[發明專利]克爾透鏡自鎖模Yb:LSO激光器

在審

• 申請號: 201410240600.5
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN104037604A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 魏志義;田文龍;王兆華;魏龍;彭英楠;朱政;劉家興
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所;西安電子科技大學
• 主分類號: H01S3/098
• 分類號: H01S3/098;H01S3/081
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 范曉斌;薛峰

技術領域

本發明涉及一種激光器技術領域，特別是涉及一種克爾透鏡自鎖模用Yb:LSO激光器。?

背景技術

LD(Laser?Diode，激光二極管)泵浦全固體激光器集二極管激光器和固體激光器的優點于一身，且彌補了兩者的不足，使得LD泵浦的全固態激光器優于燈泵固態激光器和二極管激光器本身，具有以下優點，如總體效率高；穩定性好；光束質量高、發散角小，具有高的空間相干性；結構緊湊、小型化；可靠性高、壽命長；易實現單頻運轉；峰值功率高；波長覆蓋范圍寬等，因此其各項性能指標以及在實現產業化等方面都取得了很大的進步。?

1981年，美國貝爾實驗室成功研制出碰撞鎖模染料激光器，實現了飛秒(fs，10-15s)量級的激光輸出，其極短的脈沖寬度和極高的峰值功率使得飛秒超快激光技術成為激光研究領域的一大熱點。?

基于半導體泵浦的全固態激光器以結構緊湊、成本低、性能穩定等優點在高技術工業領域具有廣泛的應用前景，但直到20世紀90年代，波長在0.9～1.0μm的高功率InGaAs激光二極管(LD)出現，使適合此波段泵浦的Yb³⁺激光器受到人們的重視，掀起了基于摻Yb³⁺介質全固態飛秒激光器的研究熱潮。?

LD泵浦的全固態飛秒激光器由于具有成本低廉，結構簡單緊湊等優點，已經成為目前近紅外1～2μm波段較為主流的研究方向。而且由于采用LD泵浦具有亮度高、功率大等優點，有利于高功率飛秒激光的獲得，在國防、工業、醫療及科研等領域都具有非常重要的用途。在1μm波段，隨著高功率、高亮度的LD的出現，越來越多的基于Yb³⁺摻雜的激光晶體、陶瓷材料被應用于飛秒激光器的研究當中，這主要歸功于摻雜Yb³⁺的晶體或陶瓷擁有非常優良的特性，例如無激發態的吸收，無交叉弛豫，不存在濃度淬滅，具有較高的量子效率，很長的熒光壽命以及很寬的發射帶寬。作為眾多的Yb³⁺摻雜的激光介質中重要的一族，Yb³⁺摻雜的硅酸鹽晶體在近幾年來得到了大家廣泛的關注。由于Yb³⁺摻雜的硅酸鹽晶體中Yb³⁺的基態能級斯塔克分裂較大，使得受激輻射產生?激光過程屬于準四能級結構，降低了產生激光的泵浦閾值，而且Yb³⁺摻雜的硅酸鹽晶體均具有較寬的發射光譜，理論上可以支持小于100fs的超短脈沖產生。?

目前，大多數Yb³⁺摻雜的全固態激光器都采用SESAM(semiconductor?saturable?absorber?mirror,半導體可飽和吸收鏡)啟動的被動鎖模方式，然而受限于SESAM本身帶寬的因素，使得產生飛秒激光脈沖的脈沖寬度大都在100fs以上。而1μm波段小于100fs的脈沖寬度的飛秒脈沖在很多領域諸如光頻標以及原子分子瞬態動力學等方面具有十分重要的應用?？藸柾哥R鎖模法能夠直接產生亞100fs脈沖輸出，所謂的克爾透鏡鎖模是指諧振腔內不需要任何鎖模元件，僅利用激光晶體增益介質本身的克爾效應作為可飽和吸收體，在一定條件下實現自鎖模運轉。雖然克爾透鏡鎖模可以實現寬光譜亞100fs的鎖模脈沖輸出，但是無法自啟動是其致命缺點，而且由于容易受環境影響，克爾透鏡鎖模一般只能維持幾個小時，鎖模掉了以后需要給予一定的外界擾動才能重新建立鎖模。?

因此，如何建立一種可以自啟動的克爾透鏡鎖模的亞100fsYb³⁺摻雜的全固態激光器成為目前亟需解決的問題。?

發明內容

本發明的目的旨在提供一種克爾透鏡自鎖模Yb:LSO激光器，該激光器實現了自啟動的克爾透鏡鎖模，且輸出鏡直接輸出的飛秒脈沖的脈沖寬度可以達到61fs。?

為了解決上述問題，根據本發明的一個方面，提供了一種克爾透鏡自鎖模Yb:LSO激光器，用于輸出經鎖模的激光，包括：泵浦源，用于提供泵浦激光；由Yb:LSO材料形成的激光晶體，同時用作增益介質和克爾介質；由多個光學元件構成的光學系統，其布置成能夠與泵浦源和激光晶體一起以克爾透鏡鎖模機制工作；其中，光學系統包括用于形成激光的往返光路的諧振腔，激光晶體設置在往返光路中；諧振腔具有設置在往返光路的第一端部處的用于反射激光的第一端鏡；其中，第一端鏡為半導體可飽和吸收鏡，用于啟動與穩定所述克爾透鏡鎖模。?

進一步地，諧振腔具有設置在所述往返光路的第二端部處的用作輸出鏡的第二端鏡，用于部分反射和部分透射激光。?