[发明专利]一种光纤激光器泵浦的高功率克尔透镜自锁模激光器

说明书

技术领域

本发明属于光纤激光器泵浦的超快激光技术领域，尤其涉及一种光纤激光器泵浦的高功率克尔透镜自锁模激光器。

背景技术

自从激光诞生以来，人们一直追求着并希望获得更短的脉冲宽度。快速时间分辨成为可能得益于超短的脉冲宽度，类似于高速摄像机捕捉高速的动作一样，超短脉冲激光可以将像分子或电子这样超快运动“定格”在某一瞬间，因此可以探测化学反应动力学和高速运动电子，以及其他飞秒动力学过程的电光采样。利用超短脉冲激光可以间接的探测，分子分解动力学和更多复杂的化学反应动力学过程。于此同时，超短的脉冲宽度在频域上对应的是宽带的光谱，使得更精细的空间分辨成为可能。1991年，英国的D.E.Spence等人首次采用自锁模技术实现了脉冲宽度为60fs的掺钛蓝宝石飞秒振荡器(D.E.Spence et al.,Opt.Lett.16,42(1991))，在腔内不需要添加任何调制元件，仅凭借掺钛蓝宝石增益介质本身的克尔效应作为可饱和吸收体，在适当的腔型结构下即可实现稳定的自锁模运转，后来将这种新的锁模机制称为克尔透镜锁模，它成为掺钛蓝宝石飞秒振荡器发展过程中的里程碑。利用克尔透镜锁模，掺钛蓝宝石飞秒振荡器目前已经实现了周期量级脉冲宽度的飞秒脉冲输出。虽然克尔透镜锁模掺钛蓝宝石飞秒振荡器取得了辉煌的成就，但是它也存在着一些固有的缺点，列如：体积大，价格昂贵，因此在某种意义上就限制了掺钛蓝宝石飞秒激光器的应用，使得掺钛蓝宝石飞秒激光器只局限应用在一些大型的实验室中，不能获得广泛的应用。基于这种状况，LD泵浦的全固态飞秒激光器应运而生，采用LD泵浦具有成本低廉，结构简单紧凑等优点，有利于飞秒激光器的广泛应用。同时，采用LD泵浦具有亮度高，功率大等优点，十分适合高功率飞秒激光的输出，在国防、工业、医疗以及科研等领域有着十分重要的应用。随着高功率、高亮度的LD的发展，各种全固态晶体、陶瓷以及其他材料被用作于产生飞秒激光的研究当中。在众多掺杂离子当中，掺杂Yb³⁺离子的激光晶体具有很多优良的特性，例如没有激发态的吸收、没有交叉弛豫，很高的量子效率，很小的量子亏损，较长的荧光寿命以及具有较宽的发射带宽。利用高亮度LD作为泵浦源，利用克尔透镜效应，人们已经在多种掺镱激光晶体如Yb:LYSO(W.Tian et al.Opt.Express 22(16),19040-19046(2014))、Yb:YGG(J.Zhang et al.Optics Express 21,29867-29873(2013).)和Yb:KYW(H.Liu et al.Opt.Lett.26,1723-1725(2001).)等中实现了亚100fs的超短脉冲产生。但是为了实现克尔透镜锁模，要求使用高亮度的LD泵浦源(耦合光纤芯径为50微米)，而这种泵浦源的输出功率不超过8W，大大的限制了克尔透镜锁模脉冲的平均功率。在过去的十年里，高功率的超快激光器在科学研究和应用上得到了快速的发展。基于掺Yb的正硅酸盐晶体的全固态激光器很适合产生亚百飞秒高平均功率的脉冲，这得益于其相对较宽的荧光光谱和出色的热导率。然而目前基于LD泵浦的掺Yb的正硅酸盐克尔透镜锁模激光器仅仅只能产生百毫瓦量级的输出，这远远不是该类晶体的输出极限。

综上所述，现有的技术存在问题是：亚100fs的超短脉冲产生往往需要利用克尔透镜锁模技术来实现，而克尔透镜锁模要求高亮度单横模的泵浦源来引入软边光阑。而目前成熟的商业用于的单横模LD激光器最高输出功率只有1W，从而制约了克尔透镜锁模的输出功率。虽然多模LD可以得到很高的输出功率，但亮度偏低，很难实现软光阑的克尔透镜锁模。如果加入硬光阑，高功率的输出又被限制。

发明内容

为解决现有技术的上述问题，本发明提供一种光纤激光器泵浦的高功率克尔透镜自锁模激光器，提供一种高光束质量，高亮度，高功率的泵浦源泵浦Yb全固态激光器，产生平均功率为瓦级的亚百飞秒超短激光脉冲。

具体的，光纤激光器泵浦的高功率克尔透镜自锁模激光器，包括泵浦源，还包括半波片、准直聚焦镜、Yb:YSO激光晶体、第二凹面镜、第一GTI镜、第二GTI镜、第三凹面镜、平面反射镜、第一凹面镜、输出镜；

所述激光器的光路具体为：从泵浦源出射的激光经过半波片和准直聚焦镜后入射到Yb:YSO激光晶体，增益激光起振后入射到第二凹面镜，并被第二凹面镜、第一GTI镜、第二GTI镜和第三凹面镜依次反射；激光到达平面反射镜后被反射并原路返回，到达第一凹面镜；通过第一凹面镜反射到达输出镜。