CN218828405U - 一种皮秒种子激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种皮秒种子激光器，包括壳体和设置在壳体内的半导体激光器光纤耦合模块、准直镜、聚焦镜、键合晶体、分光镜、反射镜、扩束镜和隔离器，半导体激光器光纤耦合模块作为种子源；准直镜设置在半导体激光器光纤耦合模块左侧；聚焦镜设置在准直镜左侧；键合晶体设置在聚焦镜左侧，准直镜和聚焦镜将平行光进行光束整形，使整形后的光束以特定的角度和位置进入键合晶体，在键合晶体内部形成焦点；分光镜设置在键合晶体左侧；反射镜设置在分光镜上方；扩束镜设置在反射镜右侧；隔离器设置在扩束镜内部，保证激光的单向通过。提高了激光器的空间利用率和产品的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型属于激光器技术领域，特别涉及一种皮秒种子激光器。
背景技术
皮秒固体激光器由于峰值功率高、脉宽窄，所以经常应用于医疗、美容、科研等领域，皮秒固体激光器同城的做法是把皮秒量级的种子源利用Mopa放大技术进行能量放大，而种子源的光束质量、脉宽、光斑等因素直接影响放大后激光的输出状态，所以种子源的性能直接影响整个激光器的可靠性和稳定性。
由于皮秒量级固体激光器的峰值功率很高，光学系统中如果存在很严重的“自激振荡“或者“回返光”，不仅容易损伤光学元件，而且还有可能会损伤种子的工作物质、泵浦源等。一般的做法是在种子之后加入光隔离器，然后利用扩束镜将种子光斑放大，随后进入Mopa放大器，但是光隔离器造价较高，并且光隔离器中的磁光晶体非常容易损坏，这也是皮秒固体激光器不稳定容易出问题的原因。
实用新型内容
针对上述存在的问题，本实用新型的目的是提供一种皮秒种子激光器，将隔离器做简化设计，在保证偏振光单向通过的同时，减少了体积和制造成本，并且与扩束系统进行了集成，提高了空间利用率和产品的稳定性。
本实用新型的技术方案是：一种皮秒种子激光器，包括壳体和设置在所述壳体内的：
半导体激光器光纤耦合模块，作为种子源，所述半导体激光器光纤耦合模块产生中心波长为808nm的泵浦光；
准直镜，设置在所述半导体激光器光纤耦合模块左侧，使所述泵浦光变成平行光；
聚焦镜，设置在所述准直镜左侧；
键合晶体，设置在所述聚焦镜左侧，所述准直镜和聚焦镜将所述平行光进行光束整形，使整形后的光束以特定的角度和位置进入所述键合晶体，在键合晶体内部形成焦点，并产生水平偏振的1064nm激光；
分光镜，设置在所述键合晶体左侧，所述分光镜将808nm的泵浦光与1064nm的激光分开；
反射镜，设置在所述分光镜上方，且位于所述1064nm激光的光路上；
扩束镜，设置在所述反射镜右侧；
隔离器，设置在所述扩束镜内部，保证激光的单向通过，所述隔离器包括偏振片和1/4波片，所述偏振片位于所述1/4波片左侧。
进一步地，所述扩束镜包括分别位于所述隔离器的两侧的扩束镜凹镜与扩束镜凸镜，所述扩束镜凹镜位于所述扩束镜凸镜的左侧，扩束镜凹镜的作用是将激光进行发散，使其光斑变大，扩束镜凸镜的作用是将激光的发散角变小，使其变为平行光输出，通过扩束镜凹镜和扩束镜凸镜的组合就可以改变激光光斑大小的目的，而扩束镜凹镜和扩束镜凸镜之间存在一定的传输距离，放置反射镜在保证了传输距离的同时，又保证了光束转向的功能，即节省了空间，又提高了空间利用率。
进一步地，所述键合晶体是由Nd:YAG与Cr4+:YAG材料键合生长而成。
进一步地，所述准直镜与聚焦镜的焦距为f＝10～40nm。
进一步地，所述扩束镜凹镜的曲率半径R＝-100mm，所述扩束镜凸镜的曲率半径R＝150mm。
进一步地，所述偏振片的入射角度为45°，透射水平偏振光，反射垂直偏振光。
进一步地，所述1/4波片为1064nm透射，材料为石英玻璃。
本实用新型的工作原理：半导体激光器的光纤耦合模块作为种子源，首先经过准直镜的准直使其变成平行光，随后经过聚焦镜使其焦点位于键合晶体内部，键合晶体是由Nd:YAG与Cr4+:YAG材料键合生长而成，半导体激光器光纤耦合模块所产生的激光中心波长为808nm，而Nd:YAG晶体的吸收峰也在808nm附近，所以可以有效的吸收该波段的激光，通过粒子束反转及能级的跃迁等过程产生1064nm的激光，当谐振腔中的增益大于损耗时所产生的激光就会在谐振腔两端形成震荡，谐振腔为Nd:YAG与Cr4+:YAG键合晶体的两个端面，Cr4+:YAG晶体作为被动调Q晶体，利用其可饱和吸收的特性来调节腔内的Q值，从而达到被动调Q的目的。泵浦刚开始时，饱和吸收体的吸收系数较大，谐振腔损耗较大，激光不能形成震荡，随着谐振腔内光强的不断增大，饱和吸收体的吸收系数逐渐减少，透过率变大，损耗变小。当这一过程发展到一定程度时，腔内单程增益大于损耗，激光开始在谐振腔中形成震荡，当谐振腔内光强达到饱和吸收体的饱和光强时，吸收系数不再减少，透过率不再增加，达到“饱和”状态，饱和吸收体从深色变的透明，震荡激光迅速增强，并形成一个巨型脉冲。实现被动调Q的目的。准直镜和聚焦镜的作用为将808nm的泵浦光进行光束整形，使其以特定的角度和位置进入Nd:YAG&Cr4+:YAG键合晶体，在晶体内部形成焦点，其焦点的位置和大小通过计算和设计，使其输出光束质量、能量、脉宽等参数达到最优值。随后通过分光镜将808nm与1064nm的光进行分离，经过反射镜、扩束镜和隔离器。扩束镜的凹镜和凸镜位于隔离器的两端以达到减少体积、提高空间利用率的目的，由于键合晶体利用特殊角度进行切割所产生的激光为水平偏振光，所产生的水平偏振光能够通过特殊角度放置的偏振片，然后经过1/4波片后变成圆偏振光最终输出。此时如果该偏振光返回经过1/4波片时会变为垂直偏振光，且不能通过偏振片，会被偏振片反射，这个过程起到了激光单向通过的目的，避免了“回返光”和“自激振荡”对种子造成损伤，保护种子的同时提高了光学系统的可靠性和稳定性。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的一种皮秒种子激光器，使泵浦光经过准直镜和聚焦镜，使其焦点位于Nd:YAG&Cr4+:YAG晶体内部，精确调节聚焦镜的位置控制焦点的入射角度和位置，使其产生水平偏振的1064nm激光，随后经过分光镜将808nm的泵浦光与1064nm的激光分开，Nd:YAG&Cr4+:YAG键合晶体中的Cr4+:YAG为特殊角度切割的晶体，能够产生水平方向的偏振光；并且设置扩束镜凹镜与扩束镜凸镜组成扩束镜位于隔离器的两侧，减少了体积，提高了空间利用率，偏振片与1/4波片组成了隔离器，保证了激光的单向通过，避免了由于“回返光”和“自激振荡”对光学器件和键合晶体所造成的损伤，保护了光学系统，提高了系统稳定性和可靠性；将隔离器做简化设计，在保证偏振光单向通过的同时，减少了体积和制造成本，并且与扩束系统进行了集成，提高了空间利用率和产品的稳定性。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型的光路传输路径示意图。
其中，1-半导体激光器光纤耦合模块、2-准直镜、3-聚焦镜、4-键合晶体、5-分光镜、6-反射镜、7-扩束镜、71-扩束镜凹镜、72-扩束镜凸镜、8-隔离器、81-偏振片、82-1/4波片、9-808nm泵浦光光路传输示意图、10-1064nm激光光路传输示意图。
具体实施方式
下面结合附图1到附图2，对本发明的具体实施方式进行详细描述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。
实施例：如图1所示，一种皮秒种子激光器，包括壳体和设置在壳体内的半导体激光器光纤耦合模块1、准直镜2、聚焦镜3、键合晶体4、分光镜5、反射镜6、扩束镜7和隔离器8。其中，
半导体激光器光纤耦合模块1作为种子源，半导体激光器光纤耦合模块1产生中心波长为808nm的泵浦光；准直镜2设置在半导体激光器光纤耦合模块1左侧，使泵浦光变成平行光；聚焦镜3设置在准直镜2左侧；键合晶体4设置在聚焦镜3左侧，准直镜2和聚焦镜3将平行光进行光束整形，使整形后的光束以特定的角度和位置进入键合晶体4，在键合晶体4内部形成焦点，并产生水平偏振的1064nm激光；分光镜5，设置在键合晶体4左侧，如图2所示，分光镜5将808nm的泵浦光与1064nm的激光分开；反射镜6，设置在分光镜5上方，且位于1064nm激光的光路上；扩束镜7，设置在反射镜6右侧，扩束镜7包括分别位于隔离器8的两侧的扩束镜凹镜71与扩束镜凸镜72，扩束镜凹镜71位于扩束镜凸镜72的左侧；隔离器8，设置在扩束镜7内部，隔离器8包括偏振片81和1/4波片82，偏振片81位于1/4波片82左侧，保证激光的单向通过。
其中，键合晶体4是由Nd:YAG与Cr4+:YAG材料键合生长而成；准直镜2与聚焦镜3的焦距为f＝10～40nm；扩束镜凹镜71的曲率半径R＝-100mm，扩束镜凸镜72的曲率半径R＝150mm；偏振片81的入射角度为45°，透射水平偏振光，反射垂直偏振光；1/4波片82为1064nm透射，材料为石英玻璃。
上述实施例的工作方法是：半导体激光器光纤耦合模块1作为种子源，首先经过准直镜2的准直使其变成平行光，随后经过聚焦镜3使其焦点位于键合晶体4内部，键合晶体4是由Nd:YAG与Cr4+:YAG材料键合生长而成，半导体激光器光纤耦合模块1所产生的激光中心波长为808nm，而Nd:YAG晶体的吸收峰也在808nm附近，所以可以有效的吸收该波段的激光，通过粒子束反转及能级的跃迁等过程产生1064nm的激光，当谐振腔中的增益大于损耗时所产生的激光就会在谐振腔两端形成震荡，谐振腔为Nd:YAG与Cr4+:YAG键合晶体的两个端面，Cr4+:YAG晶体作为被动调Q晶体，利用其可饱和吸收的特性来调节腔内的Q值，从而达到被动调Q的目的；泵浦刚开始时，饱和吸收体的吸收系数较大，谐振腔损耗较大，激光不能形成震荡，随着谐振腔内光强的不断增大，饱和吸收体的吸收系数逐渐减少，透过率变大，损耗变小；当这一过程发展到一定程度时，腔内单程增益大于损耗，激光开始在谐振腔中形成震荡，当谐振腔内光强达到饱和吸收体的饱和光强时，吸收系数不再减少，透过率不再增加，达到“饱和”状态，饱和吸收体从深色变的透明，震荡激光迅速增强，并形成一个巨型脉冲；实现被动调Q的目的；准直镜2和聚焦镜3的作用为将808nm的泵浦光进行光束整形，使其以特定的角度和位置进入Nd:YAG&Cr4+:YAG键合晶体4，在键合晶体4内部形成焦点，其焦点的位置和大小通过计算和设计，使其输出光束质量、能量、脉宽等参数达到最优值；随后通过分光镜5将808nm与1064nm的光进行分离，经过反射镜6、扩束镜7和隔离器8；扩束镜7的扩束镜凹镜71和扩束镜凸镜72位于隔离器8的两端以达到减少体积、提高空间利用率的目的，由键合晶体4利用特殊角度进行切割所产生的激光为水平偏振光，所产生的水平偏振光能够通过特殊角度放置的偏振片81，然后经过1/4波片82后变成圆偏振光最终输出；此时如果该偏振光返回经过1/4波片82时会变为垂直偏振光，且不能通过偏振片81，会被偏振片81反射，这个过程起到了激光单向通过的目的，避免了“回返光”和“自激振荡”对种子造成损伤，保护种子的同时提高了光学系统的可靠性和稳定性。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种皮秒种子激光器，包括壳体，其特征在于，还包括设置在所述壳体内的：
半导体激光器光纤耦合模块(1)，作为种子源，用于产生中心波长为808nm的泵浦光；
准直镜(2)，设置在所述半导体激光器光纤耦合模块(1)左侧，所述准直镜(2)的凸面朝向半导体激光器光纤耦合模块(1)，用于使所述泵浦光变成平行光；
聚焦镜(3)，设置在所述准直镜(2)左侧；
键合晶体(4)，设置在所述聚焦镜(3)左侧，聚焦镜(3)的凸面朝向所述键合晶体(4)，所述准直镜(2)和聚焦镜(3)用于将所述平行光进行光束整形，使整形后的光束以特定的角度和位置进入键合晶体(4)，在键合晶体(4)内部形成焦点，并产生水平偏振的1064nm激光；
分光镜(5)，设置在所述键合晶体(4)左侧，用于将808nm的泵浦光与1064nm的激光分开；
反射镜(6)，设置在所述分光镜(5)上方，且位于所述1064nm激光的光路上，所述反射镜(6)与分光镜(5)的相对夹角为90°；
扩束镜(7)，设置在所述反射镜(6)右侧，用于改变激光的光斑大小；
隔离器(8)，设置在所述扩束镜(7)内部，用于保证激光的单向通过，所述隔离器(8)包括偏振片(81)和1/4波片(82)，所述偏振片(81)位于所述1/4波片(82)左侧。
2.如权利要求1所述的一种皮秒种子激光器，其特征在于，所述扩束镜(7)包括分别位于所述隔离器(8)的两侧的扩束镜凹镜(71)与扩束镜凸镜(72)，所述扩束镜凹镜(71)位于所述扩束镜凸镜(72)的左侧，扩束镜凹镜(71)的凹面朝向所述反射镜(6)，扩束镜凸镜(72)的凸面朝向所述隔离器(8)。
3.如权利要求1所述的一种皮秒种子激光器，其特征在于，所述键合晶体(4)是由Nd:YAG与Cr4+:YAG材料键合生长而成。
4.如权利要求1所述的一种皮秒种子激光器，其特征在于，所述准直镜(2)与聚焦镜(3)的焦距为f＝10～40nm。
5.如权利要求2所述的一种皮秒种子激光器，其特征在于，所述扩束镜凹镜(71)的曲率半径R＝-100mm，所述扩束镜凸镜(72)的曲率半径R＝150mm。
6.如权利要求1所述的一种皮秒种子激光器，其特征在于，所述偏振片(81)的入射角度为45°，透射水平偏振光，反射垂直偏振光。
7.如权利要求1所述的一种皮秒种子激光器，其特征在于，所述1/4波片(82)为1064nm透射，材料为石英玻璃。
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