全固態被動鎖模皮秒雷射器的製作方法
2023-07-20 23:50:56 1
專利名稱：全固態被動鎖模皮秒雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種皮秒脈衝雷射器，尤其涉及一種全固態被動鎖模皮秒雷射器。
背景技術：
隨著超快雷射技術的迅速發展，大能量的皮秒脈衝雷射在工業加工、雷射醫療、軍事以及科學研究中的應用需求不斷增加。常規的連續鎖模雷射器重複頻率在百MHz (IO8Hz)左右，對應的單脈衝能量僅僅為nJ(10-9J)量級，極大地限制了其實際應用。因而，研製出大能量、高穩定性、高效率的全固態雷射器是對皮秒脈衝技術應用的迫切要求。現有的鎖模技術中，如在Proceedings of the Fourth InternationalConference on Multi-Material Micro Manufacture (2008:183 186)上發表的題為Micromachining of amorphous and crystalline Ni78B14Si8 alloys using micro-secondand pico-second lasers的文獻中將nj輸出的連續鎖模種子脈衝,先後通過光學隔離、脈衝選單、行波放大或再生放大後，實現了數百nrii J級的脈衝輸出，但這樣的方案結構複雜、成本高昂。另外，如在 IEEE Jour, of Quan. Electr. (2004, 40 (5), p505-508.)上發表的題為 Passive Mode Locking in a Diode-Pumped Nd:GdV04 Laser With a SemiconductorSaturable Absorber Mirror的文獻中採用Z型腔、利用半導體可飽和吸收體實現了百MHz、nj級的脈衝輸出，該量級的輸出限制了其應用範圍。還有在題為「腔倒空全固態皮秒 雷射器」的中國專利申請中(申請號為200520000394. 7)，採用普克爾盒實現了低重頻的被動鎖模，但腔倒空巨脈衝振蕩極易損傷SESAM，影響輸出脈衝序列的可靠性、穩定性和可重複性運轉。因此，現有技術中缺少一種結構簡單、低重頻的全固態被動鎖模皮秒雷射器。
發明內容
基於此，本發明的目的在於提供一種結構簡單、低重頻的全固態被動鎖模皮秒雷射器。本發明提供一種全固態被動鎖模皮秒雷射器，包括半導體泵浦源；耦合系統；雷射晶體；平凹鏡；第一反射裝置；第二反射裝置；輸出鏡；鎖模元件，其中所述平凹鏡的凹面朝向第一反射裝置和第二反射裝置放置，第一反射裝置和第二反射裝置相對於平凹鏡的軸線對稱放置，半導體泵浦源發出的泵浦光通過耦合系統而聚焦到雷射晶體中，受激輻射形成的信號光入射到平凹鏡的凹面，經過凹面反射後入射到第一反射裝置，隨後被反射回平凹鏡的凹面，並再次被平凹鏡的凹面反射，且入射到第二反射裝置，然後被反射回平凹鏡的凹面，且又一次被平凹鏡的凹面反射，併入射到部分反射、部分透射的輸出裝置，其中反射的信號光垂直入射至鎖模元件，然後信號光被鎖模元件反射回輸出裝置，並透過輸出裝置形成第一輸出，而透射的信號光形成第二輸出。根據本發明提供的雷射器，其中所述第一反射裝置和第二反射裝置為平面反射鏡。
根據本發明提供的雷射器，其中所述第一反射裝置和第二反射裝置為雷射晶體，其背向所述平凹鏡的第一面鍍有對泵浦光增透和對信號光高反膜。根據本發明提供的雷射器，其中所述第一、第二反射裝置分別包括雷射晶體和對泵浦光增透、對信號光高反的反射鏡，其中該反射鏡位於第一或第二反射裝置的與平凹鏡相反的一側。根據本發明提供的雷射器，還包括第二半導體泵浦源和第三半導體泵浦源，分別位於第一反射裝置和第二反射裝置的與平凹鏡相反的一側，用於分別對所述第一反射裝置和第二反射裝置中的雷射晶體泵浦。根據本發明提供的雷射器，其中輸出裝置為半透半反凹面輸出鏡。根據本發明提供的雷射器，其中通過調節所述凹面輸出鏡和鎖模元件之間的距離而調節信號光的光斑在鎖模元件上的大小。
根據本發明提供的雷射器，其中輸出裝置為半透半反平面輸出鏡。根據本發明提供的雷射器，其中在平面輸出鏡與鎖模元件之間具有凸透鏡，通過調節所述凸透鏡和鎖模元件之間的距離而調節信號光的光斑在鎖模元件上的大小。本發明在不引入腔倒空或其他腔內附加元件的條件下，通過諧振腔的設計降低重頻，結構簡單緊湊。採用晶體端面作為反射面，在不改變光學延遲結構的基礎上，多個增益介質同時工作可實現高功率、大能量的輸出。
以下參照附圖對本發明實施例作進一步說明，其中圖I為根據本發明的實施例I的雷射器的結構示意圖；圖2為根據本發明的實施例2的雷射器的結構示意圖；圖3為根據本發明的又一實施例的雷射器的結構示意圖；圖4為根據本發明的另一實施例的雷射器的結構示意圖。
具體實施例方式實施例I本實施例提供一種全固態被動鎖模皮秒雷射器，其結構如圖I所示，包括半導體泵浦源I ;稱合系統2 ;雷射晶體3 ;平凹鏡4 ;第一平面全反鏡13 ;第二平面全反鏡14 ;輸出鏡11 ;鎖|吳兀件12。其中所述平凹鏡4的凹面朝向第一平面全反鏡13和第二平面全反鏡14的反射面放置，第一平面全反鏡13和第二平面全反鏡14相對於平凹鏡4的軸線對稱放置，且第一平面全反鏡13和第二平面全反鏡14的法線與平凹鏡4的軸線之間有小角度的夾角，半導體泵浦源I發出的泵浦光通過耦合系統2而聚焦到雷射晶體3中以對雷射晶體3進行泵浦，受激輻射形成的信號光入射到平凹鏡4的凹面，經過凹面反射後入射到第一平面全反鏡13，隨後被反射回平凹鏡4的凹面，並再次被平凹鏡4的凹面反射，且入射到第二平面全反鏡14，然後被反射回平凹鏡4的凹面，且又一次被平凹鏡4的凹面反射，併入射到輸出鏡11，該輸出鏡11為半透半反凹面輸出鏡，用於接收信號光並將其部分反射、部分透射，其中反射的信號光垂直入射至鎖模元件12，然後信號光被鎖模元件12反射回輸出鏡11，並透過輸出鏡11形成第一輸出Ol ;而透射的信號光形成第二輸出02。上述實施例中，通過調節所述輸出鏡11和鎖模元件12之間的距離而調節信號光的光斑在鎖模元件12上的大小。在本實施例提供的全固態被動鎖模皮秒雷射器中，受激輻射產生的光在由平面全反鏡13、14和平凹鏡4構成的光學延遲結構內往返5次，具體光路為3-4-13-4-14-4，然後再由輸出鏡11反射至鎖模元件12，實現皮秒雷射鎖模。通過採用上述的諧振腔設計，可降低重頻，且結構簡單緊湊。實施例2本實施例提供一種全固態被動鎖模皮秒雷射器，其結構如圖2所示，包括第一半導體泵浦源I ;第一稱合系統2 ;第一雷射晶體3,其第一面鍍有對泵浦光增透和對信號光高反膜，第二面鍍有對泵浦光和信號光增透膜；平凹鏡4 ;第二半導體泵浦源5 ;第二耦合系統6 ;第二雷射晶體7，第一面鍍有對泵浦光增透和對信號光高反膜，第二面鍍有對泵浦光和 信號光增透膜；第三半導體泵浦源8 ;第三耦合系統9 ;第三雷射晶體10，第一面鍍有對泵浦光增透和對信號光高反膜，第二面鍍有對泵浦光和信號光增透膜；輸出鏡11 ;鎖模兀件12。其中平凹鏡4的凹面朝向第二雷射晶體7和第三雷射晶體10的第二面放置，第二雷射晶體7和第三雷射晶體10相對於平凹鏡4的軸線對稱放置，且第二雷射晶體7和第三雷射晶體10的法線與平凹鏡4的軸線之間有小角度的夾角，第二半導體泵浦源5和第三半導體泵浦源8分別位於第二雷射晶體7和第三雷射晶體10的第一面一側，用於對第二雷射晶體7和第三雷射晶體10泵浦，其中第二半導體泵浦源5發出的泵浦光通過第二耦合系統6而聚焦到第二雷射晶體7，第三半導體泵浦源8發出的泵浦光通過第三耦合系統9而聚焦到第三雷射晶體10，由第一半導體泵浦源I發出的泵浦光被耦合系統2會聚到雷射晶體3中以對雷射晶體3進行泵浦。受激輻射形成的信號光入射到平凹鏡4的凹面，經過凹面反射後入射至第二雷射晶體7後被第二雷射晶體7的第一面反射回平凹鏡4的凹面，並再次被平凹鏡4的凹面反射，入射至第三雷射晶體10，後被第三雷射晶體10的第一面反射回平凹鏡4的凹面，然後又一次被平凹鏡4的凹面反射，併入射到輸出鏡11，該輸出鏡11為半透半反凹面輸出鏡，用於接收信號光並將其部分反射、部分透射，其中反射的信號光垂直入射至鎖模元件12，然後信號光被鎖模元件12反射回輸出鏡11，並透過輸出鏡11形成第一輸出01 ;而透射的信號光形成第二輸出02。上述實施例中，通過調節所述輸出鏡11和鎖模元件12之間的距離而調節信號光的光斑在鎖模元件12上的大小。在本實施例提供的全固態被動鎖模皮秒雷射器中，受激輻射產生的光在由雷射晶體10、7端面和平凹鏡4構成的光學延遲結構內往返5次，具體光路為3-4-7-4-10-4，然後再由輸出鏡11反射至鎖模元件12，實現皮秒雷射鎖模。通過採用上述的諧振腔設計，可降低重頻，且結構簡單緊湊。採用晶體端面作為反射面，在不改變光學延遲結構的基礎上，採用多個增益介質同時工作，可實現高功率、大能量的輸出。 根據本發明的其他實施例，其中上述實施例2中，第二雷射晶體7和第三雷射晶體10的第一面也可以不鍍有對泵浦光增透和對信號光高反膜，而是替代地，如圖3所示，在第二雷射晶體7與第二耦合系統6之間插入對泵浦光增透、對信號光高反的平面全反鏡14，並第三雷射晶體10與第三耦合系統9之間插入對泵浦光增透、對信號光高反膜的平面全反鏡13，以替代對泵浦光增透和對信號光高反膜的反射作用。諧振腔的其餘光路不變。根據本發明的其他實施例，其中如圖4所示，上述實施例中的輸出鏡11也可以為圖4中的半透半反的平面鏡15，並且在平面鏡15與鎖模元件12之間插入凸透鏡16，調節凸透鏡16和鎖模元件12之間的距離可以調節鎖模元件12上的光斑大小。 最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。儘管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種全固態被動鎖模皮秒雷射器，包括半導體泵浦源；耦合系統；雷射晶體；平凹鏡；第一反射裝置；第二反射裝置；輸出鏡；鎖模元件，其中所述平凹鏡的凹面朝向第一反射裝置和第二反射裝置放置，第一反射裝置和第二反射裝置相對於平凹鏡的軸線對稱放置，半導體泵浦源發出的泵浦光通過耦合系統而聚焦到雷射晶體中，受激輻射形成的信號光入射到平凹鏡的凹面，經過凹面反射後入射到第一反射裝置，隨後被反射回平凹鏡的凹面，並再次被平凹鏡的凹面反射，且入射到第二反射裝置，然後被反射回平凹鏡的凹面，且又一次被平凹鏡的凹面反射，併入射到部分反射、部分透射的輸出裝置，其中反射的信號光垂直入射至鎖模元件，然後信號光被鎖模元件反射回輸出裝置，並透過輸出裝置形成第一輸出，而透射的信號光形成第二輸出。
2.根據權利要求I所述的雷射器，其中所述第一反射裝置和第二反射裝置為平面反射鏡。
3.根據權利要求I所述的雷射器，其中所述第一反射裝置和第二反射裝置為雷射晶體，其背向所述平凹鏡的第一面鍍有對泵浦光增透和對信號光高反膜。
4.根據權利要求I所述的雷射器，其中所述第一、第二反射裝置分別包括雷射晶體和對泵浦光增透、對信號光高反的反射鏡，其中該反射鏡位於第一或第二反射裝置的與平凹鏡相反的一側。
5.根據權利要求3或4所述的雷射器，還包括第二半導體泵浦源和第三半導體泵浦源，分別位於第一反射裝置和第二反射裝置的與平凹鏡相反的一側，用於分別對所述第一反射裝置和第二反射裝置中的雷射晶體泵浦。
6.根據權利要求I所述的雷射器，其中輸出裝置為半透半反凹面輸出鏡。
7.根據權利要求6所述的雷射器，其中通過調節所述凹面輸出鏡和鎖模元件之間的距離而調節信號光的光斑在鎖模元件上的大小。
8.根據權利要求I所述的雷射器，其中輸出裝置為半透半反平面輸出鏡。
9.根據權利要求8所述的雷射器，其中在平面輸出鏡與鎖模元件之間具有凸透鏡，通過調節所述凸透鏡和鎖模元件之間的距離而調節信號光的光斑在鎖模元件上的大小。
全文摘要
本發明提供一種全固態被動鎖模皮秒雷射器，包括半導體泵浦源；耦合系統；雷射晶體；平凹鏡；第一反射裝置；第二反射裝置；輸出鏡；鎖模元件，其中所述平凹鏡的凹面朝向第一反射裝置和第二反射裝置放置，第一反射裝置和第二反射裝置相對於平凹鏡的軸線對稱放置，通過諧振腔的設計降低重頻，結構簡單緊湊。
文檔編號H01S3/081GK102832534SQ20121025349
公開日2012年12月19日 申請日期2012年7月20日 優先權日2012年7月20日
發明者餘錦, 張雪, 劉洋, 樊仲維, 趙天卓, 葛文琦, 麻雲鳳, 聶樹真, 黃科, 李晗 申請人:中國科學院光電研究院