[發明專利]低時間抖動皮秒脈沖輸出的微片激光器系統

有效

• 申請號: 201610044004.9
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105610041B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 汪莎;王言彪;馮國英;周壽桓
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;H01S3/139
• 代理公司: 51202 成都科海專利事務有限責任公司
• 代理人: 劉雙蘭;周敏<國際申請>=<國際公布>=

本發明所述低時間抖動皮秒脈沖輸出的微片激光器系統，包括由第一透鏡和第二透鏡組成泵浦耦合裝置、分光鏡、微片激光器；還包括外腔式半導體脈沖激光器。所述微片激光器由耦合輸出鏡、增益介質、半導體可飽和吸收體和熱沉組成；泵浦耦合裝置位于外腔式半導體脈沖激光器輸出光路上，外腔式半導體脈沖激光器輸出的泵浦光經泵浦耦合裝置中第一透鏡準直后入射到第二透鏡，經第二透鏡匯聚形成匯聚光束，增益介質接收泵浦光產生皮秒脈沖激光經耦合輸出鏡輸出。本發明的微片激光器系統增加了激光增益介質對泵浦光吸收量，從而提高微片激光器轉換效率，降低微片激光器工作閾值，以及增高其損傷閾值，并降低皮秒脈沖激光輸出的時間抖動性。

技術領域

本發明屬于皮秒脈沖輸出被動調Q微片激光器領域，具體涉及一種外腔式半導體脈沖激光器泵浦的低時間抖動皮秒脈沖輸出的被動調Q微片激光器系統。

背景技術

通過被動調Q微片激光器可獲得皮秒脈沖，相比于采用鎖模技術獲得皮秒脈沖的辦法，被動調Q微片激光器具有體積小、價格低、機械穩定性高的優點。激光腔的腔長越短，被動調Q脈沖的脈寬越短。為了獲得約100皮秒的被動調Q脈沖輸出，一般來說整個微片激光器的等效腔長小于兩百微米，并使用半導體可飽和吸收體(SESAM)作為被動調Q器件以進一步減少由于可飽和吸收體其厚度帶來的對激光腔腔長的影響。

增益介質對泵浦光的吸收η_a＝1-exp(-αl)，其中α為該增益介質的吸收系數，l為增益介質的長度。對于長度一定的增益介質，為了提高其對泵浦光的吸收效率只有增大增益介質的吸收系數。吸收系數α＝σ_a，effΔN，其中ΔN為反轉粒子數密度，它與泵浦光功率密度以及激光增益介質參數有關。為增益介質的有效吸收截面，其與泵浦光波長以及激光增益介質的參數有關，若泵浦光波長越靠近激光增益介質峰值吸收波長，那么泵浦光的譜寬越窄，有效吸收截面積越大。對于被動調Q皮秒脈沖輸出的微片激光器，其激光增益介質對泵浦光的吸收大小會對其激光性能產生三個方面的影響：(1)增益介質對泵浦光的吸收越小，激光的閾值越高，且轉換效率越低，所需的泵浦光功率越高；(2)沒有被增益介質吸收的泵浦光將通過增益介質后入射到可飽和吸收體上，可飽和吸收體將吸收這部分泵浦光并將其轉化為熱，產生的熱應力將引起可飽和吸收體的熱致損傷，導致微片激光器不能工作；(3)增益介質對泵浦光的吸收越大，獲得的激光增益越高，則時間抖動特性越小。時間抖動特性會影響被動調Q皮秒脈沖輸出的穩定性，并進一步影響其在工業加工或者科研上的使用，因而時間抖動特性越小越好。

對于普通半導體激光器，當輸出功率增高時激光器的溫度升高，激光波長紅移；此時用普通半導體激光器泵浦的微片激光器中的增益介質對泵浦光的吸收能力減弱，激光的閾值增高，且轉換效率越低，半導體可飽和吸收體吸收的泵浦光增多，產生的熱量增大，溫度差增高，熱應力增大，造半導體可飽和吸收體成損傷，同樣導致微片激光器不能工作。此外，普通半導體激光器的譜寬一般都有2-3nm，且波長隨溫度及輸出功率變化較大，這會使被動調Q微片激光器輸出的脈沖串的時間抖動較大。

發明內容

本發明的目的正是在于針對現有技術的缺陷和不足，提供一種外腔式半導體脈沖激光器泵浦的低時間抖動皮秒脈沖輸出的被動調Q微片激光器系統，以提高激光增益介質對泵浦光的吸收，從而提高微片激光器的轉換效率，降低微片激光器的工作閾值，以及增高其損傷閾值，并降低皮秒脈沖激光輸出的時間抖動性。

本發明所述低時間抖動皮秒脈沖輸出的被動調Q微片激光器系統，包括由第一透鏡和第二透鏡組成的泵浦耦合裝置、分光鏡、微片激光器；所述微片激光器由耦合輸出鏡、增益介質、半導體可飽和吸收體和熱沉組成，耦合輸出鏡、增益介質、半導體可飽和吸收體依次膠合在一起，所述半導體可飽和吸收體焊接在熱沉上；按照本發明還包括外腔式半導體脈沖激光器；