[發明專利]飛秒鎖模激光器

有效

• 申請號: 201410251367.0
• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN104009389B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 魏志義;魏龍;韓海年;王兆華;田文龍;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: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16
• 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,郭海彬

技術領域

本發明涉及一種激光器技術領域，特別是涉及一種飛秒鎖模激光器及Nd,Y:SrF₂材料在激光器中的應用。

背景技術

LD(Laser?Diode，激光二極管)泵浦全固態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。飛秒激光在工業加工、醫療、科研和國防等領域有著重要的應用。1μm附近的小于100fs的激光脈沖具有獨特的應用優勢，可以應用在光學相干斷層成像技術、非線性顯微技術、太赫茲光源的產生和輻射以及化學生物學中的“泵浦-探測”技術等方面。因此追求更短的脈沖寬度一直是人們努力追求的目標。

Nd摻雜的激光材料是一種用于產生1μm波段超快激光的重要介質。這一類激光材料通常具有發射截面大和上能級壽命長等優點，保證了基于這類材料的激光具有高效率和高功率。高效的四能級系統使得Nd增益介質容易實現粒子數反轉和激光輻射，從而相比于準三能級系統的激光器，Nd激光器可以具有更低的閾值，更低的能耗。

目前，已經有一些關于Nd超快激光器的報導，報導的激光器具有高的效率和高的輸出功率，但是它們的脈沖寬度卻在皮秒量級，因為所用的Nd摻雜的材料熒光發射光譜很窄，從傅里葉變換極限來說，不足以支持更短的飛秒脈沖的產生。

Nd:glass(釹玻璃)激光材料是目前唯一能獲得脈沖寬度小于100fs的Nd摻雜的增益介質，輸出的最短脈沖可以達到60fs，但是輸出功率不足100mW。并且釹玻璃具有熱導性差的缺點，帶來一些穩定性差的問題。

因此，如何在滿足高效、低能耗的亞百飛秒激光的需要以及解決釹玻璃飛秒鎖模激光器中存在的缺點，成為目前亟需解決的技術難題。

發明內容

本發明的目的旨在提供一種飛秒鎖模激光器及Nd,Y:SrF₂材料在激光器中的應用，首次在摻雜Nd離子的激光晶體上實現了脈寬小于100fs的飛秒鎖模并且在1W功率泵浦下具有高的輸出功率。

為了解決上述問題，根據本發明的一個方面，提供了一種飛秒鎖模激光器，用于輸出經鎖模的激光，包括：具有聚焦系統的泵浦源，用于提供泵浦激光并將泵浦激光聚焦到激光晶體上；激光晶體，用作增益介質；由多個光學元件構成的光學系統，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；其中，激光晶體由Nd,Y:SrF₂材料形成。

進一步地，諧振腔具有設置在往返光路的第一端部處用于反射激光的第一端鏡，以及設置在往返光路的第二端部處用作輸出鏡的第二端鏡，用于部分反射和部分透射激光；諧振腔還具有沿往返光路設置在第一端鏡和第二端鏡之間的第一凹面鏡、第二凹面鏡和第三凹面鏡；并且布置成使得具有聚焦系統的泵浦源發出的泵浦激光經過第一凹面鏡后入射到激光晶體上，經振蕩產生的激光先入射到第二凹面鏡上，并被第二凹面鏡和第三凹面鏡依次反射，然后入射到第一端鏡上；第一端鏡將激光原路返回，到達第一凹面鏡，并被第一凹面鏡依次反射，最終入射到第二端鏡上，透過第二端鏡輸出經鎖模的激光。

進一步地，第一凹面鏡的曲率半徑為120mm，第二凹面鏡的曲率半徑為150mm，第三凹面鏡的曲率半徑為300mm。

進一步地，諧振腔還具有設置在往返光路中用于色散補償的GTI鏡，GTI鏡布置成將來自第二凹面鏡和第三凹面鏡中一個的激光反射至另一個；優選地，GTI鏡提供的反常色散值為-1000fs²～-250fs²，最優選地GTI鏡提供的反常色散值為-750fs²。

進一步地，第一端鏡為半導體可飽和吸收鏡，用于形成飛秒鎖模Nd,Y:SrF₂激光器的穩定鎖模。

進一步地，激光晶體中Nd原子的摻雜濃度為0.2％～1.5％，Y原子的摻雜濃度為2％～15％；優選地，激光晶體中Nd原子的摻雜濃度為0.4％；Y原子的摻雜濃度為10％。