[发明专利]一种高功率锁模碟片激光器

说明书

本发明公开了激光器技术领域的一种高功率锁模碟片激光器，具有平均功率高，结构简单，系统稳定性好等特点。碟片激光增益介质、第一凹面反射镜、第二凹面反射镜、输出端耦合镜构成锁模激光谐振腔，克尔介质、光阑均设置在锁模激光谐振腔内；所述克尔介质位于第一凹面反射镜和第二凹面反射镜之间，所述第一凹面反射镜和第二凹面反射镜组成聚焦腔结构；所述泵浦源发出的泵浦光经过泵浦光整形系统在碟片激光增益介质上多次往返，从而被碟片激光增益介质充分吸收；所述碟片激光增益介质产生的激光依次经第一凹面反射镜、克尔介质、第二凹面反射镜、光阑及输出端耦合镜实现激光输出。

技术领域

本发明属于激光器技术领域，具体涉及一种高功率锁模碟片激光器。

背景技术

超短脉冲激光一般是指脉冲宽度在皮秒和飞秒量级上的脉冲激光光源，具有极窄的脉冲、极宽的光谱、极高的峰值功率等特点。近年来超短脉冲激光技术的迅速发展为其它相关学科和工业领域带来了一系列革命，极大地推动了以精密计量、超快化学、生物医学、工业加工等为代表的众多学科和领域的进步。

锁模技术是目前产生超短脉冲激光最主要也是最直接有效的手段之一，它不仅可以产生稳定可靠的傅氏转换极限脉冲，而且系统光光转换效率高、结构紧凑、易于集成化，同时还具备很好的频率稳定性、功率稳定性以及接近空间衍射极限的光束质量，通过锁模技术直接产生超短脉冲尤其是高功率超短脉冲具有非常重要的应用价值，一直是超快激光领域的一个热点。目前，半导体可饱和吸收镜（SESAM）锁模和克尔透镜锁模是产生超短脉冲最主要的两种锁模技术。SESAM锁模能够实现皮秒和飞秒量级激光输出，但是在高功率激光运转下容易出现调Q不稳定性，导致锁模不稳定，进而损伤SESAM；另外，SESAM元件特定的量子阱结构和材料特性造成其工作带宽有限、饱和吸收恢复时间相对较慢，在一定程度上限制了超短飞秒脉冲的产生；同时，SESAM的制备需要用分子束外延生长技术，制造工艺复杂，成本高，这为其广泛应用和参数的调整带来不便。克尔透镜锁模是利用介质的克尔自聚焦效应在激光腔中形成非线性损耗调制，和介质的工作波长无关，因此能够实现极宽的工作带宽；此外，非线性克尔效应的响应时间通常只有几个飞秒左右，具有“快”饱和吸收体的性质，能够支持小于百飞秒的激光脉冲输出，同时，相较于SESAM锁模，体块克尔介质材料的损伤阈值非常高，因此克尔透镜锁模更适合高功率超短锁模脉冲的产生。

利用克尔透镜锁模技术，钛宝石超快激光器以及半导体激光（Laser diode, LD）端面泵浦固体超快激光器已能够产生从周期量级至百飞秒的超短脉冲输出。但是，在传统X或Z型克尔透镜锁模激光器中，激光增益介质同时承担了增益介质和克尔介质两个功能，为了保证克尔透镜锁模的实现，不仅要求激光增益介质具有高的非线性折射率系数，同时谐振腔设计时要尽可能减小增益介质内激光模式的大小，从而使其能够提供足够强的自振幅调制效应来实现克尔透镜锁模的超短脉冲输出；但此时激光器增益介质中较小的激光模式使得它很难支持高平均功率超短脉冲激光的产生。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种高功率锁模碟片激光器，具有平均功率高，结构简单，系统稳定性好等特点。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高功率锁模碟片激光器，包括泵浦源、泵浦光整形系统、碟片激光增益介质、第一凹面反射镜、克尔介质、第二凹面反射镜、光阑和输出端耦合镜；所述碟片激光增益介质、第一凹面反射镜、第二凹面反射镜、输出端耦合镜构成锁模激光谐振腔，所述克尔介质、光阑均设置在锁模激光谐振腔内；所述克尔介质位于第一凹面反射镜和第二凹面反射镜之间，所述第一凹面反射镜和第二凹面反射镜组成聚焦腔结构；所述碟片激光增益介质产生的激光依次经第一凹面反射镜、克尔介质、第二凹面反射镜、光阑及输出端耦合镜实现激光输出。

进一步地，所述泵浦源为半导体激光器。

进一步地，所述泵浦光整形系统包括若干个准直透镜和反射镜，若干个所述准直透镜和反射镜按照设定规律置于泵浦源与碟片激光增益介质之间的光路中，泵浦光经过泵浦光整形系统在碟片激光增益介质上多次往返，从而被碟片激光增益介质充分吸收。