本發(fā)明屬于碟片激光器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種超短脈沖飛秒碟片激光器。

背景技術(shù)：

1、鐿離子（yb3+）摻雜的激光材料是高功率超快激光領(lǐng)域最為重要的增益介質(zhì)之一，主要原因?yàn)椋?.yb3+不存在激發(fā)態(tài)吸收、上能級(jí)轉(zhuǎn)化等現(xiàn)象，避免了有效發(fā)射截面的內(nèi)部效應(yīng)，提高能量的利用率；2.?yb3+摻雜的材料沒(méi)有濃度猝滅現(xiàn)象，因此支持高濃度的離子摻雜；3.?yb3+摻雜材料的強(qiáng)吸收譜線位于940nm和980nm附近，非常適合高功率高亮度的ingaas半導(dǎo)體光源直接泵浦；4.?yb3+摻雜材料上能級(jí)壽命長(zhǎng)，利于存儲(chǔ)能量；5.?yb3+材料量子效率高，從根本上減少了熱的產(chǎn)生，有利于產(chǎn)生高功率的激光。

2、yb:yag晶體的增益譜線有兩個(gè)發(fā)射峰，主發(fā)射峰位于1030nm波長(zhǎng)處，發(fā)射帶寬約為9nm，相應(yīng)的吸收截面為2.1×10-20cm2，次發(fā)射峰位于1060nm附近，具有約40nm的帶寬，相應(yīng)的吸收截面是0.3×10-20cm2。通常情況下，yb:yag激光器產(chǎn)生的激光脈沖均位于1030nm處，但其9nm的熒光譜寬的相應(yīng)的傅里葉變換極限脈寬為120fs，無(wú)法產(chǎn)生fs量級(jí)以下的超短脈沖，這限制了yb:yag激光器在超快激光領(lǐng)域的應(yīng)用。

3、為了獲得更窄脈寬的激光脈沖，有研究人員提出在塊狀固體激光器中增加yb:yag晶體的長(zhǎng)度以抑制1030nm波長(zhǎng)，但該方案中激光晶體同時(shí)作為克爾介質(zhì)，無(wú)法分別獨(dú)立調(diào)節(jié)增益和克爾效應(yīng)，導(dǎo)致克爾透鏡鎖模后的光譜不能單獨(dú)優(yōu)化，最終產(chǎn)生的光譜中有明顯的連續(xù)峰，此外，晶體長(zhǎng)度的增加，也會(huì)導(dǎo)致明顯的能量損耗。

4、yb:yag晶體因其各向同性、高導(dǎo)熱性以及出色的抗拉伸性被廣泛視為最為成熟的碟片材料，同時(shí)，由于yb3+離子的高度摻雜，yag晶體能夠制備成極薄的片狀，從而有效地抑制熱透鏡和熱光畸變等不良熱效應(yīng)的產(chǎn)生。這些都使得yb:yag晶體被廣泛用作碟片激光器中的增益介質(zhì)。

5、對(duì)于碟片激光器而言，為了獲得更窄脈寬的激光脈沖，一種方法是開發(fā)其他新型的碟片激光材料。但目前這些新型碟片材料仍在發(fā)展中，晶體生長(zhǎng)困難，工藝技術(shù)也尚未成熟。與yb:yag碟片激光器相比，利用新型碟片材料所實(shí)現(xiàn)的超快激光功率水平存在較大差距。另一種方法是在激光輸出后通過(guò)具有非線性效應(yīng)的裝置，使激光脈沖的光譜在自相位調(diào)制作用下展寬，經(jīng)啁啾鏡補(bǔ)償色散后獲得更窄的脈沖寬度，如充稀有氣體的空心光纖、多通池等。但是這種方法需要在腔外增加額外的裝置，存在一定的效率損失。此外，系統(tǒng)的復(fù)雜度增加，操作更為困難，成本也會(huì)提高。

6、目前最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)配置是在激光器內(nèi)設(shè)置一系列的非線性晶體，以增加腔內(nèi)的自相位調(diào)制效應(yīng)，這種級(jí)聯(lián)克爾透鏡鎖模的方法突破了1030nm處的光譜帶寬限制，可以實(shí)現(xiàn)百飛秒量級(jí)以下的超短脈沖，并且在一定程度上簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)裝置，但由于在腔內(nèi)增加了額外的晶體，會(huì)造成嚴(yán)重的能量損耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種超短脈沖飛秒碟片激光器，其目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量損耗低，并且可產(chǎn)生百飛秒量級(jí)以下超短脈沖序列的激光器。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種超短脈沖飛秒碟片激光器，包括：泵浦源，碟片激光晶體，泵浦模塊和諧振腔；

3、泵浦模塊設(shè)置于泵浦源的出射光路上；碟片激光晶體為yb:yag晶體，其設(shè)置于泵浦模塊內(nèi)；泵浦模塊使泵浦源發(fā)出的泵浦激光多次穿過(guò)碟片激光晶體后激發(fā)碟片激光晶體產(chǎn)生振蕩激光；

4、諧振腔設(shè)置于振蕩激光自碟片激光晶體輸出的一側(cè)，諧振腔包括第一分支和第二分支；

5、第一分支包括沿光路依次設(shè)置的消色散單元和端鏡；振蕩激光沿第一分支傳輸至端鏡后沿原路返回至碟片激光晶體，并被反射至至第二分支；

6、第二分支包括沿光路依次設(shè)置的第一凹面鏡、非線性晶體、第二凹面鏡和輸出鏡；第一凹面鏡和第二凹面鏡的焦點(diǎn)重合；非線性晶體摻雜了yb3+，用于抑制1030nm激光的產(chǎn)生并形成克爾效應(yīng)；振蕩激光沿第二分支傳輸至輸出鏡后，部分透過(guò)輸出鏡輸出，形成穩(wěn)定的超短激光脈沖序列，剩余部分沿原路返回至碟片激光晶體，并被反射至第一分支。

7、進(jìn)一步地，非線性晶體為yb:yag片。

8、進(jìn)一步地，yb:yag片表面兩側(cè)鍍有對(duì)1060nm波段的增透膜，透過(guò)率大于99.9%，且yb:yag片的厚度小于3mm。

9、進(jìn)一步地，yb:yag片垂直于光路設(shè)置。

10、進(jìn)一步地，yb:yag片中，yb3+的摻雜濃度為7%。

11、進(jìn)一步地，消色散單元包括沿光路依次設(shè)置的兩個(gè)高色散鏡。

12、進(jìn)一步地，高色散鏡的迎光面上鍍有對(duì)振蕩激光的高反膜。

13、進(jìn)一步地，輸出鏡的迎光面上鍍有對(duì)振蕩激光部分反射、部分透過(guò)的膜層，透過(guò)率范圍為0.5%~20%；輸出鏡的出光面上鍍有對(duì)振蕩激光的增透膜。

14、進(jìn)一步地，碟片激光晶體面向諧振腔的一側(cè)鍍有對(duì)泵浦激光和振蕩激光的增透膜，在背向諧振腔的一側(cè)鍍有對(duì)泵浦激光和振蕩激光的高反膜。

15、進(jìn)一步地，碟片激光晶體中鍍有高反膜的表面固定在水冷熱沉上。

16、總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，能夠取得以下有益效果：

17、（1）本發(fā)明提供的超短脈沖飛秒碟片激光器，作為增益介質(zhì)的碟片激光晶體為yb:yag晶體，在此基礎(chǔ)上，直接在諧振腔內(nèi)設(shè)置摻雜了yb3+的非線性晶體，該非線性晶體一方面作為克爾介質(zhì)，基于克爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)振蕩激光的克爾透鏡鎖模，另一方面通過(guò)對(duì)低能級(jí)yb3+的重吸收實(shí)現(xiàn)對(duì)1030nm波段增益的抑制，等效于提高了對(duì)1030nm波段的損耗，由于主發(fā)射峰1030nm波段的激光被抑制，使得次發(fā)射峰1064nm附近的激光被激發(fā)，最終產(chǎn)生1064nm附近的穩(wěn)定的激光脈沖序列，脈寬為30fs左右，在百飛秒量級(jí)以下。這種將克爾介質(zhì)和yb:yag片集成于一體的方案既不需要在腔外設(shè)置額外的裝置，也無(wú)需在腔內(nèi)設(shè)置級(jí)聯(lián)的非線性晶體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且能量損耗低。總體而言，本發(fā)明提供的超短脈沖飛秒碟片激光器，可產(chǎn)生百飛秒量級(jí)以下超短脈沖序列，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量損耗低。

18、（2）本發(fā)明提供的超短脈沖飛秒碟片激光器，在其優(yōu)選方案中，用于實(shí)現(xiàn)克爾透鏡鎖模并抑制1030nm波段增益的非線性晶體具體為yb:yag片，其材料與作為增益介質(zhì)的碟片激光晶體相同，使得激光器整體結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，且對(duì)于1030nm波段增益的抑制作用更為明顯。

19、（3）本發(fā)明提供的超短脈沖飛秒碟片激光器，在其優(yōu)選方案中，在使用yb:yag片作為諧振腔內(nèi)非線性晶體的基礎(chǔ)上，yb:yag片表面鍍有對(duì)1060nm波段的增透膜，且其厚度小于3mm，通過(guò)這樣的設(shè)置，在保證實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的情況下，避免了因增加晶體厚度而導(dǎo)致能量損耗增加。在其進(jìn)一步優(yōu)選的方案中，yb:yag片垂直于光路設(shè)置，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)置方式不影響輸出激光的質(zhì)量，且相比于按照布儒斯特角設(shè)置，具有更低的能量損耗。

20、（4）本發(fā)明提供的超短脈沖飛秒碟片激光器，在其優(yōu)選方案中，消色散單元由兩個(gè)高色散鏡實(shí)現(xiàn)，高色散鏡因其較高的反射率和極大的色散補(bǔ)償量，在大功率激光器中可以取代常用的光柵和棱鏡實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償，且相比于光柵和棱鏡，高色散鏡更容易集成化、小型化，且光路調(diào)節(jié)更加方便。在其進(jìn)一步的優(yōu)選方案中，高色散鏡的熒光面上鍍有對(duì)振蕩激光的高反膜，由此可以進(jìn)一步提高色散補(bǔ)償效果。

21、（5）本發(fā)明提供的的超短脈沖飛秒碟片激光器，在其優(yōu)選方案中，輸出鏡和碟片激光晶體上均進(jìn)行了相應(yīng)的鍍膜處理，可以在保證輸出的激光脈沖序列的質(zhì)量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步減少諧振腔內(nèi)的能量損耗。