[实用新型]一种输出脉冲数可灵活调节的高峰值功率皮秒激光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种输出脉冲数可灵活调节的高峰值功率皮秒激光器，属于高峰值功率皮秒激光器技术领域。

背景技术

高能量皮秒激光器以其高的峰值功率、窄的脉冲宽度，在材料精细微加工、LED划片、太阳能光伏、科学研究等领域得到了广泛的应用。相对于纳秒激光，采用皮秒激光加工材料，具有精度高、热影响区域极小、加工边缘无毛刺等优点。为了满足上述应用，一般要求皮秒激光峰值功率达到MW量级，目前产生MW量级峰值功率皮秒激光的原理是从几十MHz锁模种子源激光器通过电光或者声光调制的方法，选出kHz到百kHz种子光脉冲，然后经过放大实现瓦级功率输出。

脉冲选单技术由电光选单技术和声光选单技术两种，电光选单技术响应速度快（小于5ns），可以实现100MHz以上的脉冲选单功能，但是其体积很大，价格贵，同时需要几千伏高压信号，使用非常不便。声光选单技术响应时间较慢（一般大于10ns），通常只能用于50MHz以下的脉冲选单功能，但是其体积小巧，便宜，使用非常方便。声光选单器工作原理如下：高频的种子光信号经过声光选单器后，利用声光调制原理，当有效电平信号加载到选单器上时，需要的信号光将被衍射出来，有效电平的时间长短决定选取脉冲数量的多少。例如对于30MHz的种子激光来说，其周期为33.3ns，所以如果选单器有效电平时间小于33.3ns，可以选出单个脉冲，增加时间可以选取更多脉冲。

激光脉冲放大的方式有两种，即再生放大及行波放大。再生放大技术优点是，放大器增益高，可以达到10⁶-10⁹，但是再生放大腔结构复杂，对脉冲时序要求非常严格，同时需要加入电光腔倒空功能，制作难度非常大。行波放大技术的优点是，不需要再生放大腔，结构简单，稳定可靠，且容易获得较高功率输出，缺点是单级放大增益小，一般可以达到10³-10⁴。

目前，国际上大多数公司都采用再生放大器放大皮秒脉冲，例如High Q laser、Ekspla、Trumpf、Coherent等公司，最高输出功率可以达到百kHz频率下50W以上。国外也有研究用于皮秒脉冲放大的行波放大器。例如，2006年意大利Antonio Agnesi等人，采用两级板条激光器实现将0.1nJ单脉冲能量放大到10uJ，放大增益为10⁵；2009日本K. Nawata等人采用2mW皮秒种子源激光两次通过楔形板条Nd:YVO4构成的行波放大器，实现输出功率25W，放大增益为12500。为了获得高的增益和高的峰值功率，行波放大器的增益介质一般为板条结构，但是板条结构需要对放大激光进行多次整形会造成激光光斑质量变差。采用端面泵浦Nd:YVO4方式可以解决此问题，但是由于Nd:YVO4端面热应力影响，不能承受高的泵浦功率（小于40W），放大增益很小。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种输出脉冲数可灵活调节的高峰值功率皮秒激光器。可将激光器的峰值功率由几kW放大到MW量级，通过改变声光选单器有效电平时间，实现单个脉冲包络内脉冲数量从1到几百个灵活改变，达到激光峰值功率灵活调整的目的。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种输出脉冲数可灵活调节的高峰值功率皮秒激光器，特点是：包括半导体二极管、激光晶体、法拉第旋光器和皮秒光纤种子源，半导体二极管依次衔接第一透镜和第二透镜，第二透镜衔接第一平面镜，第一平面镜衔接激光晶体，激光晶体衔接第二平面镜，所述皮秒光纤种子源衔接第四透镜，第四透镜衔接声光脉冲选单器，声光脉冲选单器衔接第三透镜，第三透镜衔接薄膜偏振片，薄膜偏振片衔接第三平面镜，第三平面镜衔接法拉第旋光器，法拉第旋光器与第一平面镜相衔接；

半导体二极管发出的光经过第一透镜和第二透镜耦合进激光晶体内，皮秒光纤种子源的水平偏振皮秒种子源脉冲，经过第四透镜聚焦到声光脉冲选单器后，选出kHz的皮秒脉冲种子激光，种子激光经过第三透镜后进行准直，准直后的种子激光经过薄膜偏振片及第三平面镜后通过法拉第旋光器偏振态旋转45°，种子光再经过激光晶体实现第一次光放大，放大后的激光经过第一平面镜反射后，重新经过激光晶体做第二次放大，二次放大后的激光经过第二平面镜沿原光路返回，再次经过法拉第旋光器后偏振态再次旋转45°，相对于放大前激光偏振态旋转90°，当激光再次经过薄膜偏振片后透射出去，实现整个光放大过程。