[發(fā)明專利]一種用于產生高平均功率皮秒脈沖激光的裝置

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• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN104124607A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發(fā)明（設計）人: 彭煥運;其他發(fā)明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 上海飛涅爾激光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/0941
• 分類號: H01S3/0941
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種能夠產生具有高穩(wěn)定性，高可靠性的高平均功率皮秒脈沖激光器，可廣泛用于工業(yè)加工、激光雷達以及科研等領域。

背景技術

高平均功率皮秒脈沖激光器由于皮秒脈沖與物質相互作用時間短，沒有明顯的熱效應，在激光精細加工領域能夠實現(xiàn)納秒激光無法達到的加工效果，因而在激光加工領域的應用越來越廣泛。傳統(tǒng)的皮秒激光器大多采用鎖模技術獲得皮秒級激光脈沖，而所獲得的激光脈沖重復頻率高達數(shù)兆赫茲，而單脈沖的能量又很低，通常只有數(shù)納焦耳，需要通過所謂“再生放大”技術從脈沖序列中選擇單個脈沖進行放大，從而實現(xiàn)降低重復頻率，獲得加工所需的數(shù)十千至數(shù)百千赫茲的脈沖重復頻率，并將激光平均功率放大到所需的功率。這種傳統(tǒng)的皮秒脈沖激光技術系統(tǒng)復雜，可靠性和穩(wěn)定性都難以滿足工業(yè)應用環(huán)境，并且成本高，價格昂貴。

為了實現(xiàn)高可靠性、高穩(wěn)定性的高平均功率皮秒脈沖激光器，德國耶拿大學的Dodop等人發(fā)明了將通常用于產生超短脈沖的脈沖壓縮技術用于產生皮秒激光脈沖的一種激光器，這種激光器由被動調Q種子激光器、光譜展寬元件、脈沖壓縮元件組成，圖1是這種激光器的典型示例。圖1.中1為微片式被動調Q種子激光器，2和3為光纖放大器和光譜展寬器，4為脈沖壓縮元件。該發(fā)明的原理為微片式被動調Q激光器產生約100ps寬度的脈沖激光，光譜寬度為20pm，該脈沖激光由光纖放大器2放大，在放大的同時，光纖放大器的自位相調制作用使線寬展寬，展寬后的光譜寬度可達到0.52nm。最后再由脈沖壓縮元件4對脈沖進行壓縮，實現(xiàn)小于10ps的激光脈沖寬度。脈沖壓縮元件可采用具有負色散特性的光柵對或棱鏡對，也可采用光柵和棱鏡的組合。這種激光器的特點是結構緊湊，可靠性高，成本遠遠低于傳統(tǒng)的鎖模機制的皮秒激光器。但這種激光器的缺點也非常突出，具體為：(1)，由于微片式被動調Q激光器的脈沖由于被動調Q的內在特性，使得這種激光器具有脈沖能量穩(wěn)定性差，脈沖間隔跳動等不穩(wěn)定性，在被放大后脈沖之間的能量差異會更大，很難達到＜3％，而通常的工業(yè)應用都需要脈沖能量和脈沖間隔的穩(wěn)定性優(yōu)于3％。(2)，由于微片式被動調Q激光器的光譜寬度只有約20pm，使得光脈沖在光纖放大器中被放大時，很容易引起受激布里淵散射(SBS)等非線性效應，從而使激光放大功率受到限制，無法獲得高平均功率的激光輸出；同時，脈沖寬度能夠被壓縮的倍數(shù)正比于激光光譜寬度，窄的線寬不利于脈沖壓縮元件對光脈沖進行壓縮。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術缺點，提供一種可產生高平均功率皮秒脈沖激光的激光系統(tǒng)，這種激光器具有結構簡單，成本低廉，可靠性高，輸出穩(wěn)定等優(yōu)點。

本發(fā)明的技術解決方案如下：

一種用于產生高平均功率皮秒脈沖激光的裝置，包括產生亞納秒至納秒脈沖的半導體激光器，脈沖激光啁啾調制器，固體或光纖激光功率放大器，脈沖壓縮器，所述的半導體激光器由驅動電源驅動產生脈沖亞納秒至納秒脈沖激光，光譜寬度為數(shù)納米。由半導體激光器所產生的脈沖激光具有較寬的光譜寬度，由脈沖啁啾調制器進行調制，使光脈沖成為啁啾脈沖，調制后的脈沖再經(jīng)過激光功率放大器對激光脈沖進行放大，獲得應用所需的高平均功率。最后由具有負色散特性的脈沖壓縮器對光脈沖進行壓縮，獲得皮秒級脈沖激光。

所述的脈沖激光啁啾調制器，可以是啁啾鏡，或者是具有自位相調制特性從而能將光脈沖啁啾調制的光纖或光纖激光放大器，也可以是具有自位相調制特性的非線性晶體。

所述的激光功率放大器對激光平均功率放大的倍數(shù)根據(jù)具體應用需要而定，該放大器可以是多級光纖激光放大器，也可以是一級或多級固體激光放大器。

所述的激光脈沖壓縮器可以由具有負色散特性的色散光柵對組成，也可以由具有負色散特性的色散棱鏡對組成，或者由色散光柵和色散棱鏡混合組成。

本發(fā)明的技術效果：