[發明專利]一種輸出脈沖數可靈活調節的高峰值功率皮秒激光器

無效

• 申請號: 201210324844.2
• 申請日: 2012-09-05
• 公開（公告）號: CN102801099A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 趙裕興;李立衛
• 申請（專利權）人: 蘇州德龍激光有限公司
• 主分類號: H01S3/117
• 分類號: H01S3/117
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 王玉國;陳忠輝

技術領域

本發明涉及一種輸出脈沖數可靈活調節的高峰值功率皮秒激光器，屬于高峰值功率皮秒激光器技術領域。

背景技術

高能量皮秒激光器以其高的峰值功率、窄的脈沖寬度，在材料精細微加工、LED劃片、太陽能光伏、科學研究等領域得到了廣泛的應用。相對于納秒激光，采用皮秒激光加工材料，具有精度高、熱影響區域極小、加工邊緣無毛刺等優點。為了滿足上述應用，一般要求皮秒激光峰值功率達到MW量級，目前產生MW量級峰值功率皮秒激光的原理是從幾十MHz鎖模種子源激光器通過電光或者聲光調制的方法，選出kHz到百kHz種子光脈沖，然后經過放大實現瓦級功率輸出。

脈沖選單技術由電光選單技術和聲光選單技術兩種，電光選單技術響應速度快（小于5ns），可以實現100MHz以上的脈沖選單功能，但是其體積很大，價格貴，同時需要幾千伏高壓信號，使用非常不便。聲光選單技術響應時間較慢（一般大于10ns），通常只能用于50MHz以下的脈沖選單功能，但是其體積小巧，便宜，使用非常方便。聲光選單器工作原理如下：高頻的種子光信號經過聲光選單器后，利用聲光調制原理，當有效電平信號加載到選單器上時，需要的信號光將被衍射出來，有效電平的時間長短決定選取脈沖數量的多少。例如對于30MHz的種子激光來說，其周期為33.3ns，所以如果選單器有效電平時間小于33.3ns，可以選出單個脈沖，增加時間可以選取更多脈沖。

激光脈沖放大的方式有兩種，即再生放大及行波放大。再生放大技術優點是，放大器增益高，可以達到10⁶-10⁹，但是再生放大腔結構復雜，對脈沖時序要求非常嚴格，同時需要加入電光腔倒空功能，制作難度非常大。行波放大技術的優點是，不需要再生放大腔，結構簡單，穩定可靠，且容易獲得較高功率輸出，缺點是單級放大增益小，一般可以達到10³-10⁴。

目前，國際上大多數公司都采用再生放大器放大皮秒脈沖，例如High?Q?laser、Ekspla、Trumpf、Coherent等公司，最高輸出功率可以達到百kHz頻率下50W以上。國外也有研究用于皮秒脈沖放大的行波放大器。例如，2006年意大利Antonio?Agnesi等人，采用兩級板條激光器實現將0.1nJ單脈沖能量放大到10uJ，放大增益為10⁵；2009日本K.?Nawata等人采用2mW皮秒種子源激光兩次通過楔形板條Nd:YVO4構成的行波放大器，實現輸出功率25W，放大增益為12500。為了獲得高的增益和高的峰值功率，行波放大器的增益介質一般為板條結構，但是板條結構需要對放大激光進行多次整形會造成激光光斑質量變差。采用端面泵浦Nd:YVO4方式可以解決此問題，但是由于Nd:YVO4端面熱應力影響，不能承受高的泵浦功率（小于40W），放大增益很小。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種輸出脈沖數可靈活調節的高峰值功率皮秒激光器。可將激光器的峰值功率由幾kW放大到MW量級，通過改變聲光選單器有效電平時間，實現單個脈沖包絡內脈沖數量從1到幾百個靈活改變，達到激光峰值功率靈活調整的目的。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種輸出脈沖數可靈活調節的高峰值功率皮秒激光器，特點是：包括半導體二極管、激光晶體、法拉第旋光器和皮秒光纖種子源，半導體二極管依次銜接第一透鏡和第二透鏡，第二透鏡銜接第一平面鏡，第一平面鏡銜接激光晶體，激光晶體銜接第二平面鏡，所述皮秒光纖種子源銜接第四透鏡，第四透鏡銜接聲光脈沖選單器，聲光脈沖選單器銜接第三透鏡，第三透鏡銜接薄膜偏振片，薄膜偏振片銜接第三平面鏡，第三平面鏡銜接法拉第旋光器，法拉第旋光器與第一平面鏡相銜接；

半導體二極管發出的光經過第一透鏡和第二透鏡耦合進激光晶體內，皮秒光纖種子源的水平偏振皮秒種子源脈沖，經過第四透鏡聚焦到聲光脈沖選單器后，選出kHz的皮秒脈沖種子激光，種子激光經過第三透鏡后進行準直，準直后的種子激光經過薄膜偏振片及第三平面鏡后通過法拉第旋光器偏振態旋轉45°，種子光再經過激光晶體實現第一次光放大，放大后的激光經過第一平面鏡反射后，重新經過激光晶體做第二次放大，二次放大后的激光經過第二平面鏡沿原光路返回，再次經過法拉第旋光器后偏振態再次旋轉45°，相對于放大前激光偏振態旋轉90°，當激光再次經過薄膜偏振片后透射出去，實現整個光放大過程。