專利名稱：激光二極管泵浦皮秒主動鎖模固體平面波導激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及固體平面波導激光器，特別是一種激光二極管泵浦皮秒主動鎖模固體平面波導激光器。
背景技術：
自從1965年實現激光鎖模以來，幾年間，鎖模光脈沖寬度從皮秒量級，達到亞皮秒量級(10-13s)。到了80年代有了重大突破，1981年，美國貝爾實驗室的R.L.Fork等人提出碰撞鎖模理論，并在六鏡環形腔中實現了碰撞鎖模，得到穩定的90fs的光脈沖序列。采用光脈沖壓縮技術后，獲得了6fs的光脈沖。90年代自鎖模技術的出現，在摻鈦藍寶石自鎖模激光器中得到了8.5fs的超短光脈沖序列。
事實上，超短脈沖技術的發展經歷了主動鎖模、被動鎖模、同步泵浦鎖模、碰撞鎖模(CPM)，以及90年代出現的加成脈沖鎖模(APM)或耦合腔鎖模(CCM)、自鎖模等階段。
超短(脈寬為皮秒和飛秒量級)、超強(功率為太瓦和拍瓦量級)激光脈沖，經光學系統聚焦后，焦點上功率密度高達1018～1021W·cm-2，從而打開了一個嶄新的學科領域——強場物理的大門。利用超短、超強激光，可以在實驗室中創造出超高功率密度、超強電場、超強磁場、超高密度輻射場、超高光壓、超高電子加速度和超高溫度等極端物理條件，開展相對論等離子體非線性光學、電子加速器、高次諧波、實驗天體物理學、非線性量子電動力學以及ICF快點火等前沿科學的理論和實驗研究工作。
為了使這些激光器臺式化，近幾年來，大力發展激光二極管泵浦固體激光器。二極管泵浦固體激光器的工作可追溯到20世紀60年代初。1964年，Keys等人在4K溫度下，用GaAs二極管激光泵浦U3+:CaF2，得到了2.613μm的激光輸出。1972年，Danielmeyer等人完成了室溫下用二極管激光泵浦Nd:YAG的試驗。
到了20世紀80年代，隨著二極管激光輸出功率的不斷提高，激光二極管泵浦固體激光的研究工作已取得了長足的進展。激光二極管泵浦固體激光器的發展，強烈地刺激了大功率激光二極管(LD)的發展，1986年輸出功率只有100mW，1988年實驗室水平就提高到了8W，商品達到5W，1989年達到10W，到1993年已達到30W連續波陣列，美國光譜二極管公司研制出連續功率為120W的LD列陣。還報導已研制出準連續運轉的LD陣列，其功率達到1500W，功率密度為3kW/cm2的水平。器件的結構形式已從單條LD發展成一維LD陣列、二維LD陣列、二維堆疊陣列。LD的結構由較簡單的增益波導結構發展為折射率波導結構，量子阱結構等，而輻射波長已從770～990nm(GaAlAs)向紅外900～1000nm(InGaAs)和可見光630～680nm(AlGaInP)擴展。
二極管泵浦固體激光器，特別是平面波導激光器綜合了二極管激光器重量輕、體積小和固體激光器高儲能等優點，使得在一個結構緊湊、性能穩定、全固體化的器件上實現高功率、高光束質量、高效率、高穩定性和長壽命工作成為可能，是固體激光器一個有生命力的發展方向。
2002年，J.R.Lee等人采用面泵浦技術，用10個激光二極管棒泵浦(長為60mm，寬為11mm，厚為200μm，包邊厚400μm)Nd:YAG激光器獲得150W輸出，光—光轉換效率達35％，采用正支共焦非穩腔，光束亮度增加26倍，功率僅降低12％。
很遺憾的是，這種固體平面波導激光器，迄今以準連續方式工作，在一定程度上阻止了它的應用和發展。當然，波導激光器由于波導厚度較薄，通常最大厚度為200μm，因此在腔內衍射損耗很大，波導面距后腔鏡約為1mm左右，在這1mm范圍內，幾乎不能插入任何光學元件，這給波導激光器向短脈沖方向發展設置了障礙。
發明內容
本實用新型要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種激光二極管泵浦皮秒主動鎖模固體平面波導激光器，本實用新型的技術構思是在波導激光器諧振腔內插入一柱面擴束鏡系統，將波導激光器的輸出光束在厚度方向上擴大10倍，從而減低衍射損耗，然后再進行主動鎖模。
所謂主動鎖模采用的是周期性調制諧振腔參量的方法，即在腔內插入一個受外部信號控制的調制器，用一定的調制頻率，周期性地改變諧振腔內振蕩模的振幅或相位。當選擇的調制頻率與縱模間隔相等時，對各個模的調制會產生邊頻，其頻率與兩個相鄰縱模的頻率一致。由于模之間的相互作用，使所有的模在足夠的調制下達到同步，形成鎖模序列脈沖。
本實用新型的技術解決方案是一種激光二極管泵浦皮秒主動鎖模固體平面波導激光器，其特征在于該激光器包括由全反射鏡和輸出耦合鏡構成的諧振腔，在該諧振腔內置有平面波導工作介質、激光二極管泵浦源、光纖透鏡、柱面鏡和調制器，所說的平面波導工作介質是一塊Nd:YAG晶體，上、下兩面各被不摻雜Nd離子的YAG包邊，兩端面切成布儒斯特角，所述的激光二極管泵浦源的組成為多個激光二極管組成的列陣、帶有多條窄縫的反射鏡和一全反射鏡構成矩形反射泵浦室，在窄縫的反射鏡和全反射鏡之間平行設置該平面波導工作介質。
所述的光纖透鏡和柱面鏡組成柱面擴束系統，并在其表面鍍增透膜，傾斜放置在諧振腔內。
所說的調制器，是一臺電光調制器，傾斜放置在諧振腔內，盡量靠近在反射鏡處放置。
所述的反射鏡是一塊全反射鏡，它呈劈形，包含兩個面，所說的反射鏡是一塊輸出耦合鏡，它呈劈形，包含兩個面，只有反射鏡的內腔鏡面和輸出耦合鏡的后腔鏡面構成振蕩器。
本實用新型的技術效果是迄今還沒有看到過一篇介紹關于主動鎖模的激光二極管泵浦固體平面波導激光器的文章。本實用新型考慮到固體波導激光器，由于工作介質厚度很薄，最大尺寸僅為200μm，衍射損耗非常大，在腔內很難插入光學元件，故在腔內加了一個柱面擴束系統，相當于將波導厚度擴大到2mm，然后再進行主動鎖模。
圖1為在先技術泵浦源裝置圖其中A-激光泵浦室視圖 B-從激光二極管棒發射的泵浦光路程圖。
圖2為本實用新型激光二極管泵浦皮秒主動鎖模固體平面波導激光器示意圖。
具體實施方式
本實用新型的激光二極管泵浦皮秒主動鎖模固體平面波導激光器實施例示意圖如圖2所示，它由7部分組成平面波導工作介質1，激光二極管泵浦源2，光纖透鏡3，柱面鏡4，調制器5，全反射鏡6，輸出耦合鏡7。
所說的平面波導工作介質1是一塊Nd:YAG晶體，其厚度為200μm，寬為11mm，長為60mm，上、下兩面各被不摻雜Nd離子的YAG包邊，兩端面切成布儒斯特角。
所說的泵浦源2是由10根激光二極管組成的列陣，并帶有泵浦室，用來泵浦波導工作介質1(參見在先技術A.Faulstich，H.J.Baker，and D.R.Hall，optics Letters，1996，21(8)，594)，如圖1所示，(a)激光泵浦室視圖(b)從激光二極管棒發射的泵浦光路程圖。
由于平面波導通常是很薄的，一般為200-400μm，因此泵浦功率的單程吸收非常低，為了解決這一問題，他們設計了一矩形反射泵浦室所述的激光二極管泵浦源2的組成為多個激光二極管組成的列陣21、帶有多條窄縫的反射鏡22和一全反射鏡23構成一矩形反射泵浦室，在窄縫的反射鏡22和全反射鏡23之間平行設置該波導工作介質1。
從激光二極管列陣21輻射的泵浦光通過一個緊靠它的帶有多條窄縫的窄縫反射鏡22，入射到待泵浦的波導工作介質1中去，透過工作介質1的泵浦光被另一全反射鏡23反射后，再一次進入工作介質1中，再被帶有窄縫的反射鏡22反射，第三次進入工作介質1，經多次入射反射，可以獲得均勻的泵浦。
所說的柱面擴束系統是由光纖透鏡3和柱面鏡4組成(參見在先技術D.P.Shepherd，C.L.Bonner，C.T.A.Brown等，optics Communications 1999，160，47)，并在其表面鍍增透膜，傾斜放置在諧振腔內。
所說的調制器5，是一臺電光調制器，傾斜放置在諧振腔內，盡量靠近反射鏡6處放置。
所說的反射鏡6是一塊全反射鏡，它呈劈形，包含61，62兩個面。
所說的反射鏡7是一輸出耦合鏡，它呈劈形，包含71，72兩個面，只有反射鏡6的內腔鏡面61和輸出耦合鏡7的后腔鏡面71構成振蕩器。
平面波導激光器的工作介質1被激光二極管泵浦源2激勵以后，產生粒子數反轉，產生受激輻射，這個輻射被柱面擴束系統光纖透鏡3和柱面鏡4放大，進入到電光調制器5，振蕩模的振幅經調制以后，被全反射鏡61反射，重復上述過程，經輸出耦合鏡71以后，獲得一序列等間距脈沖。
這一序列脈沖，用一開關選擇進入到下一級放大器中去進行功率放大，可獲得皮秒量級脈沖，工作穩定可靠。它在國防工業、高速攝影方面有著廣泛的用途。
權利要求1.一種激光二極管泵浦皮秒主動鎖模固體平面波導激光器，其特征在于該激光器包括由全反射鏡(6)和輸出耦合鏡(7)構成的諧振腔，在該諧振腔內置有平面波導工作介質(1)、激光二極管泵浦源(2)、光纖透鏡(3)、柱面鏡(4)和調制器(5)，所說的平面波導工作介質(1)是一塊Nd:YAG晶體，上、下兩面各被不摻雜Nd離子的YAG包邊，兩端面切成布儒斯特角，所述的激光二極管泵浦源(2)的組成為多個激光二極管組成的列陣(21)、帶有多條窄縫的反射鏡(22)和一全反射鏡(23)構成一矩形反射泵浦室，在窄縫的反射鏡(22)和一全反射鏡(23)之間平行設置該平面波導工作介質(1)。
2.根據權利要求1所述的激光二極管泵浦皮秒主動鎖模固體平面波導激光器，其特征在于由所述的光纖透鏡(3)和柱面鏡(4)組成柱面擴束系統，并在其表面鍍增透膜，傾斜放置在諧振腔內。
3.根據權利要求1所述的激光二極管泵浦皮秒主動鎖模固體平面波導激光器，其特征在于所說的調制器(5)，是一臺電光調制器，傾斜放置在諧振腔內，盡量靠近反射鏡(6)處放置。
4.根據權利要求1所述的激光二極管泵浦皮秒主動鎖模固體平面波導激光器，其特征在于所述的反射鏡(6)是一塊全反射鏡，它呈劈形，包含(61，62)兩個面，所說的反射鏡(7)是一塊輸出耦合鏡，它呈劈形，包含(71，72)兩個面，只有全反射鏡(6)的內腔鏡面(61)和輸出耦合鏡(7)的后腔鏡面(71)構成振蕩器。
專利摘要一種激光二極管泵浦皮秒主動鎖模固體平面波導激光器，其特征在于該激光器包括由全反射鏡和輸出耦合鏡構成的諧振腔，在該諧振腔內置有平面波導工作介質、激光二極管泵浦源、光纖透鏡、柱面鏡和調制器，所說的平面波導工作介質是一塊NdYAG晶體，上、下兩面各被不摻雜Nd離子的YAG包邊，兩端面切成布儒斯特角，所述的激光二極管泵浦源的組成為多個激光二極管組成的列陣、帶有多條窄縫的反射鏡和一全反射鏡構成一矩形反射泵浦室，在窄縫的反射鏡和全反射鏡之間平行設置該波導工作介質。
文檔編號H01S3/05GK2655477SQ0321077
公開日2004年11月10日 申請日期2003年9月19日 優先權日2003年9月19日
發明者陳建文, 高鴻奕, 向世清, 陸培祥, 謝紅蘭, 李儒新, 徐至展 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所