CN208674587U - 薄片双脉宽输出激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种薄片双脉宽输出激光器，包括：飞秒激光器；偏振分光模块，用于将所述飞秒激光器输出的激光脉冲分为两路激光束；其中一路激光束依次通过第一反射镜、第一薄膜偏振片、第一法拉第旋光器、第一半波片及第一偏振片导入第一再生放大器内振荡放大后经第一色散光栅色散补偿后输出；另一路激光束通过第二啁啾体布拉格光栅展宽到2.7ps后，依次通过第二反射镜、第二薄膜偏振片、第二法拉第旋光器、第二半波片、以及第二偏振片导入第二再生放大器内振荡放大后经第二色散光栅色散补偿后输出。上述装置中能同时输出双脉宽激光。

Description

薄片双脉宽输出激光器

技术领域

本实用新型涉及一种薄片激光放大器，特别是涉及一种薄片双脉宽输出激光器。

背景技术

随着激光加工业的发展超快激光在工业、科研领域发挥着越来越重要的作用，对于一些形如泵浦探测以及LIBS的应用来说，需要使用预激光与靶物质进行作用，之后经过一定的延时后主激光再与其发生相互作用，这就对激光光源提出了一定的要求，需要其产生两种不同脉冲的激光脉冲输出，并且两者的延时可调。

常见的高功率皮秒激光放大器有INNOSLAB构型、棒状Nd:YVO4构型以及薄片构型，其基本的思路是首先固体或者光纤锁模激光器作为种子注入到后续放大器中，放大级采用再生或者行波放大的结构放大到100W或者更高的功率。飞秒激光器分为20-30fs以及300-900fs脉宽两种类型，前者对应的脉宽更窄需要采用增益带宽较宽的钛宝石作为增益介质，由于钛宝石一般为块状结构，其平均功率一般较低；而对于后者由于脉宽较宽，其对增益介质的增益带宽要求较低，一般可以采用Yb:YAG/Yb：KYW/Yb:KGW薄片晶体作为增益介质，虽然输出脉宽较宽但是输出的功率可以更高。对于双脉宽激光器，一种常见的做法是使用飞秒的种子源注入到飞秒放大器中，放大完再使用分束器将激光分为两路，接着对两束脉冲分别进行色散控制，从而获得两种脉冲宽度的输出。该方法一般产生的激光功率较低。

专利CN201075571Y提出了一种调q电路切换方案的双脉冲输出激光器，当使用长脉宽驱动电路时可以获得较长的调q脉冲输出，而且换到短脉宽驱动电路时则获得较短的调q脉冲输出。该方案可以获得几纳秒和几百纳秒两种脉宽的激光脉冲输出，但是不能同时输出两种脉宽的激光。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种能同时输出双脉宽的薄片双脉宽输出激光器。为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：

一种薄片双脉宽输出激光器，其特征在于，包括：

飞秒激光器；

偏振分光模块，用于将所述飞秒激光器输出的激光脉冲分为两路激光束；

其中一路激光束依次通过第一反射镜、第一薄膜偏振片、第一法拉第旋光器、第一半波片及第一偏振片导入第一再生放大器内振荡放大后经第一色散光栅色散补偿后输出百飞秒激光；另一路激光束通过第二啁啾体布拉格光栅展宽后，依次通过第二反射镜、第二薄膜偏振片、第二法拉第旋光器、第二半波片、以及第二偏振片导入第二再生放大器内振荡放大后经第二色散光栅色散补偿后输出皮秒激光。

在其中一个实施例中，所述第一再生放大器和所述第二再生放大器为驻波型再生放大器、行波再生放大器或行波放大器。

在其中一个实施例中，所述第一再生放大器均包括第一端镜、第一电光晶体、第一四分之一波片、所述第一偏振片、第三反射镜、第四反射镜、薄片增益模块、第五反射镜和第二端镜。

在其中一个实施例中，所述第二再生放大器均包括第三端镜、第二电光晶体、第二四分之一波片、所述第二偏振片、第六反射镜、第四端镜，所述第二再生放大器与所述第一再生放大器共用所述第四反射镜、所述薄片增益模块及所述第五反射镜。

在其中一个实施例中，所述薄片增益模块为Yb:YAG薄片晶体、Yb:KGW薄片晶体、Yb:KYW薄片晶体或钛宝石薄片晶体。

在其中一个实施例中，所述第一色散光栅和所述第二色散光栅为啁啾体布拉格光栅、CFBG、反射式金光栅或透射式介质膜光栅。

在其中一个实施例中，所述飞秒激光器的重复频率为10-100MHz，最高平均功率为5-50mW，脉冲宽度为100-800fs，中心波长为1030nm。

在上述薄片双脉宽输出激光器中，使用一台飞秒激光器通过偏振分光模块分为两路，其中一路进行脉冲展宽，另外一路保持脉宽不变。分束后的两束激光脉冲分别注入到对应的再生放大器中，两个再生放大器公用一块增益放大模块，二者通过入射到晶体的角度进行分离，放大后的脉冲分别通过色散控制模块对脉冲进行色散补偿，最终输出百飞秒和几个皮秒的双脉冲激光输出。

附图说明

图1为一实施方式的薄片双脉宽输出激光器结构示意图。

图中，1-飞秒激光器，2-偏振分光模块，3-啁啾体布拉格光栅，4-第二反射镜，5-第一反射镜，6-第二薄膜偏振片，7-第一薄膜偏振片，8-第二法拉第旋光器，9-第二半波片，10-第一法拉第旋光器，11-第一半波片，12-第二偏振片，13-第二四分之一波片，14-第二电光晶体，15-第三端镜，16-第一偏振片，17-第一四分之一波片，18-第一电光晶体，19-第一端镜，20-第六反射镜，21-第三反射镜，22-第四反射镜，23-薄片增益模块，24-第五反射镜，25-第四端镜，26-第二端镜，27-第二色散光栅，28-第一色散光栅。

具体实施方式

请参阅图1，本实用新型提供的一实施方式一种薄片双脉宽输出激光器，包括：飞秒激光器1；偏振分光模块2，用于将飞秒激光器1输出的激光脉冲分为两路激光束。其中一路激光束依次通过第一反射镜5、第一薄膜偏振片7、第一法拉第旋光器10、第一半波片11及第一偏振片16导入第一再生放大器内振荡放大后经第一色散光栅28色散补偿后输出；另一路激光束通过啁啾体布拉格光栅3展宽后，依次通过第二反射镜4、第二薄膜偏振片6、第二法拉第旋光器8、第二半波片9、以及第二偏振片12导入第二再生放大器内振荡放大后经第二色散光栅27色散补偿后输出。

在其中一个实施例中，飞秒激光器1的重复频率为10-100MHz，最高平均功率为5-50mW，脉冲宽度为100-800fs，中心波长为1030nm。

具体地，在其中一个实施例中，第一再生放大器和第二再生放大器为可以为图1所示的驻波型再生放大器，在其他实施例中，第一再生放大器和第二再生放大器也可以为行波再生放大器或行波放大器。

具体地，在其中一个实施例中，第一再生放大器均包括第一端镜19、第一电光晶体18、第一四分之一波片17、第一偏振片16、第三反射镜21、第四反射镜22、薄片增益模块23、第五反射镜24和第二端镜26。

具体地，在其中一个实施例中，第二再生放大器均包括第三端镜15、第二电光晶体14、第二四分之一波片13、第二偏振片12、第六反射镜20和第四端镜25，第二再生放大器与第一再生放大器共用第四反射镜22、薄片增益模块23及第五反射镜24。

具体地，在其中一个实施例中，薄片增益模块23可以为Yb:YAG薄片晶体、Yb:KGW薄片晶体、Yb:KYW薄片晶体或钛宝石薄片晶体等。

在其中一个实施例中，第一色散光栅28和第二色散光栅27可以为为啁啾体布拉格光栅、CFBG、反射式金光栅或透射式介质膜光栅。

一种如上所述的薄片双脉宽输出激光器的激光输出方法，包括：

从飞秒激光器1输出激光脉冲；

偏振分光模块2将激光脉冲分为两路激光束；

其中一路激光束依次通过第一反射镜5、第一薄膜偏振片7、第一法拉第旋光器10、第一半波片11及第一偏振片16导入第一再生放大器内振荡放大后经第一色散光栅28色散补偿后输出；

另一路激光束通过啁啾体布拉格光栅3展宽后，依次通过第二反射镜4、第二薄膜偏振片6、第二法拉第旋光器8、第二半波片9、以及第二偏振片12导入第二再生放大器内振荡放大后经第二色散光栅27色散补偿后输出。

具体地，在一实施方式中，使用第一色散光栅28对其进行色散补偿最终获得百飞秒脉冲输出，如350fs左右。

在一实施方式中，另一路激光束通过啁啾体布拉格光栅3展宽后为最终输出几个皮秒的双脉冲激光输出，如2.7ps左右。

具体地，在其中一个实施例中，通过第一再生放大器内振荡放大后经第一色散光栅色散28补偿后输出的具体过程可以为：

在第一电光晶体18两端未加电压情况下，其中一路激光束第一次往返第一电光晶体18；

然后激光束发生90度偏转，通过第一偏振片16反射进入薄片增益模块23；

接着在激光束再次抵达第一电光晶体18之前，在第一电光晶体18两端施加四分之一电压，激光束再往返一次第一偏振片16不发生变化，然后激光束会在第一再生放大器中持续振荡放大，当能量达到极大值时，撤去第一电光晶体18两端的电压，激光束依次透过第一偏振片16、第一半波片11、第一法拉第旋光器10和第一薄膜偏振片7，然后经第一色散光栅色散28进行色散补偿最终获得所需的激光输出。

具体地，在其中一个实施例中，通过第二再生放大器内振荡放大后经第二色散光栅色散补偿后输出的具体过程可以为：

另一路在第二电光晶体14两端未加电压情况下，另一路激光束第一次往返第二电光晶14；

然后激光束发生90度偏转，通过第二偏振片12反射进入薄片增益模块23；

在激光束再次抵达第二电光晶体14之前，在第二电光晶体14两端施加四分之一电压，激光束再往返一次第二偏振片12，然后激光束在第二再生放大器中持续振荡放大，当能量达到极大值时，撤去第二电光晶体14两端的电压，激光束依次透过第二偏振片12、第二半波片9、第二法拉第旋光器8和第二薄膜偏振片6，然后经第二色散光栅27色散进行色散补偿最终获得所需的激光输出。

方法中涉及的各个部件的具体结构及相关限定，与上述薄片双脉宽输出激光器中描述的一致，在此不再赘述。

在上述薄片双脉宽输出激光器及其激光输出方法中，使用一台飞秒激光器通过偏振分光模块分为两路，其中一路进行脉冲展宽，另外一路保持脉宽不变。分束后的两束激光脉冲分别注入到对应的再生放大器中，两个再生放大器公用一块增益放大模块，二者通过入射到晶体的角度进行分离，放大后的脉冲分别通过色散控制模块对脉冲进行色散补偿，最终输出百飞秒和几个皮秒的双脉冲激光输出。具体应用中，上述薄片双脉宽输出激光器结构紧凑，可以输出同一波长不同脉宽的两束激光，通过色散控制作为两个再生放大器的种子光源，放大后通过色散补偿分别获得2.7ps和350fs的两路激光输出。

以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种薄片双脉宽输出激光器，其特征在于，包括：

飞秒激光器；

偏振分光模块，用于将所述飞秒激光器输出的激光脉冲分为两路激光束；

其中一路激光束依次通过第一反射镜、第一薄膜偏振片、第一法拉第旋光器、第一半波片及第一偏振片导入第一再生放大器内振荡放大后经第一色散光栅色散补偿后输出百飞秒激光；另一路激光束通过第二啁啾体布拉格光栅展宽后，依次通过第二反射镜、第二薄膜偏振片、第二法拉第旋光器、第二半波片、以及第二偏振片导入第二再生放大器内振荡放大后经第二色散光栅色散补偿后输出皮秒激光。

2.根据权利要求1所述的薄片双脉宽输出激光器，其特征在于，所述第一再生放大器和所述第二再生放大器为驻波型再生放大器、行波再生放大器或行波放大器。

3.根据权利要求1所述的薄片双脉宽输出激光器，其特征在于，所述第一再生放大器均包括第一端镜、第一电光晶体、第一四分之一波片、所述第一偏振片、第三反射镜、第四反射镜、薄片增益模块、第五反射镜和第二端镜。

4.根据权利要求3所述的薄片双脉宽输出激光器，其特征在于，所述第二再生放大器均包括第三端镜、第二电光晶体、第二四分之一波片、所述第二偏振片、第六反射镜、第四端镜，所述第二再生放大器与所述第一再生放大器共用所述第四反射镜、所述薄片增益模块及所述第五反射镜。

5.根据权利要求1所述的薄片双脉宽输出激光器，其特征在于，所述薄片增益模块为Yb:YAG薄片晶体、Yb:KGW薄片晶体、Yb:KYW薄片晶体或钛宝石薄片晶体。

6.根据权利要求1所述的薄片双脉宽输出激光器，其特征在于，所述第一色散光栅和所述第二色散光栅为啁啾体布拉格光栅、CFBG、反射式金光栅或透射式介质膜光栅。

7.根据权利要求1所述的薄片双脉宽输出激光器，其特征在于，所述飞秒激光器的重复频率为10-100MHz，最高平均功率为5-50mW，脉冲宽度为100-800fs，中心波长为1030nm。