[發(fā)明專利]克爾透鏡自鎖模Yb:LYSO激光器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410241134.2
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN104009381A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏志義;田文龍;王兆華;朱江峰;韓海年
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院物理研究所;西安電子科技大學
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/098;H01S3/16
• 代理公司: 北京智匯東方知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11391
• 代理人: 范曉斌;薛峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種克爾透鏡自鎖模用Yb:LYSO激光器。

背景技術(shù)

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(yōu)點于一身，且彌補了兩者的不足，使得LD泵浦的全固態(tài)激光器優(yōu)于燈泵固態(tài)激光器和二極管激光器本身，具有以下優(yōu)點，如總體效率高；穩(wěn)定性好；光束質(zhì)量高、發(fā)散角小，具有高的空間相干性；結(jié)構(gòu)緊湊、小型化；可靠性高、壽命長；易實現(xiàn)單頻運轉(zhuǎn)；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(xiàn)產(chǎn)業(yè)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(xiàn)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(shù)成為激光研究領(lǐng)域的一大熱點。

基于半導(dǎo)體泵浦的全固態(tài)激光器以結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點在高技術(shù)工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)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(xiàn)，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Y(jié)b³⁺介質(zhì)全固態(tài)飛秒激光器的研究熱潮。

LD泵浦的全固態(tài)飛秒激光器由于具有成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單緊湊等優(yōu)點，已經(jīng)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(yōu)點，有利于高功率飛秒激光的獲得，在國防、工業(yè)、醫(yī)療及科研等領(lǐng)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(xiàn)，越來越多的基于Yb³⁺摻雜的激光晶體、陶瓷材料被應(yīng)用于飛秒激光器的研究中，這主要歸功于摻雜Yb³⁺的晶體或陶瓷擁有非常優(yōu)良的特性，例如無激發(fā)態(tài)的吸收，無交叉弛豫，不存在濃度淬滅，具有較高的量子效率，較長的熒光壽命及較寬的發(fā)射帶寬。作為眾多的Yb³⁺摻雜的激光介質(zhì)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(guān)注。由于Yb³⁺摻雜的硅酸鹽晶體中Yb³⁺的基態(tài)能級斯塔克分裂較大，使得受激輻射產(chǎn)生激光過程屬于準四能級結(jié)構(gòu)，降低了產(chǎn)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(fā)射光譜，理論上可以支持小于100fs的超短脈沖產(chǎn)生。

目前，大多數(shù)Yb³⁺摻雜的全固態(tài)激光器都采用SESAM(semiconductor?saturable?absorber?mirror,半導(dǎo)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(chǎn)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(lǐng)域諸如光頻標以及原子分子瞬態(tài)動力學等方面具有十分重要的應(yīng)用。克爾透鏡鎖模法能夠直接產(chǎn)生亞100fs脈沖輸出，所謂的克爾透鏡鎖模是指諧振腔內(nèi)不需要任何鎖模元件，僅利用激光晶體增益介質(zhì)本身的克爾效應(yīng)作為可飽和吸收體，在一定條件下實現(xiàn)自鎖模運轉(zhuǎn)。雖然克爾透鏡鎖模可以實現(xiàn)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(huán)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100fs?Yb³⁺摻雜的全固態(tài)激光器成為目前亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在提供一種克爾透鏡自鎖模Yb:LYSO激光器，該激光器能夠?qū)崿F(xiàn)自啟動的克爾透鏡鎖模，并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(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種克爾透鏡自鎖模Yb:LYSO激光器，用于輸出經(jīng)鎖模的激光，包括：泵浦源，用于提供泵浦激光；由Yb:LYSO材料形成的激光晶體，同時用作增益介質(zhì)和克爾介質(zhì)；由多個光學元件構(gòu)成的光學系統(tǒng)，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(tǒng)包括用于形成激光的往返光路的諧振腔，激光晶體設(shè)置在往返光路中；諧振腔具有設(shè)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(dǎo)體可飽和吸收鏡，用于啟動與穩(wěn)定所述克爾透鏡鎖模。

進一步地，諧振腔具有設(shè)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。