[发明专利]一种中红外飞秒脉冲激光器

说明书

本发明公开了一种中红外飞秒脉冲激光器，包括按照光路顺序设置的掺镱光纤振荡器、脉冲展宽器、光谱整形模块、晶体再生放大器模块、脉冲压缩器、二阶级联非线性压缩器模块和脉冲内差频模块；掺镱光纤振荡器用于产生初始激光脉冲；光谱整形模块用于对展宽后的激光脉冲进行光谱整形以及产生第一激光脉冲；晶体再生放大器模块用于对第一激光脉冲放大；压缩器模块用于对放大并线性压缩后的第一激光脉冲进行非线性压缩后产生第二激光脉冲；脉冲内差频模块用于将第二激光脉冲通过非线性转化产生中红外波段的第三激光脉冲；本发明大大简化了激光器结构、提升了泵浦脉冲的输出效率、拓展了中红外飞秒激光的波长调谐范围，降低了中红外飞秒激光器的成本。

技术领域

本发明涉及固体超快激光器领域，具体涉及一种中红外飞秒脉冲激光器。

背景技术

由于缺少中红外波段的增益介质，非线性参量下转换是产生中红外，特别是4微米以上波长的飞秒脉冲的唯一方法。其中脉冲内差频无需构造信号脉冲，是一种紧凑、简便的产生中红外飞秒脉冲的技术。然而，脉冲内差频要求泵浦脉冲同时覆盖泵浦和信号脉冲的频谱范围。因此对于高功率Yb掺杂激光器，现有技术要求脉冲宽度＜30fs，这一要求还未能被相对窄带的Yb掺杂激光放大器实现。对于现有的高功率Yb掺杂激光器，必须先通过空心光纤或光子晶体光纤进行非线性压缩，以进行脉冲内差频。由于通过空心光纤进行非线性压缩耦合难度高、输出效率低，光子晶体光纤的功率承受能力有限，同时基于空心光纤和光子晶体光纤的非线性压缩均需要配合昂贵的啁啾镜进行后续的脉冲压缩。这极大的增加了中红外飞秒激光器的复杂程度，限制了脉冲能量和平均功率，增加了成本。

发明内容

本发明根据现有技术存在的问题提供一种结构简单、泵浦脉冲输出效率高、成本低的中红外飞秒脉冲激光器。

本发明采用的技术方案是：

一种中红外飞秒脉冲激光器，包括按照光路顺序方向设置的掺镱光纤振荡器、脉冲展宽器、光谱整形模块、晶体再生放大器模块、脉冲压缩器、二阶级联非线性压缩器模块和脉冲内差频模块；

掺镱光纤振荡器用于产生初始激光脉冲；

脉冲展宽器用于对初始激光脉冲进行展宽；

光谱整形模块用于对展宽后的激光脉冲进行光谱整形以及产生第一激光脉冲；

晶体再生放大器模块用于对第一激光脉冲放大；

脉冲压缩器用于对放大后的第一激光脉冲进行压缩；

压缩器模块用于对放大并线性压缩后的第一激光脉冲进行非线性压缩后产生第二激光脉冲；

脉冲内差频模块用于将第二激光脉冲通过非线性转化产生中红外波段的第三激光脉冲。

进一步的，所述光谱整形模块包括7块镀膜反射镜，镀膜反射镜分为两排相对设置，光信号依次在两排镀膜反射镜上进行反射；每块镀膜反射镜均相对于激光传输方向的垂线小于10°。

进一步的，所述晶体再生放大器模块中采用Yb：CaAlGdO₄激光晶体，其中Yb离子的掺杂浓度为3wt％；晶体的尺寸为5×5×8mm，光透过方向长度为8mm。

进一步的，所述晶体再生放大器模块按照光路顺序依次包括凸透镜L1、法拉第旋转器FR、半波片HWP、偏振分束器PBS；偏振分束器PBS分光后按照光路顺序依次经过普克尔盒PC、四分之一波片QWP和第一谐振腔端镜EM1，经第一谐振腔端镜EM1反射后按照光路顺序依次经过四分之一波片QWP、普克尔盒PC、偏振分束器PBS、凸透镜L2、凹透镜L3、二向色镜DM、激光晶体、二向色镜DM和第二谐振腔端镜EM2；还包括用于产生泵浦光的激光二极管LD，激光二极管LD产生的泵浦光经偏振分束器PBS后分别经凸透镜L6和凸透镜L4从激光晶体两端聚焦到激光晶体中。