[发明专利]对撞脉冲主-被动锁模激光器

说明书

本发明属于锁模固体激光器。

激光器的锁模技术自1986年发明以来，已有长足的发展。在固体激光器（晶体工作介质如Nd：YAG，Nd：YLF，红宝石等，玻璃工作介质如Nd：硅酸盐玻璃，Nd：磷酸盐玻璃）中。广泛采用Fabry-Perot型谐振腔结构的锁模技术来获得超短光脉冲。1981年，A.E.Siegman[参考Optics    Letters，vol.6，334（1981）]提出用一个带非谐振环的激光腔结构来实现激光的对撞脉冲锁模的建议。该技术是把用来锁模的Kodak    A9860或9740染料溶液放置于谐振环中相对于分束板的中心位置上，实现对撞脉冲被动锁模的。其结构如图1所示。该激光器由输出耦合镜1、固体激光介质2、分束板3、全反射镜4和5、装可饱和吸收体的装置6组成。

该对撞脉冲被动锁模激光器（以Nd：YAG或Nd：玻璃激光器为例）有如下问题：

（1）由于属于被动锁模操作，被动锁模中激光脉冲形成的随机性，使得输出的锁膜脉冲列包络的幅度有很大的涨落，输出脉冲列的稳定性和再现性差（约75%的稳定度）。

（2）用来作被动锁模的可饱和吸收体，必须是具有快回复时间的染料溶液，如美国柯达公司的A9860或9740染料、国产的五甲川染料溶液等。这些染料溶液的光化学稳定性差，光照下易分解、变质、失效，故使用时必须用附加的染料循环系统并定期更换染料溶液，因而增加了操作复杂性、造价和维修费用。

（3）光化学稳定性极佳的BDN染料及各种色心晶体，虽有可饱和吸收特征，但因其回复时间长而不能用来在此种激光腔作锁模的可饱和吸收体。

（4）对应于固定的激光腔参量，相应有一定的最佳可饱和吸收体染料浓度，输出一定脉冲宽度的激光脉冲，改变脉冲宽度很困难。

（5）如在激光腔内不置起偏振元件，则不能获得完全线偏振光输出，这对大多数需要线偏振光的应用而言，意味着要损耗一半的输出能量。

本发明的目的是提供一种对撞脉冲主-被动锁模激光器，它能获得高稳定的、高再现的、较高功率水平和脉冲宽度可调的锁模激光脉冲列，而且具有操作方便、可靠、维护费用低的特点。

本发明的目的是通过对图1所示的对撞脉冲被动锁模固体激光器的改进实现的。

首先，在图1所示的激光腔中，在输出耦合镜1和固体激光介质2之间紧靠输出耦合镜处设有一主动调制器，其调制频率与激光腔的有效腔长相匹配，所说的主动调制器可以是声光调制器，也可以是电光调制器，或其他形式的调制器。以形成对撞脉冲主-被动锁模。

其次、在图1中的可饱和吸收体装置改用一个能快速更换不同光密度和各种可饱和吸收体的变换机构。例如幻灯机中的换片机构，或使用一个具有转轴的多孔转盘，该转盘上有两个以上的通孔，这些通孔相对于转轴处于同一圆周上。盘上各通孔嵌压上已校正好光程的具有不同光密度，即对激光波长具有不同透过率的可饱和吸收体，包括快回复时间可饱和吸收体，如五甲川，Kodak A 9740，Kodak A9860等，和慢回复时间可饱和吸收体，如BDN溶液或塑料片，或不同厚度的色心晶体，如LiF∶F₂色心晶体，Cr∶Nd∶YAG色心晶体。多孔转盘的转轴安装方式使得旋动转盘时，光束将逐一通过盘上的孔，而且孔中的可饱吸收体正好处在由分束板，两块全反射镜构成的非谐振环中相对于分束板的中心位置，因此在该激光器运转过程中，可根据对脉冲宽度的要求随时旋动转盘迅速而准确地选用相应的溶液或薄片作可饱和吸收体。

所说的主动调制器可以是声光调制器，也可以是电光调制器，或其他。

为了获得线偏振光输出，提高该激光器输出光的利用率，所说的分束板，采用只对一个偏振光分量（S分量或P分量）有精确50/50分束能力的半透半反镜，就可获得完全线偏振光输出，既方便分束板的镀膜工艺又提高了分束精度。

本发明的优点是：