[發明專利]一種高功率大能量飛秒激光器

在審

• 申請號: 201910049862.6
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109586151A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 王春華;徐永釗;王立軍;孫敬華
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;H01S3/0941;H01S3/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明公開了一種高功率大能量飛秒激光器，包括用于產生種子光的飛秒激光振蕩器、脈沖選擇器、第一光隔離器、光衰減器、全反鏡、第一輸入耦合系統、第一增益介質、提供第一泵浦光的第一激光二極管、第一泵浦耦合系統、準直系統、第二光隔離器、第二輸入耦合系統、第二增益介質、提供第二泵浦光的第二激光二極管、第二泵浦耦合系統和輸出耦合系統。本發明結構緊湊簡單，成本較低。本發明將Yb:YAG的高摻雜特性與增益介質結構相結合，設計種子光在熱布居“漂白”區域傳輸，避免激光下能級熱布居造成的損耗，實現高增益、高功率的飛秒激光放大，保證系統的簡潔高效。本發明的結構克服了準三能級的Yb:YAG難以實現高增益放大的不足。

技術領域

本發明涉及激光技術領域，更具體地，涉及一種高功率大能量飛秒激光器。

背景技術

高功率飛秒激光(τ<1ps)，在工業應用方面和基礎科學研究方面均有重要的應用價值。過去二十年來，隨著固體激光器的發展，飛秒激光器的研究以及應用得到了飛速發展。盡管如此，受限于半導體可飽和吸收體(SESAM)的損傷閾值，通常采用諧振腔結構仍難以實現高功率的飛秒激光輸出，高功率飛秒激光器大都采用主振蕩功率放大(MOPA)結構。在飛秒激光放大過程中，面臨的問題是如何保證激光器同時實現高功率、高亮度以及高峰值功率。

目前，高功率飛秒激光器主要基于薄片、光纖以及Innoslab結構的放大器實現。

盡管基于薄片、光纖以及Innoslab技術的高功率飛秒激光器已經取得了飛速發展，但是系統相對復雜，價格也比較昂貴。

薄片激光器過短的吸收路徑以及增益長度，需要采用多通泵浦結構實現高效泵浦吸收以及再生放大系統獲得有效提取；另外，受限于再生放大系統中普克爾斯盒低的調制電壓頻率，薄片難以實現高重復頻率飛秒激光的高增益放大。

光纖放大器增益較高，其面臨的最大問題是纖芯的橫截面較小(盡管光子晶體光纖的纖芯可以到4000μm2)，在飛秒激光放大過程中受限于光纖中的非線性效應(如自聚焦、自相位調制等)以及光纖自身的損傷，需要采用啁啾脈沖放大技術獲得高功率以及大能量的輸出，這使系統龐大且復雜。

Innoslab板條放大器單通增益較低，需要將信號光以大量的通數往返經過板條放大，內部光路復雜。

還有一種方法為利用Yb:YAG制造高增益的激光器，但是Yb:YAG最大的不足是其為準三能級結構，通常難以同時實現高摻雜及長的增益介質厚度。因為其下激光能級存在一定的熱布居，在泵浦較弱的區域不能建立有效的粒子數反轉,反而造成激光的損耗。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種高功率大能量飛秒激光器。

本發明的首要目的是實現一種結構簡單緊湊、可靠性高的高功率大能量飛秒激光器。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種高功率大能量飛秒激光器，包括用于產生種子光的飛秒激光振蕩器、脈沖選擇器、第一光隔離器、光衰減器、全反鏡、第一輸入耦合系統、第一增益介質、提供泵浦光的第一激光二極管、第一泵浦耦合系統、準直系統、第二光隔離器、第二輸入耦合系統、第二增益介質、提供泵浦光的第二激光二極管、第二泵浦耦合系統和輸出耦合系統，其中：

飛秒激光器的各部件位于同一水平面；

沿飛秒激光振蕩器產生的種子光傳播方向，依次設置有脈沖選擇器、第一光隔離器、光衰減器和全反鏡；

全反鏡反射種子光，使沿種子光反射后的傳播方向經輸入耦合系統后掠入射于第一增益介質，且設計使種子光始終在熱布居“漂白”區域傳輸，以避免激光下能級熱布居造成的損耗；

種子光從第一增益介質出射后，沿種子光傳播方向，依次設置有準直系統、第二光隔離器和第二輸入耦合系統；