[发明专利]一种锁模超快中红外激光器及其工作方法和应用

说明书

本发明涉及全固态中红外激光技术领域，具体涉及一种锁模超快中红外激光器及其工作方法和应用，尤其涉及一种基于GaInSb/GaSb量子阱SESAM锁模的2μm倍半氧化物超短脉冲激光器及工作方法。泵浦源、平面输入镜、倍半氧化物晶体、第一凹面全反镜、第一色散补偿镜、第二色散补偿镜、平面输出镜、第二凹面全反镜、GaInSb/GaSb量子阱SESAM依次放置，使得入射光路和反射光路夹角为0～5°。这样设计可以实现2μm倍半氧化物晶体稳定的低阈值锁模运转，使该激光器具有锁模操作简单、热不灵敏性好、受外界干扰小、长时间工作稳定性高等优势。

技术领域

本发明涉及全固态中红外激光技术领域，具体涉及一种锁模超快中红外激光器及其工作方法和应用，尤其涉及一种基于GaInSb/GaSb量子阱SESAM锁模波段倍半氧化物晶体的2μm超短脉冲激光器及工作方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

中红外2μm波段超快激光在工业加工、激光手术和科学研究等领域有着广泛的应用。随着中红外波段固体激光材料和锁模器件的不断发展，利用可饱和吸收体器件锁模直接产生2μm超短脉冲固体激光成为有效技术途径。近年来，倍半氧化物晶体因具有宽荧光光谱(100nm)、高热导率(12.5W·m^-1·K^-1)特性，在2μm超短脉冲固体激光领域展现出了良好的应用潜力。以Tm:Lu₂O₃晶体为例，因Lu原子与镧系稀土激活离子具有相近的原子质量，即使在Lu₂O₃基质中掺入高浓度的Tm³⁺激活离子，也不会导致晶体热导率明显下降。目前，利用Tm³⁺掺杂Sc₂O₃和Lu₂O₃晶体均已实现飞秒量级的超短脉冲激光输出。然而作为锁模激光器的关键元器件，可饱和吸收体的性能至关重要。

发明人研究发现目前基于InGaAs/GaAs量子阱的半导体可饱和吸收镜(SESAM)虽然已经商业化，但是在2μm波段产品性能参差不齐，存在锁模阈值较高、锁模难度大、脉冲稳定性差等问题。

发明内容

为了解决现有技术中基于InGaAs/GaAs量子阱的SESAM在2μm波段产品性能参差不齐，存在锁模阈值较高、锁模难度大、脉冲稳定性差等问题，本发明提出一种锁模超快中红外激光器及其工作方法和应用，通过设计激光谐振腔的腔型及参数，首次利用GaInSb/GaSb量子阱SESAM实现倍半氧化物晶体2μm全固态中红外超快激光输出。相比于传统的InGaAs/GaAs量子阱SESAM，锑化物GaInSb/GaSb量子阱SESAM具有亚皮秒超快弛豫时间，而且晶格失配小、光学质量好、参数易于调节，嵌入AlAsSb/GaSb材料作为布拉格反射层可实现几百nm的高反射带宽，是2μm波段超快激光的理想锁模元件。

具体地，本发明通过如下技术方案实现：

在本发明的第一方面，提出一种锁模超快中红外激光器，包括：平面输入镜、倍半氧化物晶体、第一凹面全反镜、第一色散补偿镜、第二色散补偿镜、平面输出镜、第二凹面全反镜、GaInSb/GaSb量子阱SESAM；

所述平面输入镜、倍半氧化物晶体、第一凹面全反镜、第一色散补偿镜、第二色散补偿镜、平面输出镜、第二凹面全反镜、GaInSb/GaSb量子阱SESAM依次设置，使得激光经反射形成的光路呈Z形折叠状，折叠角度为0～5°；

GaInSb/GaSb量子阱SESAM上的光路垂直于GaInSb/GaSb量子阱SESAM表面；