專利名稱：脈寬調諧的全固態被動鎖模皮秒激光器和方法
技術領域：
本發明涉及全固態脈沖激光器，特別是一種脈寬調諧的全固態被動鎖模皮秒激光 器和方法，該激光器的脈沖寬度在10皮秒(ps，I(T12S)到幾十皮秒范圍內可連續調諧。
背景技術：
隨著高亮度半導體激光技術的不斷發展，特別是輸出功率的不斷提升和輸出波長 范圍的不斷擴展，使全固態激光器的性能也在不斷提升，從而廣泛的應用于科研、醫療和高 精度微納結構加工等領域，脈沖寬度在10皮秒(PS)左右的激光器在高精度工業加工中具 有獨特的意義，其加工效果跟飛秒(fs，I(T15s)激光器的加工效果相同，但其成本卻明顯降 低，特別是全固態ps激光器，除成本外，其穩定性、適用性、小型化都明顯好于常規鈦寶石 飛秒激光器，同時如果需要獲得高功率輸出，其放大過程和放大裝置也明顯比較簡單，基于 上述優點，全固態皮秒激光器成為普遍關注的熱點之一。然而當一臺被動鎖模皮秒激光器 的腔型及增益介質確定后，其輸出脈寬也將固定。若利用現有技術對脈寬進行調諧，往往需 要對光路進行調整，此時必須中斷激光工作過程，且其脈寬不能進行連續調諧，也不能根據 需要方便地利用電光調制的方法進行調諧，從而難以滿足各種不同的需要。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種脈寬調諧的全固態被動鎖 模皮秒激光器及其安裝和脈寬調諧方法，該激光器具有體積小、性能穩定，該激光器輸出的 脈沖寬度在10皮秒到幾十皮秒范圍內連續可調。本發明的技術解決方案如下一種脈寬調諧的全固態被動鎖模皮秒激光器，特點在于其構成包括由依次錯開并相對地設置第一激光增益介質、輸出鏡、輸入鏡、腔鏡和鎖模元件構 成折疊反射式激光腔，所述的第一激光增益介質的一個端面鍍泵浦光和信號光的增透膜， 另一端面鍍泵浦光增透和信號光高反膜，所述的第一激光增益介質的具有對泵浦光和信號 光的增透膜的一端位于所述的激光腔內，所述的第一激光增益介質的鍍泵浦光增透和信號 光高反膜的端面構成所述的折疊反射式激光腔的一個腔面，在所述的輸入鏡和所述的輸出 鏡之間的光路上設置第二激光增益介質，在所述的第二激光增益介質的光路的延長方向和 輸入鏡之外依次是第二耦合頭和第二半導體激光泵浦源，在所述的第一激光增益介質的光 路的延長方向和所述的激光腔之外依次是第一耦合頭和第一半導體激光泵浦源，所述的第 二激光增益介質的兩端均鍍對泵浦光和信號光雙增透膜，所述的輸入鏡是對信號光高反對 泵浦光高透的鏡片，所述的輸出鏡是對信號光部分反射部分透過的凹面鏡，所述的腔鏡對 信號光高反的凹面鏡。所述的第一耦合頭和所述的第一激光增益介質之間的距離為第一耦合頭的焦距， 所述的第二耦合頭和第二激光增益介質之間的距離為第二耦合頭的焦距。所述的鎖模元件由半導體可飽和吸收體構成。
所述的調諧的全固態被動鎖模皮秒激光器的安裝和脈寬調諧方法，特點在于包括 下列步驟第一步，將第二腔鏡、輸出鏡、輸入鏡、腔鏡和鎖模元件依次錯開且相對地構成折 疊反射式激光腔，在所述的輸入鏡和所述的輸出鏡之間的光路上設置第二激光增益介質， 在所述的第二激光增益介質的光路的延長方向和輸入鏡之外依次是第二耦合頭和第二半 導體激光泵浦源構建成單激光增益介質的全固態被動鎖模皮秒激光器，調節光路，實現穩 定的鎖模運轉；第二步，將所述的第二腔鏡撤離，將第一激光增益介質置于所述的激光腔內，使所 述的第一激光增益介質鍍泵浦光增透和信號光高反膜的端面與所述的第二腔鏡的反射面 的位置重合，在所述的第一激光增益介質的光路的延長方向和所述的激光腔之外依次設置 第一耦合頭和第一半導體激光泵浦源，利用激光腔內的激光在第一激光增益介質后的泄露 激光，調整所述的第一耦合頭和第一半導體激光泵浦源的位置和俯仰，使之與第一激光增 益介質準直，完成第一半導體激光泵浦源、第一耦合頭和第一激光增益介質的安裝；第三步，關掉第二半導體激光泵浦源，打開第一半導體激光泵浦源，調節光路，實 現第一激光增益介質單獨工作的穩定鎖模運轉；第四步，同時開啟第一半導體激光泵浦源和第二半導體激光泵浦源，通過調整第 一半導體激光泵浦源和第二半導體激光泵浦源輸出的泵浦功率比例，實現對本發明皮秒激 光器的脈寬連續調諧。本發明的技術效果本發明安裝運轉以后，調整輸出脈沖寬度十分方便，隨著第一泵浦源泵浦功率所 占比例的上升，脈寬由寬向窄變化，可以得到輸出脈沖寬度從10皮秒(ps，I(T12S)到幾十皮 秒的連續調諧。在脈寬調諧的過程中，可保持激光器輸出無間斷操作，且無須對光路進行任何調
iF. ο本發明具有體積小、性能穩定。
圖1是本發明脈沖寬度連續調諧的全固態皮秒激光器及實施例的結構框圖。圖2是激光增益介質位于諧振腔端面，其中介質一端代替腔鏡時的激光諧振腔結 構。圖3是激光增益介質位于諧振腔內的激光諧振腔結構。
具體實施例方式先請參閱圖1，圖1是本發明脈沖寬度連續調諧的全固態皮秒激光器及實施例的 結構框圖。由圖可見，本發明脈寬調諧的全固態被動鎖模皮秒激光器的構成包括第一激光增益介質3的一端鍍有泵浦光和信號光的增透膜，另一端鍍有泵浦光增 透和信號光高反膜，由依次并錯開且相對的第一激光增益介質3、輸出鏡4、輸入鏡7、腔鏡 10和鎖模元件9構成折疊反射式激光腔，所述的第一激光增益介質3的具有對泵浦光和信 號光的增透膜的一端位于所述的激光腔內，所述的第一激光增益介質3的鍍泵浦光增透和信號光高反膜的另一端面構成所述的折疊反射式激光腔的一個腔面，在所述的輸入鏡7和 所述的輸出鏡4之間的光路上設置第二激光增益介質8，在所述的第二激光增益介質8的光 路的延長方向和輸入鏡7之外依次是第二耦合頭6和第二半導體激光泵浦源5，在所述的第 一激光增益介質3的光路的延長方向和所述的激光腔之外依次是第一耦合頭2和第一半導 體激光泵浦源1，所述的第二激光增益介質8的兩端均鍍對泵浦光和信號光雙增透膜，所述 的輸入鏡7是對信號光高反對泵浦光高透的鏡片，所述的輸出鏡4是對信號光部分反射部 分透過的凹面鏡，所述的腔鏡10對信號光高反的凹面鏡。所述的第一耦合頭2和所述的第一激光增益介質3之間的距離為第一耦合頭2的 焦距，所述的第二耦合頭6和第二激光增益介質8之間的距離為第二耦合頭6的焦距。所述的鎖模元件9由半導體可飽和吸收體構成。所述的調諧的全固態被動鎖模皮秒激光器的安裝和脈寬調諧方法，包括下列步 驟第一步，將第二腔鏡11、輸出鏡4、輸入鏡7、腔鏡10和鎖模元件9依次錯開且相對 地設置構成折疊反射式激光腔，在所述的輸入鏡7和所述的輸出鏡4之間的光路上設置第 二激光增益介質8，在所述的第二激光增益介質8的光路的延長方向和輸入鏡7之外依次是 第二耦合頭6和第二半導體激光泵浦源5，如圖2所示，構建成單激光增益介質的全固態被 動鎖模皮秒激光器，調節光路，調整所述的第二耦合頭6和第二半導體激光泵浦源5的位置 和俯仰，使第二耦合頭6的光軸與激光腔內的光線重合，使所述的第二耦合頭6和第二激光 增益介質8之間的距離為第二耦合頭6的焦距，實現穩定的穩定連續鎖模運轉；第二步，將圖2中所述的第二腔鏡11撤離，將第一激光增益介質3置于所述的激 光腔內，使所述的第一激光增益介質3鍍泵浦光增透和信號光高反膜的端面與所述的第二 腔鏡11的反射面的位置重合，在所述的第一激光增益介質3的光路的延長方向和所述的激 光腔之外依次設置第一耦合頭2和第一半導體激光泵浦源1，利用激光腔內的激光在第一 激光增益介質3后的泄露激光，調整所述的第一耦合頭2和第一半導體激光泵浦源1的位 置和俯仰，使第一耦合頭2的光軸與光線重合，并調節第一耦合頭2離第一激光增益介質3 的距離，使得該距離與第一耦合頭2的焦距相等；使之與第一激光增益介質3準直，完成第 一半導體激光泵浦源1、第一耦合頭2和第一激光增益介質3的安裝，如圖3所示；；第三步，關掉第二半導體激光泵浦源5，打開第一半導體激光泵浦源1，調節光路， 實現第一激光增益介質3單獨工作的穩定鎖模運轉；第四步，如圖1所示，同時開啟第一半導體激光泵浦源1和第二半導體激光泵浦源 5，通過調整第一半導體激光泵浦源1和第二半導體激光泵浦源5輸出的泵浦功率比例，以 實現對本發明皮秒激光器的脈寬調諧。在第二半導體激光泵浦源5單獨工作時，輸出脈沖寬度為幾十皮秒；第一半導體 激光泵浦源1單獨工作時，輸出脈寬寬度小于10皮秒；當第一半導體激光泵浦源1和第二 半導體激光泵浦源5同時工作時，隨著第一泵浦源1泵浦功率所占比例的上升，脈寬由寬向 窄變化。從而得到了輸出脈沖寬度從10皮秒(ps，I(T12s)到幾十皮秒的連續調諧。在脈寬調諧的過程中，可保持激光器輸出無間斷操作，且無須對光路進行任何調整。
權利要求
一種脈寬調諧的全固態被動鎖模皮秒激光器，特征在于其構成包括由依次錯開且相對設置的第一激光增益介質(3)、輸出鏡(4)、輸入鏡(7)、腔鏡(10)和鎖模元件(9)構成折疊反射式激光腔，所述的第一激光增益介質(3)的一端面鍍有泵浦光和信號光的增透膜，另一端面鍍有泵浦光增透和信號光高反膜，所述的第一激光增益介質(3)的具有對泵浦光和信號光的增透膜的一端位于所述的激光腔內，所述的第一激光增益介質(3)的鍍泵浦光增透和信號光高反膜的端面構成所述的折疊反射式激光腔的一個腔面，在所述的輸入鏡(7)和所述的輸出鏡(4)之間的光路上設置第二激光增益介質(8)，在所述的第二激光增益介質(8)的光路的延長方向和輸入鏡(7)之外依次是第二耦合頭(6)和第二半導體激光泵浦源(5)，在所述的第一激光增益介質(3)的光路的延長方向和所述的激光腔之外依次是第一耦合頭(2)和第一半導體激光泵浦源(1)，所述的第二激光增益介質(8)的兩端均鍍對泵浦光和信號光雙增透膜，所述的輸入鏡(7)是對信號光高反對泵浦光高透的鏡片，所述的輸出鏡(4)是對信號光部分反射部分透過的凹面鏡，所述的腔鏡(10)對信號光高反的凹面鏡。
2.根據權利要求1所述的脈寬調諧的全固態被動鎖模皮秒激光器，其特征在于所述的 第一耦合頭(2)和所述的第一激光增益介質(3)之間的距離為第一耦合頭(2)的焦距，所 述的第二耦合頭(6)和第二激光增益介質(8)之間的距離為第二耦合頭(6)的焦距。
3.根據權利要求1所述的脈寬調諧的全固態被動鎖模皮秒激光器，其特征在于所述的 鎖模元件(9)由半導體可飽和吸收體構成。
4.權利要求1所述的調諧的全固態被動鎖模皮秒激光器的安裝和脈寬調諧方法，特征 在于包括下列步驟第一步，將第二腔鏡(11)、輸出鏡(4)、輸入鏡(7)、腔鏡(10)和鎖模元件(9)依次錯開 且相對設置構成折疊反射式激光腔，在所述的輸入鏡(7)和所述的輸出鏡(4)之間的光路 上設置第二激光增益介質(8)，在所述的第二激光增益介質(8)的光路的延長方向和輸入 鏡(7)之外依次是第二耦合頭(6)和第二半導體激光泵浦源(5)構建成單激光增益介質的 全固態被動鎖模皮秒激光器，調節光路，實現穩定的鎖模運轉；第二步，將所述的第二腔鏡(11)撤離，將第一激光增益介質(3)置于所述的激光腔內， 使所述的第一激光增益介質(3)鍍泵浦光增透和信號光高反膜的端面與所述的第二腔鏡(11)的反射面的位置重合，在所述的第一激光增益介質(3)的光路的延長方向和所述的激 光腔之外依次設置第一耦合頭(2)和第一半導體激光泵浦源(1)，利用激光腔內的激光在 第一激光增益介質(3)后的泄露激光，調整所述的第一耦合頭(2)和第一半導體激光泵浦 源(1)的位置和俯仰，使之與第一激光增益介質(3)準直，完成第一半導體激光泵浦源(1)、 第一耦合頭(2)和第一激光增益介質(3)的安裝；第三步，關掉第二半導體激光泵浦源(5)，打開第一半導體激光泵浦源(1)，調節光路， 實現第一激光增益介質(3)單獨工作的穩定鎖模運轉；第四步，同時開啟第一半導體激光泵浦源(1)和第二半導體激光泵浦源(5)，通過調整 第一半導體激光泵浦源(1)和第二半導體激光泵浦源(5)輸出的泵浦功率比例，實現對該 雙增益介質全固態皮秒激光器的脈寬連續調諧。
全文摘要
一種脈寬調諧的全固態被動鎖模皮秒激光器和方法，所述的激光器由依次錯開且相對設置的第一激光增益介質、輸出鏡、輸入鏡、腔鏡和鎖模元件構成折疊反射式激光腔，在所述的輸入鏡和所述的輸出鏡之間的光路上設置第二激光增益介質，在所述的第二激光增益介質的光路的延長方向和輸入鏡之外依次是第二耦合頭和第二半導體激光泵浦源，在所述的第一激光增益介質的光路的延長方向和所述的激光腔之外依次是第一耦合頭和第一半導體激光泵浦源，本發明的特點是通過調節兩個泵浦源泵浦功率的比例，即可實現輸出脈寬的連續調諧。該激光器輸出的脈沖寬度在10皮秒到幾十皮秒范圍內連續可調。
文檔編號H01S3/094GK101908711SQ20101023487
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月23日 優先權日2010年7月23日
發明者林華, 梁曉燕 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所