[發(fā)明專利]全固態(tài)kHz皮秒激光脈沖再生放大器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710099589.5
• 申請(qǐng)日: 2007-05-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101055401A
• 公開(kāi)（公告）日: 2007-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李港;陳檬;常亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G02F1/39
• 分類號(hào): G02F1/39;H01S5/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是基于半導(dǎo)體激光二極管(LD)做光泵浦源，可有效對(duì)皮秒(ps)脈寬的超短激光脈沖實(shí)現(xiàn)10⁶倍放大，輸出激光脈沖重復(fù)頻率為千赫茲(kHz)的一種全固態(tài)再生放大器。再生放大器是超短激光脈沖應(yīng)用不可缺少的環(huán)節(jié)。經(jīng)再生放大器放大后的超短激光脈沖在材料的微細(xì)加工、微電子學(xué)、微光子器件、微型機(jī)械、精密檢測(cè)、信息和通訊、醫(yī)療和生物工程等領(lǐng)域都可進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。

背景技術(shù)

經(jīng)鎖模激光器產(chǎn)生的光脈沖由于其極窄的脈沖寬度(10^-10-10^-15秒)，受到人們的廣泛關(guān)注，但其單脈沖能量(納焦)低，單通或多通能量放大器，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)弱信號(hào)的有效放大，需要首先通過(guò)再生放大器才能實(shí)現(xiàn)對(duì)其有效的放大。再生放大器是超短激光脈沖應(yīng)用不可缺少的部分。

再生放大器包括由法拉第旋轉(zhuǎn)器、λ/2波片、偏振片組成的種子光導(dǎo)入、放大光導(dǎo)出部分和具有增益介質(zhì)的再生放大器諧振腔兩部分。它的基本工作原理是從鎖模脈沖波列(種子光)中選出單脈沖，并使其在放大器增益介質(zhì)中往返多次得到10⁶倍左右放大后輸出。

文獻(xiàn)一，1993年12月日本Osaka大學(xué)的Kenta?Naito等人在Appl.Phys.Lett.上發(fā)表了第一篇激光二極管泵浦的Nd:YAG再生放大器，題目是“Demonstration?of?high?energy?extraction?efficiency?in?a?laser-diode?pumped?highgain?Nd:YAG?regenerative?amplifier”，把910ps的種子光由0.5nJ放大到6mJ，但其工作頻率低為50Hz。

文獻(xiàn)二，1994年8月加拿大的D.R.Walker等人在Appl.Phys.Lett.上發(fā)表文章“High?power?diode-pumped?Nd:YAG?regenerative?amplifier?for?picosecondpulses”，該文章報(bào)道了5KHz工作頻率的LD泵浦的Nd:YAG再生放大器，其中普克爾盒采用LN做電光晶體，獲得了脈寬為25ps，脈沖能量2.5mJ的放大輸出。

文獻(xiàn)三，2001年6月瑞士的Micheal?J.P.Dymott和Kurt?J.Weingarten在APPLIED?OPTICS雜志上發(fā)表了“Picosecond?diode-pumped?laser?system?with9.3-W?average?power?and?2.3-mJ?pulse?energy”，文中為了減小Nd:YAG再生放大器的熱致雙折射效應(yīng)，先由再生放大器將單脈沖能量只放大到460μJ，再通過(guò)增加一級(jí)四通放大，獲得了2.3mJ，20.5ps，工作頻率為4KHz的輸出。

目前LD泵浦的全固態(tài)kHz?Nd:YAG皮秒激光脈沖再生放大器，主要存在的問(wèn)題有：(1)Nd:YAG棒因熱致雙折射效應(yīng)引起的退偏，使放大效率、光束質(zhì)量降低。文獻(xiàn)三通過(guò)在再生放大器后增加一級(jí)四通放大，一方面降低了再生放大器的放大倍數(shù)，另一方面通過(guò)四通放大部分光路補(bǔ)償Nd:YAG棒熱致退偏問(wèn)題，使最終得到所需的放大能量。由于增加了四通放大，使激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本增加。(2)KD^*P晶體普克爾盒在高平均功率情況下，即高重復(fù)頻率工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的熱效應(yīng)，使腔內(nèi)損耗增加，限制了再生放大器能量的提高。文獻(xiàn)二通過(guò)選用LN晶體普克爾盒來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，但是LN晶體普克爾盒損傷閾值低，在使用中容易打壞，不是理想的選擇。

發(fā)明內(nèi)容

提供了一種采用準(zhǔn)連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光二極管列陣做泵浦光源；選用高損傷閾值，在高平均功率條件下插入損耗低的BBO晶體普克爾盒；利用λ/4波片對(duì)Nd:YAG棒熱致雙折射效應(yīng)給與補(bǔ)償。本再生放大器完全克服了目前所報(bào)道的全固態(tài)kHz?Nd:YAG皮秒脈沖再生放大器的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)4～30皮秒超短激光脈沖的有效放大，放大倍數(shù)為1.5×10⁶，工作頻率1kHz。其結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性高，光束質(zhì)量好，使用方便可靠，并且可以滿足商業(yè)應(yīng)用的要求。