[发明专利]一种铒掺杂激光器超短脉冲产生装置及方法

说明书

一种基于混晶型铒掺杂激光陶瓷的超短脉冲产生装置，包括依次排列的激光泵浦源(1)、光学耦合系统透镜组(2)、激光输入镜(3)、激光增益介质(4)、第一谐振腔反射镜(5)、第二谐振腔反射镜(6)、谐振腔、被动锁模元件(7)和激光输出镜(8)；激光泵浦源发出的激光信号经光学耦合系统透镜组进入激光增益介质，激光增益介质在激光输入镜、谐振腔反射镜和激光输出镜(8)构成的谐振腔作用下产生激光振荡，激光在谐振腔内还受到设有的被动锁模元件(7)的调制，经激光输出镜(8)输出超短脉冲激光。本发明方法简单，可以实现高效率、高功率、高光束质量的1.6微米超短脉冲激光运转，获得不同中心波长的超短脉冲激光。

技术领域

本发明涉及一种固体激光器装置及方法，具体涉及一种工作在1.6微米人眼安全波段的超短脉冲激光器的装置及方法。

背景技术

1.6μm波段激光处于人眼安全波段，同时又处于1.5-1.8μm的大气传输窗口，有一定的光电对抗能力，不仅在生物医学、光通讯、激光雷达、遥感探测等领域有直接应用的价值，而且还可以作为基础光源，通过非线性频率转换产生在光电对抗等国家安全领域具有重大应用的3-5μm的中红外激光。高功率，高光束质量的1.6μm波段皮秒-飞秒激光器在生物医学、非线性频率变换、超分辨光谱学、工业微纳加工等诸多领域有着重要的应用和需求。特别是近几年来，利用高功率超短脉冲激光器作为驱动源产生太赫兹辐射被认为是最有潜力的方法之一。由于相应激光材料和器件的可选择性少，掺铒固体激光材料的发射光谱以及发射截面较窄，难以支持更窄脉冲激光的输出，1.6μm波段高功率超短脉冲的固体激光器的发展受到极大制约，材料和器件的严重制约是目前掺铒固体激光器发展亟待解决的问题。

作为新型的激光材料，立方结构氧化物(钇铝石榴石，YAG和倍半氧化物，例如Y₂O₃,Sc₂O₃,Lu₂O₃)激光陶瓷以其优异的综合性能和制备优势在1-2μm红外波段已有较广泛的研究。另外，随着纳米材料非线性可饱和吸收体制备工艺的成熟，多种低维材料被广泛应用于脉冲激光的产生，如碳纳米管，石墨烯，拓扑绝缘体，黑磷以及过渡金属硫族化合物等。但是对于产生更窄的皮秒乃至飞秒超短脉冲激光脉冲，不同波段的激光器研究进展也相差很多。

目前，1.6μm波段连续激光器功率提升较快，室温下最高输出功率已达到了80W以上，但是，调Q脉冲模式的半导体泵浦铒固体激光器的平均功率仍只有瓦量级，脉冲宽度几十纳秒，通过调Q方式难于获得皮秒甚至飞秒量级的超短脉冲激光。由于工作1.6μm波段的掺铒激光材料的增益带宽窄且缺少制备成熟的可饱和吸收器件，目前还没有超短脉冲激光的报道。因此，开发新型的发射光谱宽而平坦的激光增益介质，再充分利用高功率窄线宽光纤激光器在“光纤-体块”混合激光器中的优势，研究超短脉冲激光产生技术具有非常重要的学术价值和应用价值。

发明内容

本发明目的在于，提供一种铒掺杂激光器超短脉冲产生装置及方法，能够克服常用掺铒激光晶体吸收光谱和发射光谱窄，发射截面小的不足，实现光谱加宽及光谱平坦化，结合半导体可饱和吸收镜(SESAM)或者新型二维材料实现超短脉冲激光输出。具有泵浦效率高、操作性强、易于实现等优点。

为了达到上述目的，本发明技术方案是，一种基于混晶型铒掺杂激光陶瓷的超短脉冲产生装置及方法，包括依次排列的激光泵浦源1、光学耦合系统透镜组2、激光输入镜3、激光增益介质4、谐振腔反射镜5、谐振腔、谐振腔反射镜6、被动锁模元件7和激光输出镜8。激光泵浦源1发出的激光信号经光学耦合系统透镜组2进入激光增益介质4，激光增益介质4在激光输入镜3、谐振腔反射镜5、谐振腔反射镜6和激光输出镜8构成的谐振腔作用下产生激光振荡，激光在谐振腔内受到被动锁模元件7的调制，经激光输出镜8输出超短脉冲激光。

进一步，为了满足应用中的各种需要，上述激光泵浦源1具体为波长和功率可调谐的窄线宽铒镱共掺光纤激光器，中心波长与激光增益介质5的吸收峰重合，线宽小于0.5nm，光束质量因子M²2；