[实用新型]输出频率可调的高功率皮秒激光器

说明书

技术领域

本实用新型属于激光器技术领域，尤其涉及一种输出频率可调的高功率皮秒激光器。

背景技术

高功率的皮秒脉冲具有脉冲宽度窄、峰值功率高、单色性好、与材料作用时间大于热效应扩散时间等优点，在微纳加工、医疗处理、精密测距和国防等领域应用广泛，是激光器领域的前沿研究方向之一，尤其在非线性光学频率转换等应用场合，高功率激光脉冲能获得更高的转换效率。

通过产生电学上小于1ns的电脉冲，驱动快速响应的半导体激光器产生皮秒脉冲，其脉冲宽度一般在百皮秒量级，且重复频率可以根据需要，可以实现从1Hz至数MHz的调节，但是其输出功率仅数百微瓦，且由于半导体激光器工作在非稳态模式，其输出激光纵模较多，发射光谱宽。

为获得高功率的皮秒脉冲，常采激光脉冲放大的方法，目前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，同时需要加入是电光腔倒空功能，制作难度非常大。行波放大技术的优点是，结构简单，易于实现，但是由于激光随着不断放大，其光功率密度逐渐增大，很容易达到放大增益介质的破坏阈值，所在行波放大器的增益有限，一般为10⁴左右。

综上所述，采用短脉冲驱动半导体激光器的方式，虽然可以获得短脉冲激光，但是激光光谱较宽，再放大时，会因色散而使得脉冲宽度展宽。再生放大技术因其结构复杂，难易实现稳定的激光输出，行波放大技术，虽然结构简单，但其可以获得的光增益有限。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型旨在提供一种输出频率可调的高功率皮秒激光器，可将激光器的峰值功率由几kW放大到MW量级。

技术方案：一种输出频率可调的高功率皮秒激光器，包括：信号光源，用于提供激光器的激光信号；放大器，用于实现对皮秒脉冲激光能量或功率的放大；还包括光束整形模块，用于改变激光光束的形状；放大器包括沿着光路依次排布的光纤放大器和板条放大器；光束整形模块包括光束整形注入模块和光束整形输出模块，光束整形注入模块设置在光纤放大器和板条放大器之间的光路上，将光纤放大器输出的激光整形成垂直方向发散、水平方向准直的光束输出到板条放大器；光束整形输出模块设置在板条放大器的输出光路上，将板条放大器输出的激光在垂直和水平方向进行准直后输出。所述光束整形注入模块和光束整形输出模块均由多个柱面镜组成，所述柱面镜上镀有1064nm的增透膜。

所述信号光源包括驱动电路、半导体激光器、种子光源和光环形器，所述驱动电路与半导体激光器连接，种子光源与光环形器的端口Ⅰ连接，光环形器的端口Ⅱ与半导体激光器连接，光环形器的端口Ⅲ为信号光源的输出端。种子光源由光环形器的端口Ⅰ输入窄线宽种子光，窄线宽种子光几乎毫无损失地由端口Ⅱ输出到半导体激光器，种子光源通过光环形器实现将输出的窄线宽种子光注入到半导体激光器，然后半导体激光器经由端口Ⅱ输入与种子光线宽一致的光，端口Ⅱ输入的光几乎毫无损失地由端口Ⅲ输出。采用窄线宽种子光源注入锁定方法，有效的压窄了输出激光线宽，不需要加入窄带宽滤波器件，结构简单。

所述光源还包括温控模块，用于使所述半导体激光器的工作温度稳定在指定值，所述温控模块与半导体激光器连接。所述温控模块由制冷片和温控电路组成，所述制冷片为半导体制冷片（TEC），其温度波动小于0.1℃。让半导体激光器工作在最佳温度，保证半导体激光器的输出光中心波长不会因为环境温度的改变而发生漂移。

所述驱动电路为超短脉冲驱动电路，提供最短脉冲宽度小于1ns的脉冲信号，脉冲频率可以从0～1MHz可调。所述种子光源为单模半导体连续激光器，提供1064nm窄线宽激光。

所述光纤放大器包括前端光隔离器、光纤放大泵浦源、光合束器、增益光纤和后端光隔离器，所述前端光隔离器和后端光隔离器作为光纤放大器的输入端与输出端，分别设置在光纤放大器光路的两端；所述光合束器、增益光纤依次设置在前端光隔离器和后端光隔离器之间的光路上，光纤放大泵浦源与光合束器输入端连接。