[發明專利]一種用于激光器自鎖模的裝置及方法

無效

• 申請號: 00807086.5
• 申請日: 2000-05-03
• 公開（公告）號: CN1349676A
• 公開（公告）日: 2002-05-15
• 發明（設計）人: 安德烈·珀勒芒;阿拉·阿德·馬尼;保羅·蒂里
• 申請（專利權）人: 和平圣母學院
• 主分類號: H01S3/098
• 分類號: H01S3/098
• 代理公司: 北京北新智誠專利代理有限公司
• 代理人: 趙郁軍

發明主題

本發明涉及一種用于激光器自鎖模的裝置及方法，尤其適用于脈沖型的激光器。

現有技術狀況

激光器共振腔包括一種光學增益介質，該增益介質位于自準直排列的，即面對面排列的、兩面鏡子所限定的諧振腔里。當激活增益介質時，在共振腔里就保持一種光學振蕩，從而該裝置能發射出一條以占有空間和光譜亮度都很高為特征的光束。

激光器共振腔的自鎖模特征在于能迫使短波長的光脈沖在所述諧振腔中循環，以產生高峰強度的脈沖，而且該脈沖的脈沖長度通常小于100可秒(10^-12)，根據所使用的增益介質還可達幾飛秒(10^-15)。

激光器的類型包括連續型的激光器，其中增益介質是一直被激活的，也就是說以幾秒到幾個小時超時的規模被激活。因此，在諧振腔中相對脈沖的(往復)循環時間來講，連續自鎖模激光器能夠產生循環率在幾十到幾百兆赫數量級的短波長的脈沖。

高的循環率表明這種型式的激光器會發出低能量的光脈沖。盡管如此，這種型式的激光器還是可以適用在需要高的平均光學能量和低的脈沖能量的許多應用上，例如LIDAR技術，或者“線性”吸收分光器，光電離分光器以及熒光分光器等。

另外，脈沖型式的激光器，其特征在于增益介質的工作循環非常低(小于1/50)。該增益介質只在很短的時間內被激活，通常以幾十赫茲低的循環率持續不到一毫秒。在脈沖模式中，相對增益介質中大量儲存的光學能量來講，增益介質可以被暫時的、非常高能地激活，結果，自鎖模脈沖激光器將會比連續型自鎖模激光器產生更大能量的脈沖。然而，事實上，首先，在短暫激活過程中，增益介質的放大系數不是常數；其次，在激光器共振腔中光學振蕩的穩定是一種需要一定時間的動態過程，而且在增益介質的激活時間內可能是不完全的，這就會限制自鎖模的功效、必然的短暫以及產生的光學脈沖的能量穩定性。

脈沖激光器可應用在需要高能量的光學脈沖的生產加工中，例如材料的燒蝕，激光切割和表面處理，也可用于如多分子諧振電離或頻率振蕩分光器的“非線性”光學分光器中，而且還可以應用在需要激光的低循環率(時間分解測定)的任何技術中。

脈沖型自鎖模激光器的一種方式是將含有染料(液體溶劑)、可能還結合有強度限制器的一個管子插入到激光器共振腔中。該裝置有幾個缺點，尤其是：

--在管子中循環的溶劑的流動性和非同質性是造成射出的脈沖的能量不穩定的主要因素；

--由于染料的化學或光化學的分解，因此為了獲得最佳自鎖模工藝就需要技術人員的不斷介入。

美國專利US-A-4914658公開了一種固體狀態的激光器，如：Nd：Y、Al、G(Nd：YAG)與一種非線性晶體和分光鏡組合以制造一種用于自鎖模激光器的非線性的光學裝置。在本裝置的最簡化的實施例中，非線性晶體能使基本光束經增益介質放大后產生一束二次諧波。沒有被非線性晶體轉換的那部分基本光束在諧振腔中的振蕩，利用分光鏡的反向區分，該分光鏡在二次諧波頻率上的反射系數大于其在固有頻率上的反射系數。

調節非線性晶體和分光鏡之間的光學距離能夠在基本光束和二次諧波的光束之間獲得一適當的相位移，從而在非線性晶體中能有效地將二次諧波上的光束再轉變回一基本光束。在非線性晶體和分光鏡之間插入一個透光片也能獲得這種相位移。

該非線性光學裝置能夠起到增加激光器共振腔的品質因數的作用，也就是說通過分光鏡的再次反射降低了激光光束的能量損失，同時由增益介質產生的在固有頻率狀態下的光束的瞬時能量也增加了。換言之，該非線性光學裝置在激光器共振腔的品質因數上引起一正反饋，作為在固有頻率狀態下的光束的瞬時能量的函數。

非線性光學自鎖模裝置的特征還在于：在二次諧波時光束能量與在固有頻率下光束能量的比值隨著固有頻率下光束能量的增加而增加。

在EP-A-0951111中公開了基于US-A-4914658所描述的原理的、一種用于自鎖模激光器的裝置及方法，尤其適用于連續型的激光器。在這篇文獻中公開了利用一種非線性晶體，將部分固有頻率下的激光光束轉變為二次諧波下的光束。沒有被非線性晶體轉換的那部分基本光束在諧振腔中振蕩，借助于一個遲滯片和一個偏振器的組合被反向地區分開。在該文獻中，增益介質是Nd：釩酸鹽，非線性晶體是三硼酸鋰，遲滯片具有λ/4＝1064nm和λ/2＝532nm的遲滯。將遲滯片放置在非線性晶體和分光鏡之間，而偏振器放置在增益介質和非線性晶體之間。

在該文獻中指出放置在非線性晶體后面的分光鏡具有的反射系數，在二次諧波頻率時不大于固有頻率下的反射系數。