CN220934586U - 一种两级放大的中红外飞秒激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种两级放大的中红外飞秒激光器，包括飞秒泵浦源、信号光产生模块、倍频模块、第一时延模块、近红外光参量放大模块、第二时延模块和中红外光参量放大模块；飞秒泵浦源产生的泵浦光经过信号光产生模块得到信号脉冲光，飞秒泵浦源产生的泵浦光经过倍频模块得到倍频光，经过第一时延模块的倍频光与信号脉冲光合束后经过近红外光参量放大模块得到近红外脉冲光，经过第二时延模块的泵浦光与近红外脉冲光合束后经过中红外参量放大模块得到中红外脉冲光；其中，倍频模块包括第一偏硼酸钡晶体，近红外光参量放大模块包括第二偏硼酸钡晶体。本实用新型实施例提高了中红外飞秒激光器的平均功率，可广泛应用于飞秒激光器领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及飞秒激光器领域，尤其涉及一种两级放大的中红外飞秒激光器。
背景技术
中红外飞秒激光在生物医疗、军事对抗领域都有着极其重要的应用。飞秒激光由于波长的限制，其临床应用止步于白内障手术以及近视屈光手术。因此，一种能小型化且能够产生高功率可调谐的中红外飞秒激光器有广阔的应用前景。现有的中红外飞秒激光产生方案中，中红外的飞秒激光功率大都数十毫瓦至百毫瓦量级，低平均功率极大限制了中红外飞秒激光的应用；另外，现有的中红外飞秒激光器存在制造成本较高的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例的目的是提供一种两级放大的中红外飞秒激光器，提高了中红外飞秒激光器的平均功率，降低了中红外飞秒激光器的制造成本。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种两级放大的中红外飞秒激光器，包括飞秒泵浦源、信号光产生模块、倍频模块、第一时延模块、近红外光参量放大模块、第二时延模块和中红外光参量放大模块；飞秒泵浦源产生的泵浦光的第一部分经过信号光产生模块进行频谱展宽得到信号脉冲光，飞秒泵浦源产生的泵浦光的第二部分经过倍频模块进行倍频得到倍频光，倍频光经过第一时延模块以使倍频光的时间与信号脉冲光的时间重合，经过第一时延模块的倍频光与信号脉冲光合束后经过近红外光参量放大模块进行放大并分离倍频光，得到近红外脉冲光，飞秒泵浦源产生的泵浦光的第三部分经过第二时延模块以使泵浦光的时间与近红外脉冲光的时间重合，经过第二时延模块的泵浦光与近红外脉冲光合束后经过中红外参量放大模块进行放大并分离泵浦光，得到中红外脉冲光；其中，倍频模块包括第一偏硼酸钡晶体，近红外光参量放大模块包括第二偏硼酸钡晶体。
可选地，信号光产生模块沿光路方向依次包括光阑、第一平凸透镜、钇铝石榴石晶体、第二平凸透镜和第一长波通滤光片。
可选地，倍频模块还包括第三平凸透镜、第一平凹透镜、第一二向色镜、介质膜反射镜和第一遮光挡板；其中，泵浦光的第二部分经过由第三平凸透镜和第一平凹透镜组成的第一共焦系统进行准直并缩束，缩束后的泵浦光经过第一偏硼酸钡晶体进行倍频，得到倍频光，倍频光与缩束后的泵浦光组成的第一混合光入射到第一二向色镜上，第一混合光被第一二向色镜分离，使得缩束后的泵浦光透射到第一遮光挡板上，并使得倍频光反射到介质膜反射镜上并被反射出去，得到倍频光。
可选地，泵浦光的光斑直径范围为2600μm至2800μm，缩束后的泵浦光的光斑直径范围为900μm至1100μm；缩束后的泵浦光的峰值功率密度大于10GW/cm2。
可选地，第一偏硼酸钡晶体的效率范围为40％至50％，第一偏硼酸钡晶体的尺寸范围为5×5×3cm3至5×5×5cm3。
可选地，近红外光参量放大模块还包括第四平凸透镜、第五平凸透镜、第二平凹透镜、第三平凹透镜、第二二向色镜、第三二向色镜、第二长波通滤光片和第二遮光挡板；信号脉冲光经过由第四平凸透镜和第二平凹透镜组成的第二共焦系统进行准直并缩束，经过第一时延模块的倍频光经过由第五平凸透镜和第三平凹透镜组成的第三共焦系统进行准直并缩束，缩束后的信号脉冲光和缩束后的倍频光在第二二向色镜处合束并经过第二偏硼酸钡晶体，缩束后的信号脉冲光经过第二偏硼酸钡晶体进行放大，得到由第一近红外脉冲光，由第一近红外脉冲光、信号脉冲光和经过第一时延模块的倍频光组成的第二混合光并入射到第三二向色镜上，第二混合光被第三二向色镜分离，使得信号脉冲光和经过第一时延模块的倍频光被第三二向色镜反射到第二遮光挡板上，并使得第一近红外脉冲光透射过第三二向色镜并经过第二长波通滤光片，得到第二近红外脉冲光。
可选地，缩束后的信号脉冲光和缩束后的倍频光的光斑直径范围为400μm至460μm；缩束后的信号脉冲光和缩束后的倍频光的峰值功率密度大于20GW/cm2。
可选地，第二偏硼酸钡晶体的尺寸范围为5×5×8cm3至5×5×10cm3。
可选地，中红外光参量放大模块包括第六平凸透镜、第四二向色镜、第七平凸透镜、硫镓锂晶体、第五二向色镜、锗片和第三遮光挡板；近红外脉冲光经过第六平凸透镜进行聚焦，经过第二时延模块的泵浦光经过第七平凸透镜进行聚焦，聚焦后的近红外脉冲光和聚焦后的泵浦光在第四二向色镜处合束并经过硫镓锂晶体进行放大，得到由中红外脉冲光、聚焦后的近红外脉冲光和聚焦后的泵浦光在第四二向色镜处合束并经过硫镓锂晶体，聚焦后的近红外脉冲光经过硫镓锂晶体进行放大，得到第一中红外脉冲光，由第一中红外脉冲光和聚焦后的泵浦光组成的第三混合光入射到第五二向色镜上，第三混合光被第五二向色镜分离，使得聚焦后的泵浦光被第五二向色镜反射到第三遮光挡板上，第一中红外脉冲光透射过第五二向色镜并经过锗片，得到第二中红外脉冲光。
可选地，第一时延模块和第二时延模块均包括两块介质膜反射镜，同一模块中的两块介质膜反射镜为相同参数的介质膜反射镜，不同模块中的介质膜反射镜的参数不同，且两块介质膜反射镜相互垂直设置。
实施本实用新型实施例包括以下有益效果：本实施例提供的两级放大的中红外飞秒激光器包括近红外光参量放大模块和中红外光参量放大模块，通过构建两级放大的光参量放大光路，并在倍频模块和近红外光参量放大模块中均采用偏硼酸钡晶体，提高了信号光的放大量，并节省了中红外飞秒激光器的制造成本和制造时间；在中红外光参量放大模块中采用硫镓锂晶体，将信号光再次放大得到高功率的中红外脉冲光来进行输出，提高了中红外飞秒激光器的平均功率；通过信号光产生模块中的钇铝石榴石晶体实现频谱展宽，使得中红外飞秒激光器可广泛调节光谱。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种两级放大的中红外飞秒激光器的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的一种两级放大的中红外飞秒激光器的功率稳定性测试图；
图3是本实用新型实施例提供的一种两级放大的中红外飞秒激光器输出的中红外脉冲光的光斑形貌图；
图4是本实用新型实施例提供的一种两级放大的中红外飞秒激光器输出光的归一化光谱强度-波长-功率图。
附图标记说明：1、飞秒泵浦源；2、信号光产生模块；3、倍频模块；4、近红外光参量放大模块；5、中红外光参量放大模块；6、第一时延模块；7、第二时延模块；HWP、半波片；TFP、薄膜偏振片；iris、光阑；lens1-3、lens5-6和lens9-10、平凸透镜；lens4、lens7和lens8、平凹透镜；YAG、钇铝石榴石晶体；BBO、偏硼酸钡晶体；LGS、硫镓锂晶体；LPF、长波通滤光片(HT@1100-1650nm)；R1、介质膜反射镜(HR@1100-1650nm)；R2、介质膜反射镜(HR@515nm)；R3、介质膜反射镜(HR@1030nm)；BM、遮光挡板；DM1、二向色镜(HR@515nm、HT@1030nm)；DM2、二向色镜(HR@515nm、HT@1100-1650nm)；DM3、二向色镜(HR@1030nm、HT@1100-1650nm)；DM4、二向色镜(HR@1030nm、HT@5-11μm)；Ge、锗片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本实用新型实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
除非另有定义，本实用新型实施例所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实用新型实施例中所使用的术语只是为了描述本实用新型实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。
对本实用新型实施例进行进一步详细说明之前，对本实用新型实施例中涉及的名词和术语进行说明，本实用新型实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释。
如图1所示，本实用新型实施例提供了一种两级放大的中红外飞秒激光器，包括飞秒泵浦源1、信号光产生模块2、倍频模块3、第一时延模块6、近红外光参量放大模块4、第二时延模块7和中红外光参量放大模块5；飞秒泵浦源1产生的泵浦光的第一部分经过信号光产生模块2进行频谱展宽得到信号脉冲光，飞秒泵浦源1产生的泵浦光的第二部分经过倍频模块3进行倍频得到倍频光，倍频光经过第一时延模块6以使倍频光的时间与信号脉冲光的时间重合，经过第一时延模块6的倍频光与信号脉冲光合束后经过近红外光参量放大模块4进行放大并分离倍频光，得到近红外脉冲光，飞秒泵浦源产生的泵浦光的第三部分经过第二时延模块7以使泵浦光的时间与近红外脉冲光的时间重合，经过第二时延模块7的泵浦光与近红外脉冲光合束后经过中红外参量放大模块进行放大并分离泵浦光，得到中红外脉冲光；其中，倍频模块3包括第一偏硼酸钡(BBO)晶体，近红外光参量放大模块4包括第二偏硼酸钡(BBO)晶体。
具体地，飞秒泵浦源1为可产生波长为1030nm的飞秒脉冲光的飞秒激光器，飞秒泵浦源1产生的泵浦光包括飞秒脉冲光。
具体地，飞秒泵浦源1、信号光产生模块2、倍频模块3、第一时延模块6、近红外光参量放大模块4、第二时延模块7和中红外光参量放大模块5之间还包括若干块半波片(HWP)、若干块薄膜偏振片(TFP)、若干块不同参数的介质膜反射镜(R1、R2或R3)；其中，介质膜反射镜R1的参数为HR@1100-1650nm，介质膜反射镜R2的参数为HR@515nm，介质膜反射镜R3的参数为HR@1030nm。
具体地，若干块半波片和若干块薄膜偏振片的组合使用用于调节不同光路中的功率；其中，经过半波片的线偏振光的偏振方向旋转2θ，θ为线偏振光的偏振方向与半波片的光轴方向之间的夹角；通过改变线偏振光的偏振方向得到任意方向的线偏振光，使其正交分解到与光学平台垂直或平行的正交方向上，以布儒斯特角入射薄膜偏振片，薄膜偏振片分别透射和反射出两个正交分解的偏振光，从而实现光路中功率的调节。
可选地，信号光产生模块2沿光路方向依次包括光阑(iris)、第一平凸透镜(lens1)、钇铝石榴石(YAG)晶体、第二平凸透镜(lens2)和第一长波通滤光片(LPF)。
具体地，YAG晶体的底部设置有移动平台，使得YAG晶体可改变与第一平凸透镜之间的距离；通过改变YAG晶体与第一平凸透镜之间的距离，可令泵浦光的焦点位于光路方向一侧的表面上，从而使得泵浦光的频谱展宽至1600nm左右。
具体地，YAG晶体的长度根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，YAG晶体的长度可为10mm。
具体地，第一长波通滤光片的参数为HT@1100-1650nm。
具体地，第一平凸透镜的焦距根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，第一平凸透镜的焦距可为100mm；第二平凸透镜用于光束的准直，第二平凸透镜的焦距根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，第二平凸透镜的焦距可为50mm。
具体地，光阑用于控制聚焦到YAG晶体上泵浦光的强度，可通过控制光阑的大小来控制聚焦到YAG晶体上泵浦光的功率大小和光斑尺寸大小，从而获得不同的展宽光谱。
可选地，倍频模块3还包括第三平凸透镜(lens3)、第一平凹透镜(lens4)、第一二向色镜(DM1)、介质膜反射镜(R2)和第一遮光挡板(BM)；其中，泵浦光的第二部分经过由第三平凸透镜和第一平凹透镜组成的第一共焦系统进行准直并缩束，缩束后的泵浦光经过第一偏硼酸钡晶体进行倍频，得到倍频光，倍频光与缩束后的泵浦光组成的第一混合光入射到第一二向色镜上，第一混合光被第一二向色镜分离，使得缩束后的泵浦光透射到第一遮光挡板上，并使得倍频光反射到介质膜反射镜上并被反射出去，得到倍频光。
具体地，第三平凸透镜和第一平凹透镜组成第一共焦系统，用于对泵浦光进行准直并缩束；第一偏硼酸钡晶体用于对缩束后的泵浦光进行倍频，经过第一偏硼酸钡晶体包括波长为1030nm的泵浦光和515nm的倍频泵浦光。
具体地，第一二向色镜用于将泵浦光与倍频泵浦光分离，泵浦光透射过第一二向色镜到达第一遮光挡板上，倍频泵浦光被第一二向色镜反射到介质膜反射镜上被反射出去；第一二向色镜的参数为HR@515nm、HT@1030nm；介质膜反射镜的参数为HR@515nm。
可选地，泵浦光的光斑直径范围为2600μm至2800μm，缩束后的泵浦光的光斑直径范围为900μm至1100μm；缩束后的泵浦光的峰值功率密度大于10GW/cm2。
具体地，泵浦光的光斑直径根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，泵浦光的光斑直径可为2700μm。
具体地，缩束后的泵浦光的光斑直径根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，缩束后的泵浦光的光斑直径可为1000μm。
可选地，第一偏硼酸钡晶体的效率范围为40％至50％，第一偏硼酸钡晶体的尺寸范围为5×5×3cm3至5×5×5cm3。
具体地，第一偏硼酸钡晶体的效率根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，第一偏硼酸钡晶体的效率可达42％。
具体地，第一偏硼酸钡晶体的尺寸根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，第一偏硼酸钡晶体的尺寸可为5×5×3cm3，切割角度可为Theta＝23.2°，Phi＝0°。
具体地，第一偏硼酸钡晶体对应第一类相位匹配，第一偏硼酸钡晶体的通光面进行抛光，且镀有对泵浦光和倍频光的波长高透的介质膜。
可选地，近红外光参量放大模块4还包括第四平凸透镜(lens5)、第五平凸透镜(lens6)、第二平凹透镜(lens7)、第三平凹透镜(lens8)、第二二向色镜(DM2)、第三二向色镜(DM2)、第二长波通滤光片(LPF)和第二遮光挡板(DM)；信号脉冲光经过由第四平凸透镜和第二平凹透镜组成的第二共焦系统进行准直并缩束，经过第一时延模块的倍频光经过由第五平凸透镜和第三平凹透镜组成的第三共焦系统进行准直并缩束，缩束后的信号脉冲光和缩束后的倍频光在第二二向色镜处合束并经过第二偏硼酸钡晶体，缩束后的信号脉冲光经过第二偏硼酸钡晶体进行放大，得到由第一近红外脉冲光，由第一近红外脉冲光、信号脉冲光和经过第一时延模块的倍频光组成的第二混合光并入射到第三二向色镜上，第二混合光被第三二向色镜分离，使得信号脉冲光和经过第一时延模块的倍频光被第三二向色镜反射到第二遮光挡板上，并使得第一近红外脉冲光透射过第三二向色镜并经过第二长波通滤光片，得到第二近红外脉冲光。
具体地，第四平凸透镜和第二平凹透镜组成第二共焦系统，第五平凸透镜和第三平凹透镜组成第三共焦系统，用于对通过其的光束进行准直并缩束，其中，第四平凸透镜的焦距根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，第四平凸透镜的焦距可为200nm；第二平凹透镜的焦距根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，第二平凹透镜的焦距可为-50mm；第五平凸透镜的焦距根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，第五平凸透镜的焦距可为100nm；第三平凹透镜的焦距根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，第三平凹透镜的焦距可为-40mm。
具体地，第二二向色镜用于将缩束后的信号脉冲光和缩束后的倍频光合束，第二偏硼酸钡晶体用于将合束后的光束进行放大，第三二向色镜用于分离放大后的近红外脉冲光、信号脉冲光和倍频光，信号脉冲光和倍频光被第三二向色镜反射到第二遮光挡板上，近红外脉冲光透射过第三二向色镜。
具体地，透射过第三二向色镜的第一近红外脉冲光中还包括部分残留的倍频光，第二长波通滤光片用于过滤残留的倍频光以得到第二近红外脉冲光。
具体地，第二二向色镜和的第三二向色镜参数为HT@1100～1650nm、HR@1030nm；第二长波通滤光片的透过波长为1100nm以上的波长，参数为HT@1100-1650nm。
可选地，缩束后的信号脉冲光和缩束后的倍频光的光斑直径范围为400μm至460μm；缩束后的信号脉冲光和缩束后的倍频光的峰值功率密度大于20GW/cm2。
具体地，缩束后的信号脉冲光和缩束后的倍频光的光斑直径根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，缩束后的信号脉冲光和缩束后的倍频光的光斑直径可为400μm。
具体地，缩束后的信号脉冲光和缩束后的倍频光的峰值功率密度根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，当飞秒泵浦源的能量为4W时，缩束后的信号脉冲光和缩束后的倍频光的峰值功率密度为25.5GW/cm2。
具体地，第二偏硼酸钡晶体对应第一类相位匹配，第二偏硼酸钡晶体的通光面进行抛光，且镀有对信号脉冲光的波长高透的介质膜。
可选地，第二偏硼酸钡晶体的尺寸范围为5×5×8cm3至5×5×10cm3。
具体地，第二偏硼酸钡晶体的尺寸根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，第二偏硼酸钡晶体的尺寸可为5×5×5cm3，切割角度为Theta＝23.4°，Phi＝0°。
可选地，中红外光参量放大模块5包括第六平凸透镜(lens9)、第四二向色镜(DM3)、第七平凸透镜(lens10)、硫镓锂(LGS)晶体、第五二向色镜(DM4)、锗片(Ge)和第三遮光挡板(BM)；近红外脉冲光经过第六平凸透镜进行聚焦，经过第二时延模块的泵浦光经过第七平凸透镜进行聚焦，聚焦后的近红外脉冲光和聚焦后的泵浦光在第四二向色镜处合束并经过硫镓锂晶体进行放大，得到由中红外脉冲光、聚焦后的近红外脉冲光和聚焦后的泵浦光在第四二向色镜处合束并经过硫镓锂晶体，聚焦后的近红外脉冲光经过硫镓锂晶体进行放大，得到第一中红外脉冲光，由第一中红外脉冲光和聚焦后的泵浦光组成的第三混合光入射到第五二向色镜上，第三混合光被第五二向色镜分离，使得聚焦后的泵浦光被第五二向色镜反射到第三遮光挡板上，第一中红外脉冲光透射过第五二向色镜并经过锗片，得到第二中红外脉冲光。
具体地，第六平凸透镜和第七平凸透镜用于对通过其的光束进行聚焦，其中，第六平凸透镜和第七平凸透镜的焦距根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，第六平凸透镜和第七平凸透镜的焦距可均为160nm；聚焦后的近红外脉冲光的光斑尺寸和聚焦后的泵浦光的光斑尺寸根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，聚焦后的近红外脉冲光的光斑尺寸和聚焦后的泵浦光的光斑尺寸可均为1.5mm，在35W的泵浦条件下，泵浦峰值功率为18.8GW/cm2。
具体地，第四二向色镜用于将聚焦后的近红外脉冲光和聚焦后的泵浦光合束，LGS晶体用于将合束后的近红外脉冲光进行放大，第五二向色镜用于分离红外脉冲光和聚焦后的泵浦光，被过滤放大后的近红外脉冲光和泵浦光被第五二向色镜反射到第三遮光挡板上，近红外脉冲光透射过第五二向色镜并经过锗片
具体地，透射过第五二向色镜的第一中红外脉冲光中还包含了残留的近红外脉冲光，锗片用于过滤残留的近红外脉冲光以得到第二中红外脉冲光，第二中红外脉冲光为更纯净的中红外脉冲光。
具体地，第四二向色镜的参数为HR@1030nm、HT@1100-1650nm，第五二向色镜的参数为HR@1030nm、HT@5-11μm。
具体地，LGS晶体的尺寸根据实际情况确定，本实施例中不做限定，仅提供具体实施例以供参考，例如，LGS晶体的尺寸为5×5×8mm3，Theta＝90°，Phi＝36.8°，其中8mm的长度保证了中红外光参量放大模块5具备足够高的转换效率的同时不发生时间走离。
具体地，LGS晶体对应第一类相位匹配，对LGS晶体的通光面进行抛光，且镀有对近红外脉冲光的波长高透的介质膜。
可选地，第一时延模块6和第二时延模块7均包括两块介质膜反射镜，同一模块中的两块介质膜反射镜为相同参数的介质膜反射镜，不同模块中的介质膜反射镜的参数不同，且两块介质膜反射镜相互垂直设置。
具体地，第一时延模块6中的两块介质膜反射镜(R2)的参数为HR@515nm，第二时延模块7中的两块介质膜反射镜(R3)的参数为HR@1030nm。
如图2所示，经过本实用新型实施例提供的激光器放大得到的中心波长为7μm的中红外脉冲的平均功率为745.9mW，在测试的两小时内稳定输出功率，功率稳定性RMS为0.922％，具有良好的稳定性。
如图3所示，中红外光斑形貌较好且强度具有良好的高斯分布。
如图4所示，经过调节相位匹配角和时间延迟，得到两级放大后的近红外光谱的调谐图；其中，包括中心波长分别为1140nm、1148nm1163nm、1182nm、1207nm、1240nm和1268nm的光谱。在发射的脉冲光为1030nm的泵浦条件下，闲频分别对应的中红外波长为5.5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm和11μm，说明本实用新型实施例所提供的激光器可在5.5μm-11μm的宽带光谱区域内实现简单高效的调节能力。此外，各个波长对应的功率如图4所示，体现了本实用新型实施例所提供的激光器在中红外光谱区域的平均频率可放大至数百毫瓦。
实施本实用新型实施例包括以下有益效果：本实施例提供的两级放大的中红外飞秒激光器包括近红外光参量放大模块和中红外光参量放大模块，通过构建两级放大的光参量放大光路，并在倍频模块和近红外光参量放大模块中均采用偏硼酸钡晶体，提高了信号光的放大量，并节省了中红外飞秒激光器的制造成本和制造时间；在中红外光参量放大模块中采用硫镓锂晶体，将信号光再次放大得到高功率的中红外脉冲光来进行输出，提高了中红外飞秒激光器的平均功率；通过信号光产生模块中的钇铝石榴石晶体实现频谱展宽，使得中红外飞秒激光器可广泛调节光谱。
以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种两级放大的中红外飞秒激光器，其特征在于，包括飞秒泵浦源、信号光产生模块、倍频模块、第一时延模块、近红外光参量放大模块、第二时延模块和中红外光参量放大模块；所述飞秒泵浦源产生的泵浦光的第一部分经过所述信号光产生模块进行频谱展宽得到信号脉冲光，所述飞秒泵浦源产生的泵浦光的第二部分经过所述倍频模块进行倍频得到倍频光，所述倍频光经过所述第一时延模块以使所述倍频光的时间与所述信号脉冲光的时间重合，经过第一时延模块的倍频光与所述信号脉冲光合束后经过所述近红外光参量放大模块进行放大并分离所述倍频光，得到近红外脉冲光，所述飞秒泵浦源产生的泵浦光的第三部分经过所述第二时延模块以使所述泵浦光的时间与所述近红外脉冲光的时间重合，经过所述第二时延模块的泵浦光与所述近红外脉冲光合束后经过所述中红外参量放大模块进行放大并分离所述泵浦光，得到中红外脉冲光；其中，所述倍频模块包括第一偏硼酸钡晶体，所述近红外光参量放大模块包括第二偏硼酸钡晶体。
2.根据权利要求1所述的两级放大的中红外飞秒激光器，其特征在于，所述信号光产生模块沿光路方向依次包括光阑、第一平凸透镜、钇铝石榴石晶体、第二平凸透镜和第一长波通滤光片。
3.根据权利要求1所述的两级放大的中红外飞秒激光器，其特征在于，所述倍频模块还包括第三平凸透镜、第一平凹透镜、第一二向色镜、介质膜反射镜和第一遮光挡板；其中，所述泵浦光的第二部分经过由所述第三平凸透镜和所述第一平凹透镜组成的第一共焦系统进行准直并缩束，缩束后的泵浦光经过所述第一偏硼酸钡晶体进行倍频，得到倍频光，所述倍频光与所述缩束后的泵浦光组成的第一混合光入射到所述第一二向色镜上，所述第一混合光被所述第一二向色镜分离，使得所述缩束后的泵浦光透射到所述第一遮光挡板上，并使得所述倍频光反射到所述介质膜反射镜上并被反射出去，得到所述倍频光。
4.根据权利要求3所述的两级放大的中红外飞秒激光器，其特征在于，所述泵浦光的光斑直径范围为2600μm至2800μm，所述缩束后的泵浦光的光斑直径范围为900μm至1100μm；
所述缩束后的泵浦光的峰值功率密度大于10GW/cm2。
5.根据权利要求3所述的两级放大的中红外飞秒激光器，其特征在于，所述第一偏硼酸钡晶体的效率范围为40％至50％，所述第一偏硼酸钡晶体的尺寸范围为5×5×3cm3至5×5×5cm3。
6.根据权利要求1所述的两级放大的中红外飞秒激光器，其特征在于，所述近红外光参量放大模块还包括第四平凸透镜、第五平凸透镜、第二平凹透镜、第三平凹透镜、第二二向色镜、第三二向色镜、第二长波通滤光片和第二遮光挡板；所述信号脉冲光经过由所述第四平凸透镜和第二平凹透镜组成的第二共焦系统进行准直并缩束，所述经过第一时延模块的倍频光经过由所述第五平凸透镜和第三平凹透镜组成的第三共焦系统进行准直并缩束，缩束后的信号脉冲光和缩束后的倍频光在所述第二二向色镜处合束并经过所述第二偏硼酸钡晶体，所述缩束后的信号脉冲光经过所述第二偏硼酸钡晶体进行放大，得到由第一近红外脉冲光，由所述第一近红外脉冲光、所述信号脉冲光和所述经过第一时延模块的倍频光组成的第二混合光并入射到所述第三二向色镜上，所述第二混合光被所述第三二向色镜分离，使得所述信号脉冲光和所述经过第一时延模块的倍频光被所述第三二向色镜反射到所述第二遮光挡板上，并使得所述第一近红外脉冲光透射过所述第三二向色镜并经过所述第二长波通滤光片，得到第二近红外脉冲光。
7.根据权利要求6所述的两级放大的中红外飞秒激光器，其特征在于，所述缩束后的信号脉冲光和所述缩束后的倍频光的光斑直径范围为400μm至460μm；所述缩束后的信号脉冲光和所述缩束后的倍频光的峰值功率密度大于20GW/cm2。
8.根据权利要求6所述的两级放大的中红外飞秒激光器，其特征在于，所述第二偏硼酸钡晶体的尺寸范围为5×5×8cm3至5×5×10cm3。
9.根据权利要求1所述的两级放大的中红外飞秒激光器，其特征在于，所述中红外光参量放大模块包括第六平凸透镜、第四二向色镜、第七平凸透镜、硫镓锂晶体、第五二向色镜、锗片和第三遮光挡板；所述近红外脉冲光经过所述第六平凸透镜进行聚焦，所述经过所述第二时延模块的泵浦光经过所述第七平凸透镜进行聚焦，聚焦后的近红外脉冲光和聚焦后的泵浦光在所述第四二向色镜处合束并经过所述硫镓锂晶体进行放大，得到由中红外脉冲光、所述聚焦后的近红外脉冲光和所述聚焦后的泵浦光在所述第四二向色镜处合束并经过所述硫镓锂晶体，所述聚焦后的近红外脉冲光经过所述硫镓锂晶体进行放大，得到第一中红外脉冲光，由所述第一中红外脉冲光和所述聚焦后的泵浦光组成的第三混合光入射到所述第五二向色镜上，所述第三混合光被第五二向色镜分离，使得所述聚焦后的泵浦光被所述第五二向色镜反射到所述第三遮光挡板上，所述第一中红外脉冲光透射过所述第五二向色镜并经过所述锗片，得到第二中红外脉冲光。
10.根据权利要求1所述的两级放大的中红外飞秒激光器，其特征在于，所述第一时延模块和所述第二时延模块均包括两块介质膜反射镜，同一模块中的两块所述介质膜反射镜为相同参数的介质膜反射镜，不同模块中的所述介质膜反射镜的参数不同，且所述两块介质膜反射镜相互垂直设置。
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| CN202322565613.7U CN220934586U (zh) | 2023-09-20 | 2023-09-20 | 一种两级放大的中红外飞秒激光器 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118040449A (zh) * | 2024-01-29 | 2024-05-14 | 海目星激光智能装备(成都)有限公司 | 中红外飞秒激光系统及治疗仪 |
| CN118040449B (zh) * | 2024-01-29 | 2024-10-25 | 海目星激光智能装备(成都)有限公司 | 中红外飞秒激光系统及治疗仪 |
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2023
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