一種藍光半導體激光泵浦Pr:YLF脈沖固體激光裝置

本技術屬于藍光半導體激光，更具體地，涉及一種藍光半導體激光泵浦pr:ylf脈沖固體激光裝置。

背景技術：

1、可見光波段的激光光源在不同的領域都有重要的應用。以藍光半導體激光為泵浦源，通過全固態激光技術直接泵浦實現可見波段激光輸出是激光領域的新興方向。三價鐠離子(pr3+)在可見光波段存在豐富的躍遷，利用藍光泵浦，摻pr材料可以實現藍色、綠色、橙色、紅色和深紅色的下轉換激光輸出。與采用光學非線性過程如倍頻、混頻方式相比，利用下轉換直接獲得可見光激光的方式避免了非線性光學晶體的使用，其激光器結構緊湊、轉換效率高、光束質量好，并且不需要嚴格的溫控。

2、通常將脈寬為ps至fs量級的激光稱為超短脈沖激光。超短脈沖具有高時間分辨率、高空間分辨率、高帶寬、實現高強度的可能等特征。目前實現超短脈沖激光的主要手段是鎖模技術。目前pr:ylf固體激光器輸出的可見光鎖模激光(超短脈沖激光)的峰值功率和脈沖能量等仍然有提升空間。

技術實現思路

1、針對現有技術的缺陷和改進需求，本實用新型提供了一種藍光半導體激光泵浦pr:ylf脈沖固體激光裝置，其目的在于提升輸出的可見光鎖模激光的峰值功率，并降低鎖模激光的脈寬和重復頻率。

2、為實現上述目的，按照本實用新型的第一方面，提供了一種藍光半導體激光泵浦pr:ylf脈沖固體激光裝置，包括：藍光半導體激光泵浦模塊、諧振腔、pr:ylf工作晶體、可飽和吸收體、pzt壓電陶瓷、分光結構及自適應反饋調節模塊；其中，所述pr:ylf工作晶體設置在所述諧振腔輸入鏡的后方，所述可飽和吸收體和所述pzt壓電陶瓷設置在所述諧振腔輸出鏡上；

3、所述藍光半導體激光泵浦模塊用于輸出藍色泵浦光；聚焦后的藍色泵浦光輸入所述諧振腔后，與所述pr:ylf工作晶體作用產生紅光，并在所述諧振腔內振蕩，振蕩穩定后輸出鎖模脈沖紅光；所述可飽和吸收體用于對諧振腔內的紅光進行被動鎖模；

4、所述分光結構用于將所述鎖模脈沖紅光分束，一束作為輸出鎖模脈沖激光，另一束作為檢測光；還用于將所述檢測光分束，一束用于波形檢測，另一束用于功率檢測；

5、所述自適應反饋調節模塊用于根據分束后檢測光的波形和功率控制所述pzt壓電陶瓷調整所述可飽和吸收體的位置和角度。

6、進一步地，所述藍光半導體激光泵浦模塊包括：s偏振光產生單元、p偏振光產生單元以及偏振合束鏡；

7、所述s偏振光產生單元產生的s偏振光和所述p偏振光產生單元產生的p偏振光入射至所述偏振合束鏡進行偏振合束，產生所述藍色泵浦光。

8、進一步地，所述s偏振光產生單元或所述p偏振光產生單元沿光路傳播方向依次包括：藍光半導體激光陣列、快軸準直鏡組、慢軸準直鏡組、反射鏡組、閃耀光柵及半波片；

9、所述藍光半導體激光陣列發射的等間距平行藍光光束分別經過所述快軸準直鏡組和所述慢軸準直鏡組進行快慢軸準直后，入射至所述反射鏡組對應的反射鏡反射及光束壓縮，并入射至所述閃耀光柵；

10、所述閃耀光柵用于選擇中心頻率與所述pr:ylf工作晶體吸收譜一致的藍光，同時壓縮所選藍光的光譜寬度與所述pr:ylf工作晶體匹配；

11、所述半波片用于調整光譜寬度壓縮后的藍光偏振態，得到對應的s偏振光或p偏振光。

12、進一步地，所述藍光半導體激光陣列、所述快軸準直鏡組及所述慢軸準直鏡組的光軸重合。

13、進一步地，所述反射鏡組與光束傳播方向呈45°；所述閃耀光柵與經過所述反射鏡組反射的光線夾角為45°。

14、進一步地，所述s偏振光產生單元和所述p偏振光產生單元關于所述偏振合束鏡鏡像對稱分布。

15、進一步地，所述諧振腔為由平面輸入鏡、第一凹面折疊鏡、第二凹面折疊鏡、第三凹面折疊鏡及平面輸出鏡構成的m型激光諧振腔。

16、進一步地，所述分光結構包括：平板分光鏡和偏振分光棱鏡；

17、所述平板分光鏡用于將所述鎖模脈沖紅光分束，一束作為輸出鎖模脈沖激光，另一束作為檢測光；

18、所述偏振分光棱鏡用于將所述檢測光分束，一束用于波形檢測，另一束用于功率檢測。

19、進一步地，還包括用于給所述藍光半導體激光泵浦模塊提供能量的電源模塊；

20、所述自適應反饋調節模塊還用于根據分束后檢測光的波形和功率調節所述電源模塊的功率。

21、進一步地，所述可飽和吸收體為石墨烯可飽和吸收體。

22、總體而言，通過本實用新型所構思的以上技術方案，能夠取得以下有益效果：

23、(1)本實用新型的藍光半導體激光泵浦pr:ylf脈沖固體激光裝置，通過在諧振腔輸出鏡上設置可飽和吸收體對諧振腔內的紅光進行被動鎖模，振蕩穩定后的鎖模脈沖紅光經過分光結構分束，一束作為輸出鎖模脈沖激光，另一束作為檢測光，自適應反饋調節模塊根據分束后的檢測光的波形和功率控制pzt壓電陶瓷調整可飽和吸收體的位置和角度，改變可飽和吸收體處的束腰光斑大小，提升可飽和吸收體9上的功率密度，以獲得更高輸出功率、更窄脈寬及更低重復頻率的鎖模脈沖激光。

24、(2)進一步地，本實用新型設計的藍光半導體激光泵浦模塊，通過閃耀光柵選擇中心頻率與pr:ylf工作晶體的吸收譜一致的藍光輸出，可以提升偏振合束效率，進而提升泵浦效率和出光功率；并且壓縮藍光的光譜寬度與pr:ylf工作晶體匹配，提高pr:ylf工作晶體對泵浦光的吸收效率，能夠進一步提升鎖模激光的峰值功率。

25、(3)作為優選，s偏振光產生單元和p偏振光產生單元關于偏振合束鏡鏡像對稱分布，使s偏振光產生單元產生的s偏振光和p偏振光產生單元產生的p偏振光相互垂直，通過偏振合束鏡產生水平出射的藍色泵浦光。

26、(4)作為優選，藍光半導體激光陣列、快軸準直鏡組及慢軸準直鏡組的光軸重合，可以提升光束準直效果。

27、(5)作為優選，反射鏡組與光束傳播方向呈45°，閃耀光柵與經過反射鏡組反射的光線夾角為45°，便于出射光線后續偏振合束。

28、(6)作為優選，諧振腔為m型諧振腔，可以進一步提升輸出鎖模脈沖激光的峰值功率。

29、(7)進一步地，自適應反饋調節模塊還可以通過改變電源模塊的功率，提升藍色泵浦光的功率，進一步提升輸出鎖模脈沖激光的峰值功率。

30、總而言之，本實用新型能夠提高藍光泵浦的效率、出光功率，改善泵浦光的光束質量；提升輸出鎖模脈沖激光峰值功率、脈沖能量，并降低脈沖寬度及重復頻率等，改善輸出鎖模脈沖激光的光束質量。

技術特征：

1.一種藍光半導體激光泵浦pr:ylf脈沖固體激光裝置，其特征在于，包括：藍光半導體激光泵浦模塊(2)、諧振腔、pr:ylf工作晶體(5)、可飽和吸收體(9)、pzt壓電陶瓷(11)、分光結構及自適應反饋調節模塊；其中，所述pr:ylf工作晶體(5)設置在所述諧振腔輸入鏡的后方，所述可飽和吸收體(9)和所述pzt壓電陶瓷(11)設置在所述諧振腔輸出鏡上；

2.根據權利要求1所述的藍光半導體激光泵浦pr:ylf脈沖固體激光裝置，其特征在于，所述藍光半導體激光泵浦模塊(2)包括：s偏振光產生單元、p偏振光產生單元以及偏振合束鏡(213)；

3.根據權利要求2所述的藍光半導體激光泵浦pr:ylf脈沖固體激光裝置，其特征在于，所述s偏振光產生單元或所述p偏振光產生單元沿光路傳播方向依次包括：藍光半導體激光陣列(201)、快軸準直鏡組(203)、慢軸準直鏡組(205)、反射鏡組(207)、閃耀光柵(209)及半波片(211)；

4.根據權利要求3所述的藍光半導體激光泵浦pr:ylf脈沖固體激光裝置，其特征在于，所述藍光半導體激光陣列(201)、所述快軸準直鏡組(203)及所述慢軸準直鏡組(205)的光軸重合。

5.根據權利要求3所述的藍光半導體激光泵浦pr:ylf脈沖固體激光裝置，其特征在于，所述反射鏡組(207)與光束傳播方向呈45°；所述閃耀光柵(209)與經過所述反射鏡組(207)反射的光線夾角為45°。

6.根據權利要求2-5任意一項所述的藍光半導體激光泵浦pr:ylf脈沖固體激光裝置，其特征在于，所述s偏振光產生單元和所述p偏振光產生單元關于所述偏振合束鏡(213)鏡像對稱分布。

7.根據權利要求1所述的藍光半導體激光泵浦pr:ylf脈沖固體激光裝置，其特征在于，所述諧振腔為由平面輸入鏡(4)、第一凹面折疊鏡(6)、第二凹面折疊鏡(7)、第三凹面折疊鏡(8)及平面輸出鏡(10)構成的m型激光諧振腔。

8.根據權利要求1所述的藍光半導體激光泵浦pr:ylf脈沖固體激光裝置，其特征在于，所述分光結構包括：平板分光鏡(12)和偏振分光棱鏡(13)；

9.根據權利要求1所述的藍光半導體激光泵浦pr:ylf脈沖固體激光裝置，其特征在于，還包括用于給所述藍光半導體激光泵浦模塊(2)提供能量的電源模塊(1)；

10.根據權利要求9所述的藍光半導體激光泵浦pr:ylf脈沖固體激光裝置，其特征在于，所述可飽和吸收體(9)為石墨烯可飽和吸收體。

技術總結
本技術公開了一種藍光半導體激光泵浦Pr:YLF脈沖固體激光裝置，屬于藍光半導體激光技術領域，包括：藍光半導體激光泵浦模塊、諧振腔、Pr:YLF工作晶體、可飽和吸收體、PZT壓電陶瓷、分光結構及自適應反饋調節模塊；Pr:YLF工作晶體設置在諧振腔輸入鏡的后方，可飽和吸收體和PZT壓電陶瓷設置在諧振腔輸出鏡上；通過藍光半導體激光泵浦模塊中閃耀光柵選擇中心頻率與Pr:YLF工作晶體吸收譜一致的藍光輸出，可以提高藍光泵浦的效率、出光功率，改善泵浦光的光束質量；自適應反饋調節模塊通過控制PZT壓電陶瓷調整可飽和吸收體的位置和角度，提升輸出鎖模激光功率、脈沖能量，并降低脈沖寬度及重復頻率等，改善輸出鎖模激光的光束質量。

技術研發人員：袁國慶,陳曦,袁琴云,段長城,李昌慶,唐霞輝,王修正,李玉潔,袁淏,高寧澤,張書宸,丁世奧,蔣仲焱
受保護的技術使用者：華中科技大學
技術研發日：20231213
技術公布日：2024/10/21