[發(fā)明專利]一種實現(xiàn)雙重鎖定高重復(fù)率飛秒激光的短腔結(jié)構(gòu)件

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• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111884024A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊中民;王文龍;喬田;韋小明
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/04;H01S3/131
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)雙重鎖定高重復(fù)率飛秒激光的短腔結(jié)構(gòu)件。所述短腔結(jié)構(gòu)件包括金屬底盒、金屬頂盒、溫度探測元件、壓電促動器、半導(dǎo)體制冷片和增益光纖；金屬底盒與金屬頂盒上設(shè)置有用于固定增益光纖的凹槽；壓電促動器固定在金屬底盒的切口中，通過拉伸增益光纖實現(xiàn)對激光諧振腔輸出脈沖重復(fù)率的快速鎖定；增益光纖固定于壓電促動器上表面；溫度感應(yīng)元件的溫度感應(yīng)區(qū)放置于金屬底盒的側(cè)面開孔中；半導(dǎo)體制冷片的制冷面與金屬底盒的底面貼合以抑制環(huán)境溫度變化對激光諧振腔輸出脈沖重復(fù)率的影響，實現(xiàn)對激光諧振腔重復(fù)率慢速鎖定。本發(fā)明克服了短腔激光器輸出脈沖重復(fù)頻率對環(huán)境的敏感性，實現(xiàn)了對短腔激光器輸出脈沖重復(fù)頻率的長期精密鎖定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種實現(xiàn)雙重鎖定高重復(fù)率飛秒激光的短腔結(jié)構(gòu)件。

背景技術(shù)

脈沖激光作為一種重要的資源，在生物醫(yī)藥、光通信網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)加工、基礎(chǔ)研究、軍事國防等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值。激光脈沖的重復(fù)率作為重要的性能指標(biāo)，對其應(yīng)用價值有著重要的影響。在光通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，作為信息載體的脈沖激光，激光脈沖重復(fù)率的提升有助于建立高速光通信網(wǎng)絡(luò)。在激光材料加工領(lǐng)域，加工過程中的材料熱擴(kuò)散效應(yīng)不僅造成能量的損失，更影響著材料加工的精度。縮短激光脈沖的時域間隔，使材料燒蝕過程進(jìn)入“燒蝕冷卻”區(qū)間是上述問題的重要解決方式。鑒于脈沖重復(fù)率的影響，實現(xiàn)高重復(fù)率脈沖輸出成為激光研究領(lǐng)域一項重要的內(nèi)容。在垂直腔面發(fā)射激光器、有理數(shù)諧波鎖模、主動鎖模、激光腔外倍頻等實現(xiàn)方案中，短腔光纖激光器技術(shù)因其結(jié)構(gòu)緊湊、光束質(zhì)量優(yōu)異、成本低廉、魯棒性優(yōu)良等優(yōu)勢，成為其中最有應(yīng)用前景的方案。在提高諧振腔輸出脈沖基頻重復(fù)率的過程中，需要面對脈沖輸出脈沖性能對環(huán)境敏感性增加這一問題。具體到短腔光纖激光器這一方案表現(xiàn)為，相較于重復(fù)頻率為幾十兆或者幾百兆赫茲的激光諧振腔，相同的環(huán)境變換量，包括諧振腔溫度、環(huán)境機(jī)械振動等，將會引起短腔輸出脈沖更大的重復(fù)率變化量（R. Paschotta, Noise of mode-locked lasers (Part 1): numerical model, Appl.Phys. B 79, 153-164(2004).R. Paschotta, Timing jitter and phase noise ofmode-locked fiber lasers, Opt. Express 18(5), 5041-5054(2010).）。受到重復(fù)頻率位于GHz量級的短腔脈沖激光器腔長（腔長小于10 cm）的限制，不能使用在諧振腔中加入光電調(diào)制器這種在重復(fù)頻率為幾十兆或者幾百兆的激光器穩(wěn)定重復(fù)頻率的通用技術(shù)。因而，如何抑制短腔光纖激光器技術(shù)中脈沖重復(fù)率對環(huán)境的敏感性實現(xiàn)高穩(wěn)定的脈沖激光輸出是個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于解決高重復(fù)率激光短腔對環(huán)境擾動的強(qiáng)敏感性，實現(xiàn)高重復(fù)率短腔輸出重復(fù)頻率穩(wěn)定的脈沖序列。所提出的嵌合結(jié)構(gòu)件能有效地將光纖激光諧振腔與環(huán)境進(jìn)行隔離；此外，結(jié)構(gòu)件的快慢雙重鎖定設(shè)計能進(jìn)一步提升激光短腔輸出脈沖重復(fù)率的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的目的至少通過如下技術(shù)方案之一實現(xiàn)。

一種實現(xiàn)雙重鎖定高重復(fù)率飛秒激光的短腔結(jié)構(gòu)件，包括金屬底盒、金屬頂盒、溫度探測元件、壓電促動器、半導(dǎo)體制冷片和增益光纖；

其中，金屬底盒與金屬頂盒上設(shè)置有用于固定高重復(fù)率激光諧振腔中的增益光纖的凹槽，金屬底盒與金屬頂盒之間通過螺絲連接構(gòu)成金屬盒，增益光纖被夾持在兩者之間；所述壓電促動器固定在所述金屬底盒的切口中，通過拉伸增益光纖來實現(xiàn)對激光諧振腔輸出脈沖重復(fù)率的快速鎖定；所述增益光纖固定于壓電促動器的上表面；所述溫度感應(yīng)元件的溫度感應(yīng)區(qū)被放置于金屬底盒的側(cè)面開孔中，用于監(jiān)控金屬盒的溫度；所述半導(dǎo)體制冷片的制冷面與所述金屬底盒的底面貼合，用于實現(xiàn)金屬盒內(nèi)部溫度的穩(wěn)定，以抑制環(huán)境溫度變化對激光諧振腔輸出脈沖重復(fù)率的影響，實現(xiàn)對激光諧振腔重復(fù)率慢速鎖定。