一種脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，包括：880nm泵浦源通過泵浦光傳輸光纖耦合至泵浦光耦合系統(tǒng)，泵浦光耦合系統(tǒng)與雙色鏡耦合，雙色鏡分別與增益晶體和平凹反射鏡組耦合，增益晶體、腔長調(diào)節(jié)器和平面輸出鏡依次耦合，平凹反射鏡組與半導體可飽和吸收體耦合；其中，平面輸出鏡和半導體可飽和吸收體之間的組件共同組成激光器的諧振腔；腔長調(diào)節(jié)器由兩個三棱鏡組成，通過調(diào)節(jié)兩個三棱鏡的距離實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)諧振腔的腔長。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)這兩個三棱鏡的距離，可以輕松的調(diào)節(jié)諧振腔的腔長，以連續(xù)調(diào)節(jié)激光輸出脈沖寬度，得到不同脈沖寬度的激光，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法輸出脈沖寬度小于100ps的連續(xù)可調(diào)諧鎖模激光的問題。
【專利說明】一種脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]全固態(tài)皮秒激光器在科研、醫(yī)藥和激光微納加工等領(lǐng)域有著廣泛和重要的應用，如非線性頻率轉(zhuǎn)換、生物光子學、激光測距和激光微加工等。不同的使用領(lǐng)域需要不同的鎖模皮秒脈寬，如“冷加工”需要的脈沖寬度小于15ps，為了再生放大得到kHz的大能量綠光，激光測距需要的脈沖寬度可以放寬到30ps等。因此，研制脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器成為當前研究的熱點。
[0003]被動鎖模激光器產(chǎn)生的高重復頻率光脈沖具有極窄的脈沖寬度(10_1CI_10_15秒)，而且單個脈沖相當穩(wěn)定，可以作為再生放大器和皮秒放大器穩(wěn)定的種子源。由于半導體可飽和吸收體的恢復時間一定，輸出脈沖寬度變化很小，可以通過在諧振腔內(nèi)插入不同厚度的標準具，對腔內(nèi)激光模式進行調(diào)制，最終得到了平均功率為7.3W，脈沖重復頻率為108MHz，脈寬范圍在34ps至Ins的激光輸出，脈沖的調(diào)諧范圍寬，但每改變一次脈寬，就需要插入不同的標準具，不能實現(xiàn)連續(xù)精確調(diào)諧。
[0004]而且，脈寬大于90ps的輸出，可以通過更簡單的諧振腔輸出。對于脈寬大于200ps的脈寬，可以通過Cr4+鍵合晶體或者二極管直接調(diào)制輸出。所以，能夠在IOps?IOOps之間連續(xù)調(diào)諧，是當前研究的難點，中國科學院上海精密機械研究所的林華等人采用通過控制兩塊晶體的不同泵浦比例，可以實現(xiàn)脈寬的精細連續(xù)調(diào)諧，實現(xiàn)了 8.Sps的最小脈寬輸出和20.3ps的最大脈寬輸出，但調(diào)諧范圍較小，且有兩塊晶體和兩個泵浦源，成本較高。
[0005]由上述可見，要實現(xiàn)脈沖寬度小于IOOps的連續(xù)可調(diào)諧輸出，又要保證結(jié)構(gòu)簡單，是目如急需解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)無法輸出脈沖寬度小于IOOps的連續(xù)可調(diào)諧鎖模激光的問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，包括:
[0008]880nm泵浦源，泵浦光傳輸光纖，泵浦光耦合系統(tǒng)，雙色鏡，增益晶體，腔長調(diào)節(jié)器，平面輸出鏡，平凹反射鏡組，半導體可飽和吸收體；
[0009]所述880nm泵浦源通過所述泵浦光傳輸光纖耦合至所述泵浦光耦合系統(tǒng)，所述泵浦光耦合系統(tǒng)與所述雙色鏡耦合，所述雙色鏡分別與所述增益晶體和所述平凹反射鏡組耦合，所述增益晶體、所述腔長調(diào)節(jié)器和平面輸出鏡依次耦合，所述平凹反射鏡組與所述半導體可飽和吸收體耦合；
[0010]其中，所述平面輸出鏡和所述半導體可飽和吸收體之間的組件共同組成激光器的諧振腔；所述腔長調(diào)節(jié)器由兩個三棱鏡組成，通過調(diào)節(jié)所述兩個三棱鏡的距離實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)所述諧振腔的腔長。[0011]進一步，所述腔長調(diào)節(jié)器的三棱鏡的材質(zhì)為熔融石英，且靠近所述平面輸出鏡側(cè)的三棱鏡的三角形邊長大于另一個三棱鏡的三角形邊長。
[0012]進一步，所述雙色鏡為30°平面反射鏡，用于透射泵浦光，反射激光。
[0013]進一步，所述平面輸出鏡為對激光透射率為5%?15%的輸出鏡。
[0014]進一步，所述平凹反射鏡組的多個平凹反射鏡均為6°全反鏡。
[0015]進一步，所述增益晶體材料為摻銣釩酸釔Nd: YVO4,或者，摻鐿釔鋁石榴石Yb: YAG ；并且，所述增益晶體的橫截面為2mmX 2mm至5mmX 5mm,長度為5mm?10mm。
[0016]進一步，所述增益晶體采用雙增透鍍膜方式。
[0017]進一步，所述增益晶體的冷卻方式為傳導冷卻。
[0018]進一步，所述增益晶體的泵浦方式為連續(xù)泵浦，泵浦電流為2A?5A。
[0019]進一步，所述半導體可飽和吸收體的中心吸收波長為1064nm或者1030nm。
[0020]本發(fā)明的腔長調(diào)節(jié)器中設置了兩個三棱鏡，通過調(diào)節(jié)這兩個三棱鏡的距離，可以輕松的調(diào)節(jié)諧振腔的腔長，以連續(xù)調(diào)節(jié)激光輸出脈沖寬度，得到不同脈沖寬度的激光，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法輸出脈沖寬度小于IOOps的連續(xù)可調(diào)諧鎖模激光的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實施例中脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例中脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例中腔長調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4是本發(fā)明優(yōu)選實施例中輸出較窄脈沖波形的示意圖；
[0025]圖5是本發(fā)明優(yōu)選實施例中輸出較寬脈沖波形的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為了解決現(xiàn)有技術(shù)無法輸出脈沖寬度小于IOOps的連續(xù)可調(diào)諧鎖模激光的問題，本發(fā)明提供了一種脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，以下結(jié)合附圖以及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。
[0027]本發(fā)明實施例提供了一種脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，其結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，包括:
[0028]880nm泵浦源I,泵浦光傳輸光纖2,泵浦光稱合系統(tǒng)3,雙色鏡4,增益晶體5,腔長調(diào)節(jié)器6，平面輸出鏡7，平凹反射鏡組8，半導體可飽和吸收體9 ;880nm泵浦源通過泵浦光傳輸光纖耦合至泵浦光耦合系統(tǒng)，泵浦光耦合系統(tǒng)與雙色鏡耦合，雙色鏡分別與增益晶體和平凹反射鏡組耦合，增益晶體、腔長調(diào)節(jié)器和平面輸出鏡依次耦合，平凹反射鏡組與半導體可飽和吸收體耦合；
[0029]其中，平面輸出鏡和半導體可飽和吸收體之間的組件共同組成激光器的諧振腔；腔長調(diào)節(jié)器由兩個三棱鏡組成，通過調(diào)節(jié)兩個三棱鏡的距離實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)諧振腔的腔長。
[0030]本發(fā)明實施例的腔長調(diào)節(jié)器中設置了兩個三棱鏡，通過調(diào)節(jié)這兩個三棱鏡的距離，可以輕松的調(diào)節(jié)諧振腔的腔長，以連續(xù)調(diào)節(jié)激光輸出脈沖寬度，得到不同脈沖寬度的激光，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法輸出脈沖寬度小于IOOps的連續(xù)可調(diào)諧鎖模激光的問題。[0031]在上述脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器中，平面輸出鏡和半導體可飽和吸收體組成激光器諧振腔，激光通過增益晶體起振，通過半導體可飽和吸收體鎖模后再一次通過增益晶體，相當于又一次放大，經(jīng)平面輸出鏡輸出高功率，高光束質(zhì)量鎖模激光；通過腔長調(diào)節(jié)器連續(xù)調(diào)節(jié)腔長，可以輸出脈沖寬度連續(xù)可變的鎖模激光。
[0032]設計過程中，880nm泵浦源提供最大功率30W泵浦光，半導體可飽和吸收體的中心吸收波長為1064nm或者1030nm。
[0033]腔長調(diào)節(jié)器的三棱鏡的材質(zhì)可以設置為熔融石英，即兩塊三角形的熔融石英組成，并且?？拷矫孑敵鲧R側(cè)的三棱鏡的三角形邊長大于另一個三棱鏡的三角形邊長，還可以在靠近平面輸出鏡側(cè)的三棱鏡上設置移動把手，以調(diào)整兩個三棱鏡之間的距離，來實現(xiàn)調(diào)節(jié)腔長的目的。
[0034]設置時,雙色鏡為30°平面反射鏡,用于透射泵浦光，反射激光；平面輸出鏡為對激光透射率為5%?15%的輸出鏡；平凹反射鏡組的多個平凹反射鏡均為6°全反鏡，可以根據(jù)需求設置3個、4個等。實現(xiàn)時，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)的腔長來確定平凹反射鏡組的反射鏡的數(shù)量。
[0035]增益晶體的材料可以為摻銣釩酸釔(Nd = YVO4)或者摻鐿釔鋁石榴石(Yb: YAG);并且，增益晶體的橫截面可以在2mmX 2mm至5mmX 5mm的范圍內(nèi)，長度為5mm?IOmm ;增益晶體還可以采用雙增透鍍膜方式；增益晶體的冷卻方式可以為傳導冷卻；增益晶體的泵浦方式為連續(xù)泵浦，泵浦電流為2A?5A。
[0036]優(yōu)選實施例
[0037]如果激光腔是駐波腔，那么每一個縱模就會在腔內(nèi)形成一套完美的駐波，既然是駐波就有波峰和波節(jié)，當波峰的增益達到腔的損耗時，就會停留在那個水平上，而波節(jié)處由于反轉(zhuǎn)粒子數(shù)沒有消耗所以在泵浦增強時會繼續(xù)增加，直到它的強度使不在中心的一個縱模的增益達到腔的損耗(損耗對任何一個頻率是相等的)從而這個縱模起振。若泵浦繼續(xù)增強，則會在這兩個縱模的波峰之間出現(xiàn)更多其它更多縱模的波峰。這個使得均勻加寬出多縱模激光的機制就是“空間燒孔”。簡單說來就是均勻加寬介質(zhì)的駐波腔激光器中，某一縱模的增益在空間分布的不均勻“燒孔”引起其它縱模起振。對應地，將增益晶體放置于諧振腔一端時，輸出鎖模激光的脈沖寬度較窄；當增益晶體放置于諧振腔中間時，輸出鎖模激光的脈沖寬度較寬。造成這一現(xiàn)象的原因是，增益晶體在激光腔內(nèi)的位置不同，對應諧振腔內(nèi)的“燒孔效應”就不同。當增益晶體位于諧振腔一端時，腔內(nèi)“燒孔效應”最為明顯，從而更多的頻率成分可以起振。這樣的效應加寬了激光的光譜寬度，從而對應了更短的鎖模激光脈沖輸出。而當增益晶體位于諧振腔中間時，腔內(nèi)“燒孔效應”較弱，起振的頻率成分較少，譜寬較窄，從而對應了較寬的鎖模激光脈沖輸出。
[0038]本發(fā)明實施例的實施內(nèi)容就是讓激光晶體的位置不動，改變諧振腔的腔長，使激光晶體在諧振腔的位置不同，從而實現(xiàn)輸出脈沖寬度的連續(xù)調(diào)節(jié)。
[0039]本實施例提供一種脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括:
[0040]880nm泵浦源1，提供最大功率30W輸出，880nm泵浦光，相當于帶內(nèi)泵浦，能有效減少在增益晶體內(nèi)的熱量，有利于高功率、高光束質(zhì)量激光輸出。
[0041]泵浦光傳輸光纖2,長度3m,勻化及傳輸泵浦光；光纖芯徑400 μ m,數(shù)值孔徑0.22。泵浦光耦合系統(tǒng)3，耦合比例為1:1，將高光束質(zhì)量泵浦光耦合入增益晶體5，在晶體上的泵浦光斑直徑也為400 μ m ;雙色鏡4，透射880nm泵浦光，反射1064nm激光，面向泵浦光一側(cè)鍍880nm增透膜(T > 99.5%)，面向諧振腔內(nèi)一側(cè)鍍880nm高透膜(T > 99%)和1064nm高反膜(R > 99.8%)，能有效避免1064nm激光返回光纖內(nèi)，影響甚至燒壞泵浦源880nm模塊。
[0042]增益晶體5為Nd = YVO4，其較大的吸收帶寬和較短的上能級壽命(92 μ s)有利于鎖模的產(chǎn)生，增益晶體5的尺寸為3mmX 3mmX 5mm, NdiYVO4晶體兩端面鍍880nm增透膜(Τ >99.5%)和1064nm增透膜(Τ > 99.5%)，其摻雜原子分數(shù)為0.5%，NdiYVO4晶體用銦鉬包裹，放置于半導體制冷片冷卻的紫銅熱層中。腔長調(diào)節(jié)器6，調(diào)節(jié)諧振腔腔長；平面輸出鏡7，對1064nm的透過率為10% ;第一平凹反射鏡8，曲率半徑為IOOOmm ;第二平凹反射鏡9，曲率半徑為5000mm ;第三平凹反射鏡10，曲率半徑為500mm，將激光聚焦在半導體可飽和吸收體11上。
[0043]半導體可飽和吸收體的尺寸為4mmX 4mm,粘貼在外徑為25.4mm的銅熱層上,有利于半導體可飽和吸收體的散熱。半導體可飽和吸收體可以為德國BATOP公司生產(chǎn)的被動鎖模器，其調(diào)制深度為2.5%，飽和通量為70 μ J/cm2。
[0044]不插入腔長調(diào)節(jié)器6時，隨著泵浦功率的增加，泵浦光超過出光閾值時，輸出連續(xù)激光；進一步加大泵浦功率，先輸出調(diào)Q脈沖，然后是連續(xù)鎖模激光。重復頻率為29.06MHz,輸出的脈沖波形穩(wěn)定。此時泵浦光功率為20W，輸出激光為6W，對應的光光轉(zhuǎn)換效率為30%。
[0045]腔長調(diào)節(jié)器6的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，由兩塊三角形熔融石英組成，兩塊石英的形狀相同，從而保證入射光線A和出射光線B平行，并不會使諧振腔失諧。入射光路和出射光路都是布儒斯特角，有利于偏振光的選擇。其中，小三角形石英固定在底座上，大三角形石英與小三角形石英平行放置，其手柄上有螺旋測微器刻度，每旋轉(zhuǎn)一圈，前進或者后退0.5_，順時針旋轉(zhuǎn)時，插入光路的石英晶體長度增加，從而增加平面輸出鏡7和增益晶體5之間的距離，使腔內(nèi)“燒孔效應”減弱，從而使輸出脈沖寬度增加，能得到的最大脈沖寬度為43.6ps，如圖4所示。逆時針旋轉(zhuǎn)時，插入光路的石英晶體長度減少，從而減少平面輸出鏡7和增益晶體5之間的距離，使腔內(nèi)“燒孔效應”明顯，從而使輸出脈沖寬度變窄，能得到的最窄脈沖寬度為12.3ps，如圖5所示。
[0046]在設計時，增益晶體5也可以是Yb: YAG，此時泵浦光波長I應選擇為940nm，泵浦源的最大輸出功率應為40W，為避免Yb = YAG晶體的自吸收，應選擇長度為5mm的Yb = YAG晶體。
[0047]泵浦光I的波長也可以是808nm，此時增益晶體5Nd:YV04的摻雜原子分數(shù)應降為
0.3%。
[0048]本發(fā)明實施例提供的脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，輸出脈沖寬度連續(xù)可調(diào)，有效解決了實際應用對不同脈寬的需求，降低了系統(tǒng)的體積和成本，只需在諧振腔中插入腔長調(diào)節(jié)器，而諧振腔不會失諧，輸出鎖模激光功率高，偏振度高，光束質(zhì)量好。
[0049]盡管為示例目的，已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到各種改進、增加和取代也是可能的，因此，本發(fā)明的范圍應當不限于上述實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，其特征在于，包括: 880nm泵浦源，泵浦光傳輸光纖，泵浦光耦合系統(tǒng)，雙色鏡，增益晶體，腔長調(diào)節(jié)器，平面輸出鏡，平凹反射鏡組，半導體可飽和吸收體； 所述880nm泵浦源通過所述泵浦光傳輸光纖耦合至所述泵浦光耦合系統(tǒng)，所述泵浦光耦合系統(tǒng)與所述雙色鏡耦合，所述雙色鏡分別與所述增益晶體和所述平凹反射鏡組耦合，所述增益晶體、所述腔長調(diào)節(jié)器和平面輸出鏡依次耦合，所述平凹反射鏡組與所述半導體可飽和吸收體耦合； 其中，所述平面輸出鏡和所述半導體可飽和吸收體之間的組件共同組成激光器的諧振腔； 所述腔長調(diào)節(jié)器由兩個三棱鏡組成，通過調(diào)節(jié)所述兩個三棱鏡的距離實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)所述諧振腔的腔長。
2.如權(quán)利要求1所述的脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，其特征在于，所述腔長調(diào)節(jié)器的三棱鏡的材質(zhì)為熔融石英，且靠近所述平面輸出鏡側(cè)的三棱鏡的三角形邊長大于另一個三棱鏡的三角形邊長。
3.如權(quán)利要求1所述的脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，其特征在于， 所述雙色鏡為30°平面反射鏡，用于透射泵浦光，反射激光。
4.如權(quán)利要求1所述的脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，其特征在于， 所述平面輸出鏡為對激光透射率為5%?15%的輸出鏡。
5.如權(quán)利要求1所述的脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，其特征在于，所述平凹反射鏡組的多個平凹反射鏡均為6°全反鏡。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，其特征在于， 所述增益晶體材料為摻銣釩酸釔Nd: YVO4,或者，摻鐿釔鋁石榴石Yb: YAG ；并且，所述增益晶體的橫截面為2mmX 2mm至5mmX 5mm,長度為5mm?10mnin
7.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，其特征在于，所述增益晶體采用雙增透鍍膜方式。
8.如權(quán)利要求7所述的脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，其特征在于，所述增益晶體的冷卻方式為傳導冷卻。
9.如權(quán)利要求7所述的脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，其特征在于，所述增益晶體的泵浦方式為連續(xù)泵浦，泵浦電流為2A?5A。
10.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的脈寬可調(diào)諧被動鎖模激光器，其特征在于，所述半導體可飽和吸收體的中心吸收波長為1064nm或者1030nm。
【文檔編號】H01S3/098GK103794977SQ201410032406
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】毛小潔, 秘國江, 龐慶生, 鄒躍, 劉先達 申請人:中國電子科技集團公司第十一研究所