[發(fā)明專利]使用激光二極管光學(xué)泵浦模塊的飛秒激光器設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210269309.1
• 申請(qǐng)日: 2012-07-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102957082A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金光勳;姜旭;梁主喜;E·薩爾;S·奇若夫;A·庫(kù)里克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 韓國(guó)電氣研究院
• 主分類號(hào): H01S3/0941
• 分類號(hào): H01S3/0941;H01S3/10;H01S3/02
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 陳芳

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及一種二極管泵浦的激光器設(shè)備。更具體地說(shuō)，本公開(kāi)涉及一種使用激光二極管光學(xué)泵浦模塊的飛秒激光器設(shè)備，其可以提供穩(wěn)定的鎖模，并可以改進(jìn)超快激光器(ultrafast?laser)中的功率穩(wěn)定性和光束穩(wěn)定性。

背景技術(shù)

一般來(lái)說(shuō)，超快激光脈沖具有諸如高峰值功率、大譜寬度等優(yōu)良的性質(zhì)，以及短的脈沖時(shí)間寬度。

超快激光器系統(tǒng)由于其這樣的性質(zhì)而已經(jīng)被用于各種材料的超精度微加工、非線性光學(xué)、生物、化學(xué)、物理和醫(yī)學(xué)應(yīng)用等。

例如，由于使處理區(qū)域中的熱擴(kuò)散最小并對(duì)周圍不產(chǎn)生殘余的破壞，飛秒?yún)^(qū)域的超快激光脈沖可以處理太硬而不能被機(jī)械處理的材料。此外，由于作為基于高峰值功率的多光子吸收的非線性光學(xué)效應(yīng)，超快激光脈沖甚至可以處理諸如玻璃、聚合物等透明材料的各種納米尺度的結(jié)構(gòu)。

激光穩(wěn)定性指示各要素是否隨著時(shí)間保持恒定不變，其中，所述要素包括施加于要施加激光的對(duì)象的功率、施加于對(duì)象的光束的位置、光束的空間傳播、光束的分布圖樣等。

當(dāng)激光必須從遠(yuǎn)處被精確地施加于目標(biāo)時(shí)，例如，如激光處理中一樣，激光穩(wěn)定性是非常重要的。

特別地，對(duì)于諸如飛秒激光器的超快激光器，激光穩(wěn)定性甚至在具有納米級(jí)精度的超精度激光處理中更加重要。

光束穩(wěn)定性指示光束是否在預(yù)定位置處穩(wěn)定地傳播以及在空間方面的角度是否與諸如激光處理的應(yīng)用密切相關(guān)。

光束穩(wěn)定性的特性可以用光束位置穩(wěn)定性和光束角度穩(wěn)定性來(lái)描述，光束位置穩(wěn)定性與光束在對(duì)象上的形狀的位置變化相關(guān)聯(lián)，光束角度穩(wěn)定性指示當(dāng)光束聚焦在對(duì)象上時(shí)的角度變化。

光束穩(wěn)定性通常被稱為“光束指向穩(wěn)定性”。

影響激光穩(wěn)定性的因素可以包括內(nèi)在因素和外在因素，例如，物理振動(dòng)、機(jī)械形變、熱分布的變化、共振器的不穩(wěn)定、氣流等。

超快激光器對(duì)這些內(nèi)在因素和外在因素尤其敏感，從而，為了改進(jìn)激光器的穩(wěn)定性，已經(jīng)作出了各種努力。

在以飛秒激光器為代表的超快激光器中，鎖模是從飛秒振蕩器獲得超短脈沖的方法。因?yàn)殒i模對(duì)光路的微小變化非常敏感，所以振蕩器也對(duì)由于環(huán)境溫度的變化所引起的光學(xué)支架（optical?mount）的機(jī)械形變非常敏感，從而，振蕩器的輸出特性相應(yīng)地會(huì)敏感地改變。

由于這個(gè)原因，用于穩(wěn)定操作的大部分飛秒激光器被安置和操作于具有用于將環(huán)境溫度穩(wěn)定地保持在±0.5°內(nèi)的恒溫設(shè)施的無(wú)塵室中。

但是，在應(yīng)用高功率泵浦光源的諸如光學(xué)泵浦相關(guān)支架、激光介質(zhì)支架等的光學(xué)支架周圍，或者，在由于其冷卻盤(pán)（cooling?pan）而放出大量熱到外部的激光功率裝置、冷卻裝置等的周圍，不可避免地發(fā)生局部溫度變化。

也就是說(shuō)，飛秒激光器在其輸出特性方面深受包含于其中的光學(xué)部件周圍的局部溫度變化以及安置該激光器的空間周圍的環(huán)境溫度的變化的影響。

因此，將飛秒激光器系統(tǒng)機(jī)械地構(gòu)造為對(duì)溫度盡可能地不敏感是非常重要的。

傳統(tǒng)的代表性的飛秒激光器是使用Ti藍(lán)寶石作為介質(zhì)的激光器。

Ti藍(lán)寶石由于具有100納米的大的發(fā)射譜帶而可以產(chǎn)生直達(dá)幾飛秒的非常短的脈沖。

為了從外部泵浦能量，來(lái)自由高功率激光二極管泵浦的Nd:YVO激光器的綠色光源以幾十至幾百微米的大小被強(qiáng)烈地聚焦到Ti藍(lán)寶石激光晶體。

泵浦光源與Ti藍(lán)寶石在結(jié)構(gòu)上相隔幾米，從而，為了穩(wěn)定地操作Ti藍(lán)寶石激光器，泵浦光源的輸出特性的穩(wěn)定性是非常重要的。

例如，在泵浦光源的差的指向穩(wěn)定性的情況下，以幾十至幾百微米的大小被強(qiáng)烈地聚焦在Ti藍(lán)寶石激光晶體中的泵浦光源的斑點(diǎn)位置不恒定地改變，使得泵浦光源和激光束之間的模耦合連續(xù)地改變，從而降低激光功率穩(wěn)定性。

例如，如果諸如輸出功率、輸出光束方向等的特性劣化，那么使用該特性的激光處理產(chǎn)品的質(zhì)量也會(huì)劣化。

為了克服上述問(wèn)題，將反射鏡安置在這樣的光學(xué)支架上，該光學(xué)支架安裝有能夠細(xì)調(diào)光束方向的控制裝置。因此，通過(guò)反射鏡可以控制泵浦光源的光束方向，從而控制功率穩(wěn)定性。

但是，當(dāng)同時(shí)控制光學(xué)部件以優(yōu)化穩(wěn)定性時(shí)，系統(tǒng)的尺寸變大，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變復(fù)雜，并且，系統(tǒng)的價(jià)格也增加。

因此，在一般的情況中，控制裝置僅被安裝一個(gè)或兩個(gè)光學(xué)部件。

另一方面，如果可以通過(guò)將從半導(dǎo)體激光二極管輸出的高功率光束直接施加于激光晶體來(lái)獲得超快脈沖，那么可以克服傳統(tǒng)的Ti藍(lán)寶石激光器需要昂貴的泵浦激光的問(wèn)題。于是，可以更容易地解決作為T(mén)i藍(lán)寶石激光器的缺點(diǎn)的價(jià)格、尺寸和穩(wěn)定性的這樣的問(wèn)題。