一种新型锁模激光器制造技术

一种新型锁模激光器，包括泵浦源、泵浦耦合系统、激光增益介质和激光谐振腔；在腔内采用两块半导体可饱和吸收镜（SESAM）实现稳定超短脉冲激光输出；其中一块SESAM对腔内振荡光高反，另一块SESAM对振荡光具有一定的透过率；泵浦光经耦合系统后泵浦激光增益介质，腔内振荡光束将其中一块SESAM饱和后启动第二块SESAM并使之饱和，并最终经透射式SESAM耦合输出腔外；两块SESAM同时起到启动与维持锁模脉冲的作用，不需要外界电路反馈或人工控制，有效提高了连续锁模激光器的稳定性和可靠性，且结构紧凑，系统简单易行，大大降低了成本，克服了以往单SESAM锁模激光器存在的缺点和不足，便于工程化推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全固态激光
，特别涉及一种高稳定性的超短脉冲锁模激光器。
技术介绍
激光加工是激光技术最重要的应用。而皮秒、亚皮秒以及飞秒量级超短脉冲激光脉冲持续时间短、峰值功率高，其应用于激光加工领域的作用机理区别于传统的连续和纳秒脉冲激光加工，是ー个多光子吸收过程，非线性作用过程占主导地位，具有以下不可比拟的优点可加工材料范围广，对材料是非选择性的；大大降低了材料的烧蚀阈值；实现了真正意义上的光学冷加工，无热影响区，加工精度高；无等离子体屏蔽效应，提高了能量利用率；无材料损伤，无飞溅物存在；加工速度快等。超短脉冲激光器已成为材料精密加工的理想工具，开创了超精细、无热损伤和3D空间材料加工的新领域，在半导体微加工、聚合物切割、微电子学、光子晶体器件、微机械加工以及光伏产业等方面具有广泛的应用前景。而获得皮秒-亚皮秒甚至飞秒量级超短激光脉冲的主要方法是激光锁模技木，当前应用最广泛、效果最好的锁模技术主要有两种利用材料本身克尔效应实现的自锁模技术以及使用半导体可饱和吸收镜(SESAM)实现的被动锁模技术。克尔锁模技术不需要附加调制器，但是有ー个重大的缺点就是难以自启动，启动自锁模需要外界的影响，例如敲击腔镜或外売。它的锁模条件非常苛刻，谐振腔工作在稳定区边缘，因此自锁模具有很大的难度和不稳定性，轻微的震动甚至空气流动都会干扰锁摸。而SESAM的设计具有较高的灵活性，可以精确控制损耗、饱和通量、调制深度等參数，并且具有超快的可饱和吸收时间(皮秒到飞秒量级)，可以实现锁模的自启动并支持飞秒激光脉冲的产生。现在国际上对固体超快激光研究主要集中被动锁模技木，市场上エ业用`超短脉冲锁模激光器产品也基本上采用了 SESAM被动锁模技术方案。然而目前的超短脉冲锁模激光器都是利用ー块SESAM作为锁模元件来启动和维持锁模脉冲，在这种情况下，SESAM材料的性能在很大程度上决定了整个锁模激光器性能。然而SESAM所使用的半导体化合物材料热导率一般都不高，长时间工作会积累大量的热量，导致SESAM性能的退化；并且SESAM受振动以及外界环境的变化等因素的影响会使得锁模脉冲会变得不稳定甚至出现失锁现象。因此提高超快激光长期工作稳定性和可靠性是当前ー个重要的研究课题。目前市场上的超快激光产品多采用反馈电路连接光学调制器或者微动器件配合软件进行系统微调，虽然具有较好的效果，但是成本高昂，整台激光器售价几十万甚至上百万，并且后续的维护费用高昂。目前市场上的超短脉冲锁模激光器为提高系统稳定性多采用电子反馈系统以及微位移器件配合软件进行微调，这样使得锁模激光设备成本高，技术条件要求十分苛刻。
技术实现思路
为克服现有技术的缺陷和不足，本专利技术提供了一种结构简单的具有高稳定性、高可靠性的超短脉冲锁模的新型锁模激光器。本专利技术的技术方案如下ー种新型锁模激光器，包括ニ极管泵浦源、耦合系统、激光増益介质和激光谐振腔，ニ极管泵浦源、耦合系统和激光谐振腔顺序排列成光路，激光增益介质位于激光谐振腔内，其特征在于激光谐振腔包括输入腔镜、两个反射镜A、B、两个半导体可饱和吸收镜(SESAM) A、B，输入腔镜后面分为两路光路，其中一路光路中顺序为激光增益介质、反射镜A和半导体可饱和吸收镜(SESAM) A，另一路光路中顺序为反射镜B和半导体可饱和吸收镜(SESAM) B，半导体可饱和吸收镜(SESAM) A上镀有对腔内谐振光高反的反射膜，半导体可饱和吸收镜(SESAM) B上镀有对腔内谐振光部分反射部分透射的薄膜；所述的输入腔镜为平面镜；输入腔镜两个端面均镀有对ニ极管泵浦光増透的增透膜，其后端面镀有对腔内谐振光高反的反射膜；所述的激光増益介质两个端面均镀有对腔内谐振光和对ニ极管泵浦光増透的增透膜；所述的两个反射镜A、B是平凹镜。所述的激光增益介质·是掺杂为Nd、Yb、Tm、Ho、Er、Pr稀土离子、Fe、Cr、Ti过渡金属离子的晶体材料以及激光陶瓷增益介质中的ー种。本专利技术的激光谐振腔包括激光腔镜、两块半导体可饱和吸收镜(SESAM)激光腔镜包括平面镜和平凹镜；两块半导体可饱和吸收镜(SESAM)，其中一块半导体可饱和吸收镜(SESAM) A对腔内振荡光高反，作为谐振腔的一个腔镜；另一块半导体可饱和吸收镜(SESAM) B对腔内振荡光部分反射，具有一定的透过率，作为谐振腔的耦合输出镜；所述的反射式和透射式SESAM各自都可以在谐振腔中独立地产生锁模脉冲，它们作为谐振腔的一部分，在本方案的激光器中同时起到了启动与维持锁模脉冲的作用；所述的激光谐振腔采用W型腔或其它可以使两个SESAM同时正常工作的腔型；所述腔镜除两个SESAM外还包括ー个平面镜和两个平凹镜；ニ极管泵浦源发出的泵浦光经过耦合系统后聚焦在激光增益介质上对其进行泵浦，腔内振荡光束将其中ー块SESAM饱和，瞬时可饱和吸收过程产生巨脉沖，巨脉冲又瞬时启动第二块SESAM并使之饱和，此后两个SESAM相互协作，完全锁定腔内纵模，并最终经透射式半导体可饱和吸收镜(SESAM) B耦合输出腔外产生激光。本专利技术的腔镜包括平面镜和平凹镜，根据光束传播AB⑶矩阵理论，可以选择不同的曲率半径，使得激光增益介质处的振荡光斑与泵浦光斑实现良好的模式匹配，并且对SESAM处的振荡光束进行压缩，使SESAM上的光斑足够小以满足连续锁模的条件。本专利技术中更进ー步可在激光谐振腔内加入相应色散补偿片等光学元件，用于消除相位失配和群速度色散对脉冲的展宽和变形，获得亚皮秒甚至飞秒量级的超短脉冲锁模激光输出；所述的色散补偿片等光学元件在谐振腔腔内的具体位置可根据实际光路进行调整。本专利技术所提供的高稳定性的全固态超短脉冲锁模激光器结构简单，采用双SESAM进行调制，当ー块SESAM失效时，另ー块正常工作的SESAM仍可以继续通过可饱和吸收作用产生巨脉冲，此巨脉冲在极短的时间内(ns量级)就可传播到失效的SESAM处，激发SESAM重新回到正常的工作状态。所以当任何ー块SESAM失去作用时，均可瞬时被另ー块SESAM产生的强脉冲重新启动，因此有效避免激光器失锁的发生。并没有采用过多的辅助技术设备；成本低廉，与国外动辄几十万甚至上百万人民币的锁模激光器相比，本方案没有相应的电子反馈系统与软件开发费用，整套系统的元件也非常少，制造成本大大降低；性能可靠稳定，所述的稳定性包括两方面功率稳定性，采用本方案的锁模激光器可以连续工作50小时而不出现失锁现象；锁模脉冲的稳定性，不论是从脉冲形状还是脉宽等參数在长时间内都不会大的变化(见附图2、3)。本专利技术在激光谐振腔内采用两块半导体可饱和吸收调制元件(SESAM)，提高调制深度，进ー步压缩脉冲宽度。利用两种SESAM相互配合，通过合理的谐振腔设计，使得两个SESAM在产生连续锁模脉冲时都发挥作用，不需要复杂的外界电路反馈或人工控制，有效地提高了超短脉冲连续锁模激光器的稳定性和可靠性。到目前，尚未看到在一个谐振腔中用两个SESAM实现连续锁模激光输出的报道。本专利技术具有结构紧凑，系统简单易行，造价低，稳定性好，可靠性高等特点；它克服了以往単一 SESAM锁模激光器存在的缺点和不足，是ー种新型的超短脉冲激光器系统，便于工程化推广。附图说明图1是本专利技术新型锁模激光器实施例1的结构示意图。其中1 一二极管(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型锁模激光器，包括二极管泵浦源、耦合系统、激光增益介质和激光谐振腔，二极管泵浦源、耦合系统和激光谐振腔顺序排列成光路，激光增益介质位于激光谐振腔内，其特征在于激光谐振腔包括输入腔镜、两个反射镜A、B、两个半导体可饱和吸收镜A、B，输入腔镜后面分为两路光路，其中一路光路中顺序为激光增益介质、反射镜A和半导体可饱和吸收镜A，另一路光路中顺序为反射镜B和半导体可饱和吸收镜B，半导体可饱和吸收镜A上镀有对腔内谐振光高反的反射膜，半导体可饱和吸收镜B上镀有对腔内谐振光部分反射部分透射的薄膜；所述的输入腔镜为平面镜；输入腔镜两个端面均镀有对二极管泵浦光增透的增透膜，其后端面镀有对腔内谐振光高反的反射膜；所述的激光增益介质两个端面均镀有对腔内谐振光和对二极管泵浦光增透的增透膜；所述的两个反射镜A、B是平凹镜。

【技术特征摘要】
1.一种新型锁模激光器，包括二极管泵浦源、耦合系统、激光增益介质和激光谐振腔，二极管泵浦源、耦合系统和激光谐振腔顺序排列成光路，激光增益介质位于激光谐振腔内，其特征在于激光谐振腔包括输入腔镜、两个反射镜A、B、两个半导体可饱和吸收镜A、B，输入腔镜后面分为两路光路，其中一路光路中顺序为激光增益介质、反射镜A和半导体可饱和吸收镜A，另一路光路中顺序为反射镜B和半导体可饱和吸收镜B，半导体可饱和吸收镜A上镀有对腔内谐振光高反的反射膜，半导体可饱和吸收镜B上...

【专利技术属性】
技术研发人员：何京良，徐金龙，张百涛，侯佳，刘善德，杨英，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：