CN212277618U - 一种半导体可饱和吸收镜的换点装置及皮秒光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体可饱和吸收镜的换点装置及皮秒光纤激光器，属于激光技术领域，半导体可饱和吸收镜与聚焦镜设置在激光谐振腔内，换点装置包括安装底座、SESAM底座、螺杆以及可直线移动地安装在安装底座上的移动平台，SESAM底座可拆卸设置在移动平台上，SESAM底座上设有固定部以将半导体可饱和吸收镜固定在SESAM底座朝向聚焦镜的表面上，螺杆与移动平台水平螺接以驱动移动平台带动SESAM底座沿水平直线移动，使得半导体可饱和吸收镜沿聚焦镜出射的光束的垂直方向直线移动，以切换半导体可饱和吸收镜的工作点。本实用新型实施例提供的半导体可饱和吸收镜的换点装置能够大幅度提高半导体可饱和吸收镜的使用寿命，进而提高激光器的使用寿命。

Description

一种半导体可饱和吸收镜的换点装置及皮秒光纤激光器

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，特别涉及一种半导体可饱和吸收镜的换点装置及皮秒光纤激光器。

背景技术

超短脉冲激光、尤其是光纤型超短脉冲激光是激光学科的新领域，近年来逐渐发展出较为成熟的产品。由于超短激光脉冲具有峰值功率极高、几乎无热效应等独特性能，所以超短脉冲激光器在医疗、美容、工业精密加工、生物技术、物理技术、光谱学以及光通讯等领域得到越来越广泛的应用。

目前，取得超短脉冲种子信号的技术主要有：1)被动锁模技术；2)主动锁模技术；3)纳秒脉冲压缩技术。虽然各种技术的基础研究都在不断进展，利用半导体饱和吸收镜(SESAM，即Semiconductor Saturable Absorber Mirror)实现的被动锁模技术在产品中应用得最为广泛，也最为成熟。利用SESAM实现的被动锁模光纤激光器以光纤和半导体可饱和吸收镜的非线性效应作为锁模机制，锁模实现自主启动，激光器为全光纤构架，结构简单、集成度高、性能稳定、泵浦阈值小、响应时间短、插入损耗小，是当前最受欢迎的超短脉冲激光种子源。

然而，SESAM作为锁模光纤激光器的关键器件，由于其腔内非常小的光斑区域需承受非常高的峰值功率密度，导致镜片表面镀膜和吸收层很容易被打坏，使得SESAM的单点工作寿命比较短(设计得好的种子源单点寿命可达一千小时左右)，进而直接影响到激光器的性能和使用寿命，尽管通过改优化SESAM和激光器腔内参数可提升其使用寿命，但提升效果也非常有限。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种半导体可饱和吸收镜的换点装置及激光器，能够大幅提高半导体可饱和吸收镜的使用寿命，进而提高激光器的使用寿命。本实用新型提供的技术方案如下：

第一方面，提供了一种半导体可饱和吸收镜的换点装置，所述半导体可饱和吸收镜与聚焦镜设置在激光谐振腔内，所述换点装置包括安装底座、SESAM底座、螺杆以及可直线移动地安装在所述安装底座上的移动平台；

所述SESAM底座可拆卸设置在所述移动平台上，所述SESAM底座上设有固定部以将所述半导体可饱和吸收镜固定在所述SESAM底座朝向所述聚焦镜的表面上；

所述螺杆与所述移动平台水平螺接以驱动所述移动平台带动所述SESAM底座沿水平直线移动，使得所述半导体可饱和吸收镜沿所述聚焦镜出射的光束的垂直方向直线移动，以切换所述半导体可饱和吸收镜的工作点。

进一步地，所述螺杆的螺距取值范围是[0.3，0.5]毫米，所述螺杆转动一圈的预设步数为200，所述螺杆驱动所述移动平台移动的移动步长取值范围是[1.5，2.5]微米。

进一步地，所述SESAM底座包括上底板和下底板，所述下底板的前端的前表面设置有所述半导体可饱和吸收镜，所述下底板的后端的后表面设置有调节螺钉，所述上底板通过第一螺钉组件穿过所述下底板的后端上的过孔后固定在所述移动平台的后端，所述下底板的前端通过第二螺钉组件不完全固定在所述移动平台的前端，当通过所述调节螺钉驱动所述下底板相对于所述上底板在所述移动平台上水平转动以使得所述半导体可饱和吸收镜的表面平行于所述移动平台的移动方向时，所述下底板的前端通过在所述第二螺钉组件被旋紧后完全固定在所述移动平台的前端。

进一步地，所述SESAM底座上设置有一贯通孔，所述贯通孔包括第一端口和朝向所述聚焦镜的第二端口，所述固定部通过在所述第一端口上设置抽真空接头，并在所述半导体可饱和吸收镜真空吸附到所述第二端口时通过在所述半导体可饱和吸收镜与所述第二端口之间设置粘胶层而形成。

优选地，所述粘胶层为环氧胶层。

进一步地，所述换点装置还包括设置在所述SESAM底座上的位置传感器。

进一步地，所述换点装置还包括与所述螺杆的自由端相连接的步进电机。

进一步地，所述螺杆的自由端通过一联轴器与所述步进电机相连接。

第二方面，提供了一种皮秒光纤激光器，包括激光谐振腔，所述激光谐振腔内设有反射镜、增益光纤、波分合成器、分光器、聚焦镜以及半导体可饱和吸收镜；

所述分光器内包含偏振器，所述分光器的一端口与所述聚焦镜连接，所述分光器的另一端口与所述波分合成器的信号端口连接，所述波分合成器的泵浦端口与泵浦激光二极管连接，所述波分合成器的泵浦和信号共用端口与所述增益光纤的一端连接，所述增益光纤的另一端与所述反射镜连接；

其中，所述半导体可饱和吸收镜设置在如第一方面任一所述的半导体可饱和吸收镜的换点装置上。

进一步地，所述反射镜为光纤布拉格光栅。

进一步地，所述泵浦激光二极管为单模光纤耦合输出的纳米激光二极管。

本实用新型提供的技术方案具有如下有益效果：

半导体可饱和吸收镜的换点装置通过设置螺杆与移动平台水平螺接以驱动移动平台带动SESAM底座沿水平直线移动，使得半导体可饱和吸收镜沿聚焦镜出射的光束的垂直方向直线移动，以切换半导体可饱和吸收镜的工作点,由此通过更换半导体可饱和吸收镜的工作点，能够大幅度提高半导体可饱和吸收镜的使用寿命，进而提高激光器的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种半导体可饱和吸收镜的换点装置的结构图；

图2为本实用新型的另一种半导体可饱和吸收镜的换点装置的结构图；

图3为本实用新型的半导体可饱和吸收镜的换点装置的固定部形成示意图；

图4为本实用新型的半导体可饱和吸收镜的机械准直调节的示意图；

图5为本实用新型的半导体可饱和吸收镜的光学准直调节的示意图；

图6是本实用新型提供的一种皮秒光纤激光器的结构示意图；

附图标记：

101-安装底座；102-SESAM底座；103-螺杆；104-移动平台；105-半导体可饱和吸收镜；106-聚焦镜；107-抽真空接头；108-第一螺钉组件；109-第二螺钉组件；110-步进电机；111-联轴器；112-位置传感器；113-金属垫板；114-深度千分卡尺；201-反射镜；202-增益光纤；203-波分合成器；204-分光器；205-泵浦二极管；206-光纤隔离器；207-保偏隔离器；208-前向输出端口；209-后向输出端口；1021-上底板；1022-下底板；1023-调节螺钉；1024-第一端口；1025-第二端口。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

本实用新型实施例提供一种半导体可饱和吸收镜的换点装置，半导体可饱和吸收镜SESAM与聚焦镜设置在皮秒光纤激光器的激光谐振腔内，半导体可饱和吸收镜可以设置在该换点装置上，通过该换点装置实现切换半导体可饱和吸收镜的工作点，从而能够大幅度提高半导体可饱和吸收镜的使用寿命，进而提高激光器的使用寿命。

参照图1所示，该换点装置包括安装底座101、SESAM底座102、螺杆103以及可直线移动地安装在安装底座101上的移动平台104，SESAM底座102可拆卸设置在移动平台104上，SESAM底座102上设有固定部(图中未标号)以将半导体可饱和吸收镜105固定在SESAM底座102朝向聚焦镜106的表面上，螺杆103与移动平台104水平螺接以驱动移动平台104带动SESAM底座102沿水平直线移动，使得半导体可饱和吸收镜105沿聚焦镜106出射的光束的垂直方向直线移动，以切换半导体可饱和吸收镜105的工作点。

本实施例中，半导体可饱和吸收镜设置在SESAM底座的前表面，且半导体可饱和吸收镜的表面与聚焦镜出射的光束相垂直。SESAM底座通过螺钉可拆卸安装在移动平台上。螺杆设置在移动平台的一侧，螺杆与移动平台之间的配合结构可以采用类似于现有技术中的丝杠与丝杠螺母的配合形式，螺杆可以为微测螺杆。在螺杆被转动到指定位置的过程中，螺杆可以驱动移动平台沿水平直线移动，带动SESAM底座沿水平直线移动，使得固定在SESAM底座上的半导体可饱和吸收镜沿聚焦镜出射的光束的垂直方向直线移动，以完成切换半导体可饱和吸收镜的工作点。

进一步地，螺杆的螺距取值范围是[0.3，0.5]毫米，螺杆转动一圈的预设步数为200，螺杆驱动移动平台移动的移动步长取值范围是[1.5，2.5]微米。

本实施例中，对螺杆转动一圈的移动量进行预设步数的多等分，将螺杆的螺距除以预设步数可以计算得到螺杆转动每一步所对应的水平移动量。在实际应用中，半导体可饱和吸收镜表面工作点每次换点时移动距离约为25微米，取值范围是[1.5，2.5]微米的移动步长可以充分保证移动的精度。移动平台的移动总行程可达4毫米，而半导体可饱和吸收镜的宽度通常为1毫米至1.5毫米，可见，移动平台对大多数的半导体可饱和吸收镜有充分的移动余地；另外，在需要时还可以使用宽度更长的半导体可饱和吸收镜，以得到更多可换的工作点。按此方式，一个可工作距离为1毫米的半导体可饱和吸收镜可以有约40个工作点，每个工作点的正常工作寿命达到500至1500小时，通过换点装置的换点操作可以使半导体可饱和吸收镜的总工作寿命达20000小时以上。

进一步地，参照图1至图2所示，SESAM底座102包括上底板1021和下底板1022，下底板1022的前端的前表面设置有半导体可饱和吸收镜105，下底板1022的后端的后表面设置有调节螺钉1023，上底板1021通过第一螺钉组件108穿过下底板1022的后端上的过孔后固定在移动平台104的后端，下底板1022的前端通过第二螺钉组件109不完全固定在移动平台104的前端，当通过调节螺钉1023驱动下底板1022相对于上底板1021在移动平台104上水平转动以使得半导体可饱和吸收镜105的表面平行于移动平台104的移动方向时，下底板1022的前端通过在第二螺钉组件109被旋紧后完全固定在移动平台104的前端。

具体地，下底板1022中间位置设置有一U型槽，该U型槽将下底板1022分成前后两端，上底板1021设置在下底板1022的后端上。其中，下底板的后端开设两个过孔，上底板开设两个螺钉孔，下底板后端上的每个过孔的直径均大于上底板上的螺钉孔的直径，下底板的前端开设两个螺钉孔。在将SESAM底座的上底板和下底板安装到移动平台上时，首先将下底板放置在移动平台的上表面，然后将上底板放置在下底板后端的上表面，再把后排的两个螺钉对应穿过上底板的两个螺钉孔以及下底板后端上的两个过孔后，通过锁紧螺钉将上底板固定在移动平台的后端上，而穿过下底板前端的两个螺钉孔的两个螺钉并不锁紧，此时下底板贴有半导体可饱和吸收镜的前表面可以相对上底板在移动平台的水平面上转动。当把下底板的前表面调节到与移动平台的移动方向完全平行后，再把下底板前端上的两个螺钉锁紧。可见，SESAM底座的设计结构使半导体可饱和吸收镜的表面与移动平台移动方向之间的平行度是可调节的。调节是通过半导体可饱和吸收镜的表面相对于平台移动方向的转动予以实现，它们之间的夹角可以用下底板后端的后表面上的调节螺钉的推拉加以改变。当SESAM底座的固定部分固定在移动平台上后表面时，这个夹角的改变就使SESAM底座前表面与移动平台移动方向之间的夹角随之改变。由于半导体可饱和吸收镜的表面与SESAM底座前表面的平行度能控制在每毫米2微米以内，所以把SESAM底座的表面与移动平台的移动方向之间的平行度调节好后，在绝大多数情况下，半导体可饱和吸收镜SESAM的表面与移动平台的移动方向之间的平行度也就能达到要求了，这为种子激光器的准直调节带来了方便。

进一步地，参照图3所示，SESAM底座102上设置有一贯通孔(图中未标号)，该贯通孔包括第一端口1024和朝向聚焦镜106的第二端口1025，固定部通过在第一端口1024上设置抽真空接头107，并在半导体可饱和吸收镜105真空吸附到第二端口1025时通过在半导体可饱和吸收镜105与第二端口1025之间设置粘胶层而形成。优选地，粘胶层为环氧胶层。

本实施例中，通过在SESAM底座上设置一贯通孔，其第一端口可以设置在SESAM底座的前端上表面，可便于安装抽真空接头以用于对贯通孔的内部进行抽真空，其第二端口可以设置在SESAM底板的前表面的中间位置，以便通过第二端口为半导体可饱和吸收镜指示准确的固定位置。在对半导体可饱和吸收镜进行上胶和固化过程中，将半导体可饱和吸收镜贴紧在SESAM底座朝向聚焦镜的表面，同时通过抽真空接头用真空泵将半导体可饱和吸收镜稳定地吸在SESAM底座的前表面上，能够保证贴面的平整性，并能够保证上胶的稳定性。

进一步地，继续参照图2所示，换点装置还包括与螺杆103的自由端相连接的步进电机110。

本实施例中，通过步进电机和螺杆相互配合，当步进电机110驱动螺杆103转动时，螺杆103驱动移动平台104沿水平直线移动，带动移动平台104上的SESAM底座102沿水平直线移动，可使动力平稳地输出给移动平台，且控制精度高。

进一步地，继续参照图2所示，螺杆103的自由端通过一联轴器111与步进电机110相连接。其中，安装底座101包括安装底板1101和固定连接于安装底板1101的安装侧板1102，安装侧板1102设有用于供联轴器111穿过的开口。

本实施例中，可以采用活性的连轴器对步进电机与螺纹连接在移动平台上的螺杆进行联结，从而能够补偿步进电机和移动平台在机械安装时的误差；此外，考虑到实际应用中，步进电机和移动平台的机械尺寸可能不同，可以使用金属垫板113将步进电机110与移动平台104螺纹连接的螺杆102调整到相同高度，从而保证在102步进电机的驱动下，螺杆103带动移动平台104沿水平直线移动。

进一步地，继续参照图1至图2所示，换点装置还包括设置在SESAM底座102上的位置传感器112。

本实施例中，位置传感器还可以与控制器电连接，该控制器为PLC控制器，位置传感器可以对移动平台上的SESAM底座的位置进行检测，并将检测到的位置数据发送给控制器，以使控制器根据位置传感器检测到的位置数据控制步进电机驱动螺杆以带动移动平台移动至相对于参考位置点的位置。

需要说明的是，上述实施例中为便于清楚描述半导体可饱和吸收镜的换点装置的结构，对于激光脉冲的来源并未作限定，可以理解的是，只需要将产生激光的装置与本实用新型提供的装置位置安装好，使得激光脉冲可以经过聚焦镜的光束射到SESAM即可，而对于如何产生激光脉冲的过程不进行限定。

下面结合图4至图5来说明半导体可饱和吸收镜的准直调节方法。

其中，半导体可饱和吸收镜的准直调节方法可以包括：

步骤S1，将半导体可饱和吸收镜的表面与移动平台的移动方向之间的平行度调整到预设范围内；

步骤S2，将聚焦镜出射的光束与半导体可饱和吸收镜的表面进行准直，并调整半导体可饱和吸收镜的工作点工作在锁模状态。

进一步地，步骤S1可以用机械准直方法实现。

参照图4所示，半导体可饱和吸收镜105粘结到SESAM底座102的前表面后，用后排的第一螺钉组件108把SESAM底座102安装到移动平台104的移动平面上。把前排的第二螺钉组件109也安装好但不锁紧。把分辨率(读数精度)为1微米的深度千分卡尺114的测量针头顶在SESAM底座102的前表面上并把卡尺固定。然后，转动移动平台104螺纹连接的螺杆103使移动平台104水平直线移动。观察深度千分卡尺114的读数在移动平台104带动SESAM底座102移动过程中的变化。如果SESAM底座表面与平台移动方向不平行，卡尺的读数在移动平台移动过程中就会变化。通过安装在SESAM底座102后表面上的调节螺钉1023以及SESAM底座102的前后两部分间的机械弹性可以调节SESAM底座102前表面与移动平台移动方向间的夹角，最后使卡尺的读数不随移动平台的移动而变化，此时，机械准直就已完成。最后把前排的第二螺钉组件109锁紧，使半导体可饱和吸收镜表面的移动方向固定。

本实施例中，通过使用深度千分表监测移动平台移动时的SESAM底座表面的纵向变化，就可以发现该SESAM底座表面与移动平台的移动轴是否平行。如果它们之间尚有残余夹角，可以用调节螺钉改变该夹角，然后再次进行测量。一般经若干次调节后，可以取得足够高的平行度。平行度达到要求后，SESAM底座的前端可以用螺钉固定在移动平台的前表面上。经过这个准直步骤后的半导体可饱和吸收镜SESAM一维可移动装配件满足如下要求：如果取SESAM表面某个点为参考点，然后让SESAM底座跟随移动平台的移动轴进行运动平移，在移动的每一个后续时刻，都会有该表面上另一个点准确地经过取定的参考点位置，而且经过参考点的所有后续点的表面法线方向都一样。因此，如果光束对其中一个点准直后，其准直状态在SESAM进行上述一维移动时维持不变。

进一步地，步骤S2可以用光学准直方法实现。

参照图5所示，移动平台104与半导体可饱和吸收镜105的机械准直完成后，可以调节入射光束的准直性与聚焦度。这时，需要把可移动的半导体可饱和吸收镜105与激光谐振腔内的聚焦镜106相连，并把谐振腔的泵浦功率增加至锁模的水平。聚焦镜需要用五维调节架工具控制，让入射光束对准半导体可饱和吸收镜表面的任何一个可工作位置，调整聚焦光束的方向和聚焦程度，使谐振腔达到最佳的锁模振荡。这时，谐振腔在半导体可饱和吸收镜的这个工作点的工作状态已调节好。为了检查半导体可饱和吸收镜的其它工作点是否也达到同样的准直条件(聚焦度)，需要把移动平台左右移动，观察激光谐振腔的锁模状态是否对半导体可饱和吸收镜表面在这一条直线上的所有点基本上相同(严格地说，是在规定的误差范围内)。如果误差超出期望的范围，除了可以重新进行机械准直来加以纠正外，还可以在光学准直过程中对SESAM底座的前表面水平转动角进行微小调节来予以纠正。当然，这个调节过程可能需要重复若干次才能取得最佳结果。

本实施例中，步骤S2是将聚焦器发出的光束与SESAM表面中心区域的某个点准直对齐，并调节间距实现锁模振荡。由于这个过程只要调节入射光束的方向和纵向距离，所以工艺比较容易。对这个点的锁模状态调整好后，可以让SESAM进行横向移动，检查SESAM表面的其他点的工作状态。如果发现明显偏差，还可以对SESAM底座的方向进行微小调整，使SESAM上所以工件点的工作状态达到一致。

实施例二

本实用新型提供一种皮秒光纤激光器，如图6所示，该皮秒光纤激光器包括由反射镜201、增益光纤202、波分合成器203、分光器204、聚焦镜106以及半导体可饱和吸收镜105组成激光线型谐振腔，腔外的辅助器件包括单模光纤输出的泵浦二极管205、光纤隔离器206以及保偏隔离器207，其中，半导体可饱和吸收镜105设置上述实施例一描述的SESAM换点装置上，皮秒光纤激光器可以为1微米波段皮秒脉冲锁模光纤激光器。

具体地，分光器204内包含偏振器，分光器204的一端口与聚焦镜106连接，分光器204的另一端口与波分合成器203的信号端口连接，波分合成器203的泵浦端口与泵浦激光二极管205连接，波分合成器203的泵浦和信号共用端口与增益光纤202的一端连接，增益光纤202的另一端与反射镜101连接。

通过分光器内的偏振器产生的光脉冲具有确定的线偏振状态，激光器的激光谐振腔实现基频锁模。其中，脉冲重复频率与腔的等效光纤长度有确定的简单关系为：

其中，v为重复频率，c为光速，L为谐振腔的等效光纤长度，n为光纤折射率。

通过基频锁模得到的重复频率可以从15MHz到80MHz左右。皮秒光脉冲在谐振腔内的放大由一段掺镱的增益光纤202(YDF)实现。激光谐振腔内含有一个波分合成器203(WDM)，通过波分合成器203可以把泵浦激光二极管205提供的泵浦能量传送给增益光纤202。波分合成器203在腔内的位置与方向使激光器可以用非保偏的泵浦半导体二极管作为泵浦源。

泵浦二极管205产生连续的976纳米泵浦激光，通过波分合成器203耦合进谐振腔，泵浦光开始时在掺镱的增益光纤202中产生光谱宽度较宽的荧光辐射(波长约从1020纳米到1070纳米以上)，并在增益的作用下逐渐被放大，这个受激辐射信号在反射镜201(反射谱宽度大约为0.7纳米)的滤波作用下和增益光纤202放大竞争作用下逐步变窄，信号功率集中在0.1纳米至0.2纳米的光谱范围内，转变成激光。连续的激光在饱和吸收镜的非线性作用下转变成脉冲，脉冲宽度也逐步得到压缩。当泵浦光达到某个阈值后，脉冲中各个频率成份间的相位被锁住，腔内形成锁模脉冲。

分光器204是谐振腔的输出耦合器，有两个输出端口，前向输出端口208和后向输出端口209。由于该器件包含一个偏振器，它又是谐振腔调的偏振选择器件，分光器204的输出耦合比例在10％至30％之间。脉冲信号通过分光器204时，按设定的比例耦合输出。因为前向耦合输出的脉冲能量比较大，所以通常把前向输出端口208作为种子源的输出信号端口，而把后向输出端口209输出的信号用于监控与系统内部处理。也因为这个原因，前向输出端口208的信号隔离器需要用保偏隔离器207，而后向输出端口则不需要，除非有特殊的要求。此外，为了避免光纤端面反射信号对激光振荡的干扰，反射镜的腔外端必须能隔离反射信号，可以用把端点处的光纤绕成小圈来进行隔离，也可以在后向输出端口209上再加一个光纤隔离器206。

反射镜201和半导体可饱和吸收镜105形成激光振荡器线型腔两端的反射器件。此外，反射镜201和半导体可饱和吸收镜105还组成锁模的关键器件：光谱带通滤波器和光学被动调制器，优选地，反射镜201为光纤布拉格光栅。

反射镜的光谱带宽和中心波长为控制种子激光器的中心波长与光谱宽度的主要因素。信号的光谱宽度与脉冲宽度的乘积接近著名的富利叶变换限制极限。当反射镜的光谱带宽为0.6nm至0.7nm时，产生的脉冲激光的光谱宽度约为0.12nm至0.14nm，相应的脉冲宽度约在10皮秒上下。反射镜对这个光谱范围的反射率接近100％。反射镜的腔外光纤的端点部分用盘绕成小圈(<1厘米)的方法做成光纤截止端，以防止干扰信号返回振荡腔内。

半导体可饱和吸收镜105形成谐振腔的另一个反射镜。同时，它是锁模形成的关键器件。其影响锁模性能的主要参数为调制深度、饱和能量密度和恢复时间常数。为了有利于锁模起振，可以提高入射光束的功率密度(即减小光斑尺寸)。但功率密度的提高可能会影响饱和吸收镜在这个工作点的工作寿命。为了兼顾锁模起振和保证半导体可饱和吸收镜的基本工作寿命的需要，把光束聚焦到半导体可饱和吸收镜的光束聚光器的输出光束的光腰直径在8至10微米。即光束在半导体可饱和吸收镜表面的光斑直径为8微米以上。这使得半导体可饱和吸收镜表面的一个工作点的正常工作寿命达到500至1500小时。

本实施例中，由于皮秒光纤激光器采用半导体可饱和吸收镜结合反射镜(布拉格光栅层或金属膜)共同使用，以半导体材料充当可饱和吸收体，形成线型的谐振腔，结构简单紧凑。这个结构使锁模的自起动可靠，脉冲信号稳定。该结构的设计允许使用非保偏(SM)的激光二极管作为泵浦，锁模激光输出的脉冲是线偏振信号，可以比一些其它的设计降低生产成本；另外，光束在半导体可饱和吸收镜上的工作点是可以沿直线移动的，且工作点的移动可由芯片控制，通过步进马达实现，使皮秒光纤激光器的整体寿命比单点寿命提高20倍以上。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本实用新型的可选实施例，在此不再一一赘述。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体可饱和吸收镜的换点装置，所述半导体可饱和吸收镜与聚焦镜设置在激光谐振腔内，其特征在于，所述换点装置包括安装底座、SESAM底座、螺杆以及可直线移动地安装在所述安装底座上的移动平台；

所述SESAM底座可拆卸设置在所述移动平台上，所述SESAM底座上设有固定部以将所述半导体可饱和吸收镜固定在所述SESAM底座朝向所述聚焦镜的表面上；

所述螺杆与所述移动平台水平螺接以驱动所述移动平台带动所述SESAM底座沿水平直线移动，使得所述半导体可饱和吸收镜沿所述聚焦镜出射的光束的垂直方向直线移动，以切换所述半导体可饱和吸收镜的工作点。

2.根据权利要求1所述的半导体可饱和吸收镜的换点装置，其特征在于，所述螺杆的螺距取值范围是[0.3，0.5]毫米，所述螺杆转动一圈的预设步数为200，所述螺杆驱动所述移动平台移动的移动步长取值范围是[1.5，2.5]微米。

3.根据权利要求1所述的半导体可饱和吸收镜的换点装置，其特征在于，所述SESAM底座包括上底板和下底板，所述下底板的前端的前表面设置有所述半导体可饱和吸收镜，所述下底板的后端的后表面设置有调节螺钉，所述上底板通过第一螺钉组件穿过所述下底板的后端上的过孔后固定在所述移动平台的后端，所述下底板的前端通过第二螺钉组件不完全固定在所述移动平台的前端，当通过所述调节螺钉驱动所述下底板相对于所述上底板在所述移动平台上水平转动以使得所述半导体可饱和吸收镜的表面平行于所述移动平台的移动方向时，所述下底板的前端通过在所述第二螺钉组件被旋紧后完全固定在所述移动平台的前端。

4.根据权利要求1至3任一所述的半导体可饱和吸收镜的换点装置，其特征在于，所述SESAM底座上设置有一贯通孔，所述贯通孔包括第一端口和朝向所述聚焦镜的第二端口，所述固定部通过在所述第一端口上设置抽真空接头，并在所述半导体可饱和吸收镜真空吸附到所述第二端口时通过在所述半导体可饱和吸收镜与所述第二端口之间设置粘胶层而形成。

5.根据权利要求1所述的半导体可饱和吸收镜的换点装置，其特征在于，所述换点装置还包括设置在所述SESAM底座上的位置传感器。

6.根据权利要求1或5所述的半导体可饱和吸收镜的换点装置，其特征在于，所述换点装置还包括与所述螺杆的自由端相连接的步进电机。

7.根据权利要求6所述的半导体可饱和吸收镜的换点装置，其特征在于，所述螺杆的自由端通过一联轴器与所述步进电机相连接。

8.一种皮秒光纤激光器，其特征在于，包括激光谐振腔，所述激光谐振腔内设有反射镜、增益光纤、波分合成器、分光器、聚焦镜以及半导体可饱和吸收镜；

所述分光器内包含偏振器，所述分光器的一端口与所述聚焦镜连接，所述分光器的另一端口与所述波分合成器的信号端口连接，所述波分合成器的泵浦端口与泵浦激光二极管连接，所述波分合成器的泵浦和信号共用端口与所述增益光纤的一端连接，所述增益光纤的另一端与所述反射镜连接；

其中，所述半导体可饱和吸收镜设置在如权利要求1至7任一所述的半导体可饱和吸收镜的换点装置上。

9.根据权利要求8所述的皮秒光纤激光器，其特征在于，所述反射镜为光纤布拉格光栅。

10.根据权利要求8所述的皮秒光纤激光器，其特征在于，所述泵浦激光二极管为单模光纤耦合输出的纳米激光二极管。

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