CN1411112A - 无展宽器的高重复率钛宝石啁啾脉冲再生放大器 - Google Patents

Abstract

一种无展宽器的高重复率钛宝石啁啾脉冲再生放大器，在安装板上第一条水平光轴方向设绿光泵浦源、后凹面镜、聚焦透镜、钛宝石晶体、前凹面镜，在第二条水平光轴方向设拆叠角平面反射镜、下端面平面反射镜、薄膜偏振片、普克尔盒，在第三条水平光轴方向设光束引导反射镜、导光反射镜、隔离器、分束镜、半波片，在安装板上还设上端面平面反射镜、色散棱镜、汇聚棱镜、准直色散棱镜、输出棱镜、光束引导反射镜、光束转向反射镜、光电转换器、钛宝石振荡器、普克尔盒控制电源。具有结构紧凑、性能稳定、光束质量好、单程增益高等优点。可用于激光超精细加工、三维光存储、激光医学等方面。

Description

无展宽器的高重复率钛宝石啁啾脉冲再生放大器

技术领域

本发明属于激光再生放大器技术领域，具体涉及到无展宽器的高重复率钛宝石啁啾脉冲再生放大器。

背景技术

超短激光脉冲技术的不断发展和成熟使得人们能够探索在极短时间发生的过程，在物理、化学、生物、医学等领域有着重要的应用价值。尤其是脉冲宽度在100飞秒附近、单脉冲能量在微焦级的高重复率飞秒啁啾脉冲再生放大器，在激光超精细加工、三维光存储、激光医学等方面有着非常重要的经济价值。这就促使结构紧凑、体积小、稳定性高的飞秒激光放大器受到越来越多的关注。

传统的高重复率钛宝石啁啾脉冲再生放大器，都采用飞秒振荡器、展宽器、放大器、压缩器的结构以避免光学损伤，这也导致了这类激光器的体积庞大、难以维护的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题以及解决其技术问题采用的技术方案是：在安装板上第一条水平光轴方向的一侧设置有绿光泵浦源、另一侧设置有后凹面镜，后凹面镜与第一条水平光轴方向的反向成10°～20°的夹角，在安装板上第一条水平光轴方向绿光泵浦源的内侧设置有聚焦透镜、后凹面镜的内侧设置有钛宝石晶体，在安装板上第一条水平光轴方向聚焦透镜与钛宝石晶体之间设置有前凹面镜。在安装板上第二条水平光轴方向的一侧设置有拆叠角平面反射镜、另一侧设置有下端面平面反射镜，拆叠角平面反射镜的入射光线与第二条水平光轴正向的夹角为10°～20°，在安装板上第二条水平光轴方向拆叠角平面反射镜内侧设置有薄膜偏振片、下端面平面反射镜的内侧设置有普克尔盒，薄膜偏振片与第二条水平光轴正向的夹角β为-147.5°。在安装板上第三条水平光轴方向的一侧设置有光束引导反射镜、另一侧设置有导光反射镜，光束引导反射镜与第三条水平光轴正向的夹角为135°，导光反射镜与第三条水平光轴负向的夹角为135°，在安装板上第三条水平光轴方向光束引导反射镜的内侧设置有隔离器、导光反射镜的内侧设置有分束镜，在安装板上第三条水平光轴方向隔离器与分束镜之间设置有半波片。在安装板上设置有上端面平面反射镜，上端面平面反射镜的反射光线与水平光轴方向正向夹角α为5°～7°，在安装板上分束镜的反射光线与第三条水平光轴方向正向夹角γ为-25°～-45°的方向上设置有色散棱镜，在安装板上设置有汇聚棱镜、准直色散棱镜、输出棱镜，色散棱镜、准直色散棱镜、汇聚棱镜、输出棱镜棱镜组光束以布儒斯特角入射，色散棱镜与准直色散棱镜的距离70～100cm，汇聚棱镜与准直色散棱镜的距离15～20cm，汇聚棱镜与输出棱镜棱镜的距离70～100cm，在安装板上光束引导反射镜的垂直光轴方向上设置有光束转向反射镜、下设置有光电转换器，光束转向反射镜与水平光轴负向的夹角为45°，在安装板上与光束转向反射镜水平光轴方向的负向设置有钛宝石振荡器，在安装板上还设置有普克尔盒控制电源，普克尔盒控制电源通过电缆与绿光泵浦源、普克尔盒、光电转换器相连接。

本发明的聚焦透镜的曲率半径为200～400mm，在聚焦透镜的表面真空蒸镀有增透膜。本发明的前凹面镜和后凹面镜的曲率半径为100～600mm，在前凹面镜和后凹面镜的镜面上真空蒸镀有全反膜。本发明的钛宝石晶体的长度为4～20mm。本发明的上端面平面反射镜、下端面平面反射镜、导光反射镜、分束镜、半波片、拆叠角平面反射镜、光束引导反射镜、光束转向反射镜的镜面上真空蒸镀有高反膜。本发明的薄膜偏振片的表面真空蒸镀有反射膜。

本发明的聚焦透镜表面真空蒸镀的增透膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀3～5层。本发明的前凹面镜和后凹面镜镜面上真空蒸镀的全反膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀35～40层。本发明的上端面平面反射镜、下端面平面反射镜、导光反射镜、分束镜、半波片、拆叠角平面反射镜、光束引导反射镜、光束转向反射镜镜面上真空蒸镀的高反膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀28～35层。本发明的薄膜偏振片表面真空蒸镀的反射膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀20～27层。

本发明只采用了振荡器、放大器和压缩器，使得整个系统结构紧凑，通过改用长焦距的凹面镜，将放大器中的激光晶体离焦放置的办法有效的克服了光学损伤问题。它具有结构紧凑、性能稳定、光束质量好、单程增益高等优点。可在激光超精细加工、三维光存储、激光医学等方面推广使用。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在图1中，本实施例的无展宽器的高重复率钛宝石啁啾脉冲再生放大器是由绿光泵浦源1、聚焦透镜2、前凹面镜3、钛宝石晶体4、后凹面镜5、上端面平面反射镜6、薄膜偏振片7、下端面平面反射镜8、普克尔盒9、输出棱镜10、导光反射镜11、汇聚棱镜12、准直色散棱镜13、色散棱镜14、分束镜15、普克尔盒控制电源16、半波片17、拆叠角平面反射镜18、隔离器19、光电转换器20、光束引导反射镜21、光束转向反射镜22、钛宝石振荡器23、安装板24联接构成。

在安装板24上第一条水平光轴方向的一侧安装有绿光泵浦源1、另一侧安装有后凹面镜5，绿光泵浦源1的波长为520～540nm，重复频率1～5000Hz，单脉冲能量1～3mJ，绿光泵浦源1为本发明提供绿光泵浦激光源，后凹面镜5与第一条水平光轴方向的反向成15°的夹角，后凹面镜5的曲率半径为350mm，在后凹面镜5的镜面上真空蒸镀有全反膜，全反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀38层。在安装板24上第一条水平光轴方向绿光泵浦源1的内侧安装有聚焦透镜2、后凹面镜5的内侧设置有钛宝石晶体4，聚焦透镜2的曲率半径为300mm，在聚焦透镜2的镜面上真空蒸镀有增透膜，增透膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀4层，钛宝石晶体4的长度为12mm，钛宝石晶体4用于放大光脉冲的增益介质。在安装板24上第一条水平光轴方向聚焦透镜2与钛宝石晶体4之间安装有前凹面镜3，前凹面镜3的曲率半径为350mm，在前凹面镜3的镜面上真空蒸镀有全反膜，全反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀38层。

在安装板24上第二条水平光轴方向的一侧安装有拆叠角平面反射镜18、另一侧安装有下端面平面反射镜8，拆叠角平面反射镜18的入射光线与第二条水平光轴的正向夹角为15°，下端面平面反射镜8与第二条水平光轴的负向夹角为90°，在拆叠角平面反射镜18、下端面平面反射镜8的镜面上真空蒸镀有高反膜，高反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀32层。在安装板24上第二条水平光轴方向拆叠角平面反射镜18内侧安装有薄膜偏振片7、下端面平面反射镜8的内侧安装有普克尔盒9，薄膜偏振片7与第二条水平光轴正向的夹角β为-147.5°，薄膜偏振片7表面真空蒸镀有反射膜，反射膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀24层，薄膜偏振片7将种子光反射到由前凹面镜3、后凹面镜5、上端面平面反射镜6、下端面平面反射镜8、拆叠角平面反射镜18构成的再生放大腔中进行放大。普克尔盒9用于注入被放大的种子光和输出放大的光脉冲。

在安装板24上第三条水平光轴方向的一侧安装有光束引导反射镜21、另一侧安装有导光反射镜11，光束引导反射镜21与第三条水平光轴正向的夹角为135°，导光反射镜11与第三条水平光轴负向的夹角为135°，导光反射镜11和光束引导反射镜21的表面真空蒸镀有高反膜，高反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀32层。在安装板24上第三条水平光轴方向光束引导反射镜21的内侧安装有隔离器19、导光反射镜11的内侧安装有分束镜15，分束镜15的表面真空蒸镀有高反膜，高反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀32层。在安装板24上第三条水平光轴方向隔离器19与分束镜15之间安装有半波片17，半波片17表面真空蒸镀有高反膜，高反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀32层。

在安装板24上安装有上端面平面反射镜6，上端面平面反射镜6反射光线与水平光轴方向正向夹角α为6°，上端面平面反射镜6的表面真空蒸镀有高反膜，高反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀32层。在安装板24上分束镜15的反射光线与第三条水平光轴方向正向夹角γ为-35°的方向安装有色散棱镜14，在安装板24上安装有准直色散棱镜13、汇聚棱镜12、输出棱镜10，色散棱镜14、准直色散棱镜13、汇聚棱镜12、输出棱镜10为60°的近红外石英棱镜，色散棱镜14、准直色散棱镜13、汇聚棱镜12、输出棱镜10棱镜组光束以布儒斯特角入射，色散棱镜14与准直色散棱镜13的距离为85cm，汇聚棱镜12与准直色散棱镜13的距离为18cm，汇聚棱镜12与输出棱镜10的距离为85cm。在安装板24上分束镜2 1的垂直光轴方向上安装有光束转向反射镜22、下安装有光电转换器20，光束转向反射镜22与垂直光轴的负向夹角为45°，光束转向反射镜22的表面真空蒸镀有高反膜，高反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀32层，光电转换器20将所接收分束镜21的光转换成电信号输出。在安装板24上与光束转向反射镜22水平光轴方向的负向安装有钛宝石振荡器23，钛宝石振荡器23的频率为70～110MMHz，脉冲宽度小于200飞秒，平均功率大于300mW，宝石振荡器23是另外一个激光器。在安装板24上还安装有普克尔盒控制电源16，普克尔盒控制电源16通过电缆与绿光泵浦源1、普克尔盒9、光电转换器20相连接，普克尔盒控制电源16将80MHz的频率变为1KHz的电信号，再将1KHz的电信号分为三路，一路用来触发绿光泵浦源1，另一路加上可变延迟连接在普克尔盒9上，触发种子注入的时间，第三路加上可变延迟连接在普克尔盒9上，用来触发腔倒空的时间。

实施例2

在本实施例中，聚焦透镜2的曲率半径为200mm，聚焦透镜2表面真空蒸镀的增透膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀3层。后凹面镜5与第一条水平光轴方向的反向成10°的夹角，前凹面镜3和后凹面镜5镜的曲率半径为100mm，前凹面镜3和后凹面镜5镜面上真空蒸镀的全反膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀35层。钛宝石晶体4的长度为4mm。拆叠角平面反射镜18的入射光线与第二条水平光轴正向的夹角为10°，上端面平面反射镜6、下端面平面反射镜8、导光反射镜11、分束镜15、半波片17、拆叠角平面反射镜18、光束引导反射镜21、光束转向反射镜22镜面上真空蒸镀的高反膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀28层。薄膜偏振片7表面真空蒸镀的反射膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀20层。上端面平面反射镜6反射光线与水平光轴方向正向夹角α为5°。色散棱镜14安装在分束镜15的反射线与第三条水平光轴方向的正向夹角γ为-25°的方向上。色散棱镜14、准直色散棱镜13、汇聚棱镜12、输出棱镜10棱镜组光束以布儒斯特角入射，色散棱镜14与准直色散棱镜13的距离为70cm，汇聚棱镜12与准直色散棱镜13的距离为15cm，汇聚棱镜12与输出棱镜10的距离为70cm。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例3

在本实施例中，聚焦透镜2的曲率半径为400mm，聚焦透镜2表面真空蒸镀的增透膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀5层。后凹面镜5与第一条水平光轴方向的反向成20°的夹角，前凹面镜3和后凹面镜5镜的曲率半径为600mm，前凹面镜3和后凹面镜5镜面上真空蒸镀的全反膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀40层。钛宝石晶体4的长度为20mm。拆叠角平面反射镜18的入射光线与第二条水平光轴正向的夹角为20°，上端面平面反射镜6、下端面平面反射镜8、导光反射镜11、分束镜15、半波片17、拆叠角平面反射镜18、光束引导反射镜21、光束转向反射镜22镜面上真空蒸镀的高反膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀35层。薄膜偏振片7表面真空蒸镀的反射膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀27层。上端面平面反射镜6反射光线与水平光轴方向正向夹角α为7°。色散棱镜14安装在分束镜15的反射线与第三条水平光轴方向的正向夹角γ为-45°的方向上，色散棱镜14、准直色散棱镜13、汇聚棱镜12、输出棱镜10棱镜组光束以布儒斯特角入射，色散棱镜14与准直色散棱镜13的距离为100cm，汇聚棱镜12与准直色散棱镜13的距离为20cm，汇聚棱镜12与输出棱镜10的距离为100cm。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

本发明的工作原理如下：

将钛宝石振荡器23输出的70飞秒的种子光经过光束转向光束转向反射镜22到光束引导反射镜21上，将种子光分为两束了10％的透射光用光电转换器20接收，转换成电信号，传给普克尔盒控制电源16，普克尔盒控制电源16将80MHz的频率变为1KHz的电信号，再将1KHz的电信号分为三路，一路用来触发绿光泵浦源1，另一路加上可变延迟连接在普克尔盒9上，触发种子注入的时间，第三路加上可变延迟连接在普克尔盒9上，用来触发腔倒空的时间。经过光束引导反射镜21的反射光，90％被反射到隔离器19和半波片17，隔离器19和半波片17将种子光的偏振方向由水平偏振转换成垂直偏振，再经过分束镜15，10％的光通过导光反射镜11，直接入射到薄膜偏振片7上，薄膜偏振片7将种子光反射到由前凹面镜3、后凹面镜5、上端面平面反射镜6、下端面平面反射镜8、拆叠角平面反射镜18构成的再生放大腔中进行放大。绿光泵浦源1输出的光束，经过聚焦透镜2聚焦到钛宝石晶体4中间。当绿光泵浦源1输出的脉冲激光使钛宝石晶体4达到粒子束反转时，普克尔盒控制电源16为普克尔盒9加1/4电压，种子光开始在再生放大腔内振荡。当种子光被放大到最大时，普克尔盒控制电源16给普克尔盒9加半波电压，再生放大腔内不能形成激光振荡，放大光经过薄膜偏振片7倒出，再经过导光反射镜11反射到分束镜15上，通过分束镜15，90％的皮秒放大光被输出。皮秒光经过色散棱镜14、准直固定色散棱镜13、汇聚棱镜12、输出棱镜10、将放大脉冲压缩到100区秒左右近高斯极限输出。

Claims (3)

1、一种无展宽器的高重复率钛宝石啁啾脉冲再生放大器，其特征在于：在安装板[24]上第一条水平光轴方向的一侧设置有绿光泵浦源[1]、另一侧设置有后凹面镜[5]，后凹面镜[5]与第一条水平光轴方向的反向成10°～20°的夹角，在安装板[24]上第一条水平光轴方向绿光泵浦源[1]的内侧设置有聚焦透镜[2]、后凹面镜[5]的内侧设置有钛宝石晶体[4]，在安装板[24]上第一条水平光轴方向聚焦透镜[2]与钛宝石晶体[4]之间设置有前凹面镜[3]；在安装板[24]上第二条水平光轴方向的一侧设置有拆叠角平面反射镜[18]、另一侧设置有下端面平面反射镜[8]，拆叠角平面反射镜[18]的入射光线与第二条水平光轴正向的夹角为10°～20°，在安装板[24]上第二条水平光轴方向拆叠角平面反射镜[18]内侧设置有薄膜偏振片[7]、下端面平面反射镜[8]的内侧设置有普克尔盒[9]，薄膜偏振片[7]与第二条水平光轴正向的夹角β为-147.5°；在安装板[24]上第三条水平光轴方向的一侧设置有光束引导反射镜[21]、另一侧设置有导光反射镜[11]，光束引导反射镜[21]与第三条水平光轴正向的夹角为135°，导光反射镜[11]与第三条水平光轴负向的夹角为135°，在安装板[24]上第三条水平光轴方向光束引导反射镜[21]的内侧设置有隔离器[19]、导光反射镜[11]的内侧设置有分束镜[15]，在安装板[24]上第三条水平光轴方向隔离器[19]与分束镜[15]之间设置有半波片[17]；在安装板[24]上设置有上端面平面反射镜[6]，上端面平面反射镜[6]的反射光线与水平光轴方向正向夹角α为5°～7°，在安装板[24]上分束镜[15]的反射光线与第三条水平光轴方向正向夹角γ为-25°～-45°的方向上设置有色散棱镜[14]，在安装板[24]上设置有汇聚棱镜[12]、准直色散棱镜[13]、输出棱镜[10]，色散棱镜[14]、准直色散棱镜[13]、汇聚棱镜[12]、输出棱镜[10]棱镜组光束以布儒斯特角入射，色散棱镜[14]与准直色散棱镜[13]的距离70～100cm，汇聚棱镜[12]与准直色散棱镜[13]的距离15～20cm，汇聚棱镜[12]与输出棱镜[10]棱镜的距离70～100cm，在安装板[24]上光束引导反射镜[21]的垂直光轴方向上设置有光束转向反射镜[22]、下设置有光电转换器[20]，光束转向反射镜[22]与水平光轴负向的夹角为45°，在安装板[24]上与光束转向反射镜[22]水平光轴方向的负向设置有钛宝石振荡器[23]，在安装板[24]上还设置有普克尔盒控制电源[16]，普克尔盒控制电源[16]通过电缆与绿光泵浦源[1]、普克尔盒[9]、光电转换器[20]相连接。

2、按照权利要求1所述的无展宽器的高重复率钛宝石啁啾脉冲再生放大器，其特征在于：所说的聚焦透镜[2]的曲率半径为200～400mm，在聚焦透镜[2]的表面真空蒸镀有增透膜；所说的前凹面镜[3]和后凹面镜[5]的曲率半径为100～600mm，在前凹面镜[3]和后凹面镜[5]的镜面上真空蒸镀有全反膜；所说的钛宝石晶体[4]的长度为4～20mm；所说的上端面平面反射镜[6]、下端面平面反射镜[8]、导光反射镜[11]、分束镜[15]、半波片[17]、拆叠角平面反射镜[18]、光束引导反射镜[21]、光束转向反射镜[22]的镜面上真空蒸镀有高反膜；所说的薄膜偏振片[7]的表面真空蒸镀有反射膜。

3、按照权利要求2所述的无展宽器的高重复率钛宝石啁啾脉冲再生放大器，其特征在于：所说聚焦透镜[2]表面真空蒸镀的增透膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀3～5层；所说前凹面镜[3]和后凹面镜[5]镜面上真空蒸镀的全反膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀35～40层；所说上端面平面反射镜[6]、下端面平面反射镜[8]、导光反射镜[11]、分束镜[15]、半波片[17]、拆叠角平面反射镜[18]、光束引导反射镜[21]、光束转向反射镜[22]镜面上真空蒸镀的高反膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀28～35层；所说薄膜偏振片[7]表面真空蒸镀的反射膜为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀20～27层。