏置泵浦功能，电路结构改变带来的益处主要有：极大降低了电驱动单元的热效应；系统振铃效应被压制，调制频率可达十兆赫兹，以满足激光通信、测控等领域需求。
附图说明
图1为本发明基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统的一种光路示意图；
图2为本发明基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统的另一种光路示意图；
图3为本发明基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统的光斑示意图；
图4为本发明基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统的腔内运转模式示意图；
图5为本发明基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统中腔内各模式随泵浦光功率增大的演化图；
图6为本发明基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统中电驱动单元的基本示意图；
图7为另一种驱动电路的基本结构示意图。
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：复合热沉1、半导体增益芯片2、调制泵浦光3、连续泵浦光4、输出镜5、后端镜6、泵浦激光光斑7、连续激光光斑8、锁模脉冲光斑9、泵浦光合束器10。
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。
实施例基本如附图1-5所示：基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统，如图1所示，包括电驱动单元、连续泵浦(采用连续激光二极管)、调制泵浦(采用调制激光二极管LD)、半导体增益芯片2、输出镜5和后端镜6，连续泵浦用于产生连续泵浦光4，连续泵浦由常规恒电流源驱动；调制泵浦用于产生调制泵浦光3，调制泵浦由电驱动单元驱动。连续泵浦光4和调制泵浦光3均辐射至半导体增益芯片2上，半导体增益芯片2安装在复合热沉1上，复合热沉1用于散热和控温。半导体增益芯片2具有非线性透镜效应，半导体增益芯片2为多量子阱结构，在吸收泵浦激光后可产生受激辐射以放大腔内循环激光。半导体增益芯片2、输出镜5和后端镜6构成激光谐振腔，具体地，半导体增益芯片2包括依次设置的反射镜、有源区和势垒层，半导体增益芯片2的反射镜、输出镜5和后端镜6构成激光谐振腔。输出镜5和后端镜6用于对腔内基频光进行反射，输出镜5还用于输出锁模脉冲激光光束，具体地后端镜6上镀有对基频光进行反射的全反膜，输出镜5上镀有对基频光进行反射的高反膜(98％的反射率)，输出镜5的部分透过率用于输出腔内激光束(也即是锁模脉冲激光光束)。
本系统中关于对连续泵浦光4和调制泵浦光3的准直聚焦方案可以分为两种，一种是设置两组泵浦光准直聚焦系统，两组泵浦光准直聚焦系统分别与连续泵浦和调制泵浦对应并用于对连续泵浦光4和调制泵浦光3进行准直聚焦，如图1所示。另一种是设置泵浦光合束器10和一组泵浦光准直聚焦系统，泵浦光合束器10用于将连续泵浦光4和调制泵浦光3进行合束，泵浦光准直聚焦系统用于对合束后的泵浦光进行准直聚焦，如图2所示。
如图6所示，电驱动单元用于驱动调制泵浦产生调制泵浦光3，电驱动单元包括输入电路和调制电路。输入电路用于提供恒压电压，输入电路至少包括恒压电源，当然还可以再输入电路中设置电容等部件。调制电路的通断由控制信号控制，调制电路包括调制信号源和高频功率调整管(例如GaN类MOS管)。输入电路的正极串接限流电阻R1和调制激光二极管LD的阳极，调制激光二极管LD的阴极连接高频功率调整管的一侧，高频功率调整管的另一侧接回输入电路的负极。限流电阻R1的阻值为0.1Ω-0.5Ω。调制信号源用于向高频功率调整管发出控制信号并控制高频功率调整管通断。
调制电路接通状态下连续泵浦和调制泵浦的输出功率为激光器锁模模式下所需的泵浦光功率，具体地将激光器锁模模式下所需的泵浦光功率的范围W从小到大平均分为m段，激光器锁模模式下所需的泵浦光功率的取值为范围W中靠近激光器竞争模式的一段，以减小调制泵浦所需功率。调制电路断开状态下连续泵浦的输出功率为激光器连续模式下所需的泵浦光功率，具体地将激光器连续模式下所需的泵浦光功率的范围Q从小到大平均分为n段，连续泵浦的输出功率的取值为范围Q中靠近激光器竞争模式的一段，最优选的为连续泵浦的输出功率的取值为范围Q中的最大值。由于连续泵浦光4的输出功率以及两种泵浦光的输出功率都接近竞争模式，就可以使用较小的调制泵浦光3(数瓦功率)来快速切换两种模式，实现锁模脉冲的高速调制。当然，可以优化激光谐振腔，使得连续模式所占区域范围扩大，即采用更高的连续光泵浦功率，以获得更高的平均输出功率，同时设计中尽量压窄竞争模式区间，以利于采用功率不太高的调制泵浦就能实现两种模式间高速切换。
电驱动单元的确定包括以下步骤：
确定激光器中连续状态下的泵浦光功率范围Q以及锁模状态下的泵浦光功率范围W；在范围Q中选取功率值P1作为连续激光功率；在锁模状态下的泵浦光功率范围W中选取一个功率值P2作为锁模脉冲所需的泵浦光功率；P1为连续泵浦发出的连续泵浦光所需的泵浦光功率，P1选取尽量靠近竞争模式的功率值，P2尽量选取靠竞争模式的功率值。P3为调制泵浦发出的调制泵浦光的功率，P3＝P2-P1；
根据功率值P3确定调制电流的大小IM；根据调制电流的大小IM确定高频功率调整管、VS、R1。
如图7所示，典型驱动电路结构，LD为大功率激光二极管，电阻R1为限流电阻，电阻R2为偏置电阻。数字控制信号为0时，高频功率调整管从主回路断开，电阻R2构成的旁路维持偏置电流，驱动LD产生连续光泵浦功率。数字控制信号为1时，高频功率调整管饱和导通，流经LD的电流加大，产生附加的调制泵浦光3。对于高平均功率锁模脉冲应用需求，其偏置电流会很高，为控制电路的热效应，R2取值应尽可能小。但是R2取值过小时，R2和调整管构成的局域回路，在调整管状态变化时会产生严重的振铃效应，该效应会畸变调制信号，限制调制速率提升，同时感生的电压尖峰可能损坏LD。实验表明R2取值越大，振铃效应也越弱，因而要实现高速大电流调制，最好的方法是将调制电流和偏置电流分离。尽管采用偏置器电路可以将分离的调制电流和调制电流合并以驱动LD，但是大功率偏置电路的体积会显著增大，同时也会限制调制频率。
本发明采用双泵浦技术，将电路设计中面临的高频高功率调制下偏置电流和调制电流难以叠加的结构性矛盾，转换为光光叠加的可行技术方案，可实现大功率自锁模激光的高频调制。对于连续泵浦部分可采用常规恒电流源驱动，其效率达到95％以上，热效应很低。而调制泵浦采用图6的电路，即去掉偏置电阻R2，不考虑偏置泵浦功能，电路结构改变带来的益处主要有：极大降低了驱动电路的热效应；系统振铃效应被压制，调制频率可达十兆赫兹，以满足激光通信、测控等领域需求。
具体实施过程如下：
VECSEL激光器运转时，腔内存在较高的循环功率，其在半导体增益芯片2上的非线性透镜效应，可以等效为和腔内循环功率密度大小相关的透镜，该透镜会改变激光谐振腔结构，进而改变在半导体增益芯片2上的激光光斑大小，如图3所示。利用泵浦激光光斑7作为软光阑，实现连续激光和锁模脉冲光的差异化增益(或损耗)，使得锁模脉冲光在模式竞争中胜出。如图4所示，当泵浦光功率较低时，非线性透镜效应可以忽略不计，VECSEL激光器输出稳定的连续激光。当泵浦光功率增大到一定程度，腔内循环功率密度增大，出现较弱透镜效应，此时半导体增益芯片2上光斑大小处于连续激光光斑8到锁模脉冲光斑9的过度阶段，腔内各种噪声引起的脉冲都可能放大，VECSEL激光器处于脉冲间模式竞争阶段。进一步增大泵浦光功率时，腔内随机出现的某一高峰值脉冲具有更好的非线性透镜效应，其在半导体增益芯片2上获得的增益更高，从而在模式竞争中胜出，实现自动锁模。并且在一定的泵浦光功率变化区间内，VECSEL激光器都可以稳定的输出锁模脉冲。进一步增大泵浦功率，更强的透镜效应会使锁模脉冲光斑9增益减小，导致输出又变成竞争模式。综上所述，如图5所示，在激光器光学结构不变的情况下，通过改变泵浦光功率大小，可以实现激光器输出从连续模式、竞争模式到自锁模模式的切换。
根据VECSEL激光器各模式随泵浦光功率演化关系，可以将泵浦光功率分为连续光泵浦功率和调制泵浦功率的叠加，通过施加不同泵浦光功率，实现在连续模式和锁模模式间切换，实现兆赫兹级锁模脉冲高速通断控制需求。
在控制信号无效时，高频功率调整管处于断开状态，调制激光二极管LD无驱动电流，系统中只有连续泵浦发出的连续泵浦光4，系统处于连续模式。
当控制信号有效时，高频功率调整管处于导通状态，此时流过调制激光二极管LD的调制电流近似为：其中，VS为恒压电源电压，VD为调制激光二极管LD的电压，R1为限流电阻,通过合理电路参数设计，可使得此时连续泵浦和调制泵浦叠加的输出功率位于锁模模式所需的泵浦光功率区域，从而实现VECSEL激光器稳定的锁模脉冲输出。
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 (10)

1.基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统，其特征在于：包括电驱动单元、连续泵浦、调制泵浦、半导体增益芯片(2)、输出镜(5)和后端镜(6)，所述连续泵浦用于产生连续泵浦光(4)，所述调制泵浦用于产生调制泵浦光(3)；所述连续泵浦光(4)和调制泵浦光(3)均辐射至所述半导体增益芯片(2)上；所述半导体增益芯片(2)为多量子阱结构，在吸收泵浦激光后可产生受激辐射以放大腔内循环激光；所述半导体增益芯片(2)、输出镜(5)和后端镜(6)构成激光谐振腔；所述输出镜(5)和后端镜(6)均能够对基频光进行反射，所述输出镜(5)还能够输出锁模脉冲激光光束；所述电驱动单元用于驱动所述调制泵浦产生调制泵浦光(3)，所述电驱动单元包括输入电路和调制电路；所述调制电路包括高频功率调整管；所述输入电路用于提供恒压电压，所述输入电路的正极串接限流电阻和所述调制泵浦的阳极，所述调制泵浦的阴极连接所述高频功率调整管的一侧，所述高频功率调整管的另一侧接回所述输入电路的负极；所述调制电路的通断由控制信号控制；所述调制电路接通状态下连续泵浦和调制泵浦的输出功率为激光器锁模模式下所需的泵浦光功率，所述连续泵浦的输出功率为激光器连续模式下所需的泵浦光功率；在控制信号无效时，所述高频功率调整管处于断开状态，调制泵浦无驱动电流，系统中只有连续泵浦发出的连续泵浦光，系统处于连续模式；
当控制信号有效时，所述高频功率调整管处于导通状态，此时流过调制泵浦的调制电流为：其中，VS为恒压电源电压，VD为调制泵浦的电压，R1为限流电阻。
2.根据权利要求1所述的基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统，其特征在于：将所述激光器连续模式下所需的泵浦光功率的范围Q从小到大平均分为n段，所述调制电路断开状态下连续泵浦的输出功率的取值为范围Q中靠近激光器竞争模式的一段。
3.根据权利要求2所述的基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统，其特征在于：所述调制电路断开状态下连续泵浦的输出功率的取值为范围Q中的最大值。
4.根据权利要求1所述的基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统，其特征在于：将所述激光器锁模模式下所需的泵浦光功率的范围W从小到大平均分为m段，所述激光器锁模模式下所需的泵浦光功率的取值为范围W中靠近激光器竞争模式的一段。
5.根据权利要求1所述的基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统，其特征在于：所述半导体增益芯片(2)安装在复合热沉(1)上，所述复合热沉(1)用于散热和控温。
6.根据权利要求1所述的基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统，其特征在于：所述调制电路还包括调制信号源，所述调制信号源用于向所述高频功率调整管发出控制信号并控制所述高频功率调整管通断。
7.根据权利要求1所述的基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统，其特征在于：还包括两组泵浦光准直聚焦系统，两组所述泵浦准直聚焦系统分别与所述连续泵浦和调制泵浦对应并用于对连续泵浦光(4)和调制泵浦光(3)进行准直聚焦。
8.根据权利要求1所述的基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统，其特征在于：还包括泵浦光合束器(10)和泵浦光准直聚焦系统，所述泵浦光合束器(10)用于将连续泵浦光(4)和调制泵浦光(3)进行合束，所述泵浦光准直聚焦系统用于对合束后的泵浦光进行准直聚焦。
9.根据权利要求1所述的基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统，其特征在于：所述限流电阻的阻值为0.1Ω-0.5Ω。
10.根据权利要求1所述的基于双泵浦的外腔半导体自锁模激光器的脉冲调制系统，其特征在于：所述连续泵浦和调制泵浦均采用激光二极管。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101273503A (zh) * 2005-09-29 2008-09-24 奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司 高频调制的表面发射的半导体激光器
CN103762495A (zh) * 2014-01-29 2014-04-30 张立国 提高激光热响应速度的方法及多端泵浦固体激光器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5987049A (en) * 1998-04-24 1999-11-16 Time-Bandwidth Products Ag Mode locked solid-state laser pumped by a non-diffraction-limited pumping source and method for generating pulsed laser radiation by pumping with a non-diffraction-limited pumping beam
CN1127186C (zh) * 1998-04-29 2003-11-05 中国科学院福建物质结构研究所 一种自锁模激光器
CN1236531C (zh) * 2003-09-19 2006-01-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 激光二极管泵浦皮秒主动锁模固体平面波导激光器
CN2655477Y (zh) * 2003-09-19 2004-11-10 中国科学院上海光学精密机械研究所 激光二极管泵浦皮秒主动锁模固体平面波导激光器
GB0329629D0 (en) * 2003-12-22 2004-01-28 Blazephotonics Ltd A light source
CN1891173A (zh) * 2005-02-12 2007-01-10 北京瑞尔通激光科技有限公司 双波长连续泵浦的固定激光软组织治疗仪和方法
US8130800B2 (en) * 2006-05-17 2012-03-06 Battelle Memorial Institute Mode-locked solid state lasers using diode laser excitation
CN101938086B (zh) * 2010-08-25 2013-03-27 南京大学 级联超晶格锁模激光器的构造方法
CN102280812A (zh) * 2011-06-30 2011-12-14 武汉凌云光电科技有限责任公司 一种侧面泵浦大功率激光器
JP2014220404A (ja) * 2013-05-09 2014-11-20 ソニー株式会社 半導体レーザ装置組立体
CN106356713A (zh) * 2016-10-20 2017-01-25 武汉市凯瑞迪激光技术有限公司 一种半导体激光器端面泵浦旋转增益介质的锁模激光器
CN110086071A (zh) * 2019-05-24 2019-08-02 长春理工大学 一种双波长激光可控输出方法及激光器
CN115986558B (zh) * 2023-01-17 2023-11-03 重庆师范大学 一种能自启动的超快激光器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101273503A (zh) * 2005-09-29 2008-09-24 奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司 高频调制的表面发射的半导体激光器
CN103762495A (zh) * 2014-01-29 2014-04-30 张立国 提高激光热响应速度的方法及多端泵浦固体激光器

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