[实用新型]一种小型化固体飞秒激光振荡器

说明书

本实用新型涉及激光技术领域，特别是涉及一种固体自锁模激光振荡器。

在激光技术研究中，超短激光脉冲作为人类所能控制的时间极限的标志及其在微观世界揭示物质瞬态动力学的独特特性，一直是最热门的激光研究内容之一。目前，人们借助脉冲压缩技术在实验室所能获得的最短脉冲宽度已接近4fs(1fs＝10^-15秒)，其应用研究渗透到了物理学、化学、生物学、通讯等学科的最前沿课题，并进而导致了许多新学科，如强场物理、飞秒化学、超高速大容量光通讯等学科的形成和发展。1999年，美国科学家A.Zewail因其用飞秒激光研究化学反应的开创性工作而获诺贝尔化学奖。正是由于飞秒激光无处不在的应用，许多科学家将其形容为“寻找答案的钥匙”。

用于产生超短激光脉冲最主要的技术手段是激光锁模技术。从激光问世至今，锁模先后经历了主动锁模、被动锁模、同步泵浦锁模、碰撞锁模、耦合腔锁模(附加脉冲锁模)、克尔透镜锁模等主要锁模方式，所用的激光介质由最初的窄带固体激光、宽带染料激光发展到今天的宽带固体激光材料，脉宽在不到四十年的时间里从纳秒(10^-15秒)量级进展到近光周期(~3飞秒)。但是，飞秒激光真正意义上成为实用可靠的应用研究工具，应该归功于90年代初掺钛蓝宝石激光自锁模技术，即克尔透镜技术的发现(文献1，D.E.Spence，P.N.Kean，W.Sibbert；Opt Lett.Vol.16(1991)42)，这一技术的问世，不仅使得原有飞秒激光仅数十毫瓦的功率输出提高了近两个量级而达到实用性的程度，而且与传统锁模激光复杂的技术要求相比，其结构几乎与普通激光一样简单，这种革命性的突破，为飞秒激光向产品化发展提供了成熟的技术基础。

基于飞秒激光广泛的应用研究需要及实用可靠的研究成果，美国光谱物理公司(S-P)(文献2，http：//www.splasers.com/)、相干公司(文献3，http：//www.coherentinc.com/)早在1994年起就开发推出了脉宽100多飞秒的棱镜对色散补偿飞秒钛宝石激光产品及相关产品说明所示，虽然S-P最新的产品输出又进一步缩短到了35飞秒，但与目前实验室最好结果相比(~5fs)(文献4，G.Steinmeyer，D.H.Sutter，L.Gallmann，N.Matuschek，U.Keller；Science，Vol.286(1999)1507)，两者都存在较大的差距，特别是体积庞大、不便搬动。针对这些缺点，近年来奥地利维也纳技术大学、瑞士工业技术大学分别在其啁啾镜补偿色散技术、半导体饱和吸收反射镜启动锁模技术研究的基础上，先后通过注册FemtolasersProduktions GmbH公司(奥地利)(文献5，http：//www.femtolasers.com/)及Time-Bandwidth公司(瑞士)(文献6，http：//www.timebandwidth.com/)及相关产品的说明所示，推出了体积简化的新产品，特别是奥地利Femtolasers ProduktionsGmbH公司通过独特的啁啾镜技术，其产品脉宽仅20飞秒左右，一度是脉宽唯一小于100飞秒的实用商品，但是这种啁啾镜激光除成本昂贵、各台输出参数难以统一外，其锁模不易启动，脉宽不能调节，不利于实际操作使用。

我们在多年研究锁模钛宝石激光的基础上，于1997年采用棱镜对色散补偿技术实现了脉宽13fs的稳定锁模输出(文献7，魏志义、张杰、夏江帆、冯宝华、张秀兰、邱阳；《中国科学》A，Vol.43(2000)No.10)，结果居国内领先、国际先进水平。进一步采用啁啾镜后，得到了8.5fs的结果，在此基础上，通过实用化设计，研制成功输出脉宽可调，最短达18fs的新型固体飞秒激光产品样机。

本实用新型的目的是克服已有技术的不足，通过实用化设计，提供一种固体自锁模飞秒激光振荡器。本实用新型通过引入三个小角度入射平面宽带全反镜来实现，还包括：一个聚焦透镜、一个激光晶体、两个凹面反射镜、一个垂直宽带全反镜、一个平面输出镜、两个石英棱镜、一个爬高镜及一个镀金镜。该实用新型结构小巧紧凑，脉冲宽，锁模启动简易，具有脉宽可调、双向输出、自动补偿空间色散、可靠性高、成本低等优点，因此具有广泛的应用前景。

本实用新型的目的是这样实现的：