一種混合腔鎖模激光振蕩器制造技術

本實用新型專利技術涉及一種混合腔鎖模激光振蕩器，該激光振蕩器包括：凹柱面反射鏡和凸柱面反射鏡組成腔體，激光晶體放置在所述腔體內部；激光晶體、凹柱面反射鏡與凸柱面反射鏡依次沿光軸方向設置；激光晶體、凹柱面反射鏡與凸柱面反射鏡三者在x方向上的高度依次降低；半導體飽和吸收鏡與平面反射鏡在垂直方向上相對放置，且半導體飽和吸收鏡和平面反射鏡之間固定有匹配透鏡。通過本實用新型專利技術在水平方向使用非穩腔結構，此方向的光束質量為近衍射極限輸出，在豎直方向仍然是穩腔結構，腔內模場面積增加，同樣功率水平下腔內光強減弱，保持光束質量的前提下，產生更高的輸出功率。

A hybrid cavity mode-locked laser oscillator

The utility model relates to a hybrid cavity mode-locked laser oscillator, including the laser oscillator: cylindrical concave mirror and convex cylindrical mirror cavity composed of laser crystal, placed inside the cavity; laser crystal, cylindrical concave mirror and convex cylindrical mirror along the optical axis direction are arranged; laser crystal, cylindrical concave reflector the mirror and the convex cylindrical mirror three in the direction of x height decreased; semiconductor saturable absorber mirror and a plane mirror are placed in the vertical direction, and a semiconductor saturable absorber is fixed, the lens between the mirror and the plane mirror. By using the utility model unstable cavity structure in the horizontal direction, the direction of the beam quality is nearly diffraction limited output, in the vertical direction is still stable cavity, cavity mode field area increased, the same power level in the lower light intensity decreases, keeping the beam quality, produce higher output power.

【技術實現步驟摘要】
一種混合腔鎖模激光振蕩器
本技術涉及激光振蕩器的
，尤其涉及一種混合腔鎖模激光振蕩器。
技術介紹
現有的大功率超短脈沖激光器結構復雜、光束質量隨逐級放大逐漸劣化,這是因為，現有的鎖模振蕩器都是小型的穩腔振蕩器,由于這種振蕩器輸出功率不高，所以需要增加一級或多級放大器以獲得更高功率的脈沖輸出,在這個過程中，由于熱畸變、相差等原因，光束質量逐漸劣化,由于目前技術水平限制，鎖模激光器的核心部件SESAM通常很昂貴，且體積小(一片3mmx3mm大小的SESAM價格在3000歐元左右)，所以現在的所模振蕩器多使用穩腔振蕩器，這樣只需要2x2mm的SESAM作為后腔鏡即可,SESAM的飽和通量一般約為100uJ/cm2，由于穩腔設計，SESAM常作為后腔鏡，光斑大小直徑約為500um,SESAM通常工作在5倍飽和通量的區間,那么，一個穩腔鎖模振蕩器腔內脈沖能量約為0.19uJ,輸出鏡如果為2％的輸出率，那么輸出脈沖能量為3.8pJ,即使對于1GHz的振蕩器，他的輸出功率也僅為3.8W,另外還因為大功率的穩腔，熱透鏡效應嚴重，極大地降低了光束質量，故穩腔結構從根本上就不適合大功率輸出,不但如此，超快激光的克爾效應原本就比連續光嚴重，而在低輸出率的穩腔中，由于腔內光強更強，腔內克爾效應也因此更加嚴重,并且,現有的鎖模穩腔振蕩器加放大器輸出系統結構復雜，體積大，且多級放大過程中光束質量無法保證,所以如何能夠保證SESAM上的光通量不增加，且同時提高輸出的脈沖功率，這是亟待解決的問題。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題是由于目前的鎖模穩腔振蕩器加放大器的輸出系統結構復雜，體積大，且多級放大過程中光束質量無法保證。本技術解決上述技術問題的技術方案如下：一種混合腔鎖模激光振蕩器，該激光振蕩器包括：激光晶體、匹配透鏡、半導體飽和吸收鏡、平面反射鏡、凹柱面反射鏡、凸柱面反射鏡；凹柱面反射鏡和凸柱面反射鏡組成腔體，激光晶體放置在所述腔體內部；激光晶體、凹柱面反射鏡與凸柱面反射鏡依次沿光軸方向設置；激光晶體、凹柱面反射鏡與凸柱面反射鏡三者在x方向上的高度依次降低；半導體飽和吸收鏡與平面反射鏡在垂直方向上相對放置，且半導體飽和吸收鏡和平面反射鏡之間固定有匹配透鏡。本技術的有益效果是：在慢方向的非穩腔結構能夠保證該方向近衍射極限的光束質量輸出，在快方向可以通過匹配泵浦體積與激光腔模體積達到近衍射極限輸出，在光軸位置放置的半導體飽和吸收鏡可以通過對光軸附近小信號的激光調制，使得整個光腔輸出鎖模后的激光脈沖能量高，整個系統可以在保證光束質量的前提下，提高鎖模脈沖的輸出功率。在上述技術方案的基礎上，本技術還可以做如下改進。進一步，所述的凹柱面反射鏡半徑為R1，凸柱面反射鏡半徑為R2，則凹柱面反射鏡和凸柱面反射鏡之間的距離為L＝(R1-R2)/2。進一步，平面反射鏡與光軸成42.5°～47.5°傾角。采用上述進一步方案的有益效果是：在光軸位置，激光晶體前放45°平面反射鏡，反射光垂直入射于半導體飽和吸收鏡上，半導體飽和吸收鏡前有匹配透鏡，作為補償透鏡，匹配透鏡的焦距為R1，這樣經過兩次通過匹配透鏡，反射光相當于經過了一次半徑為R1的凹柱面反射鏡的反射。進一步，半導體飽和吸收鏡與平面反射鏡之間的距離、平面反射鏡和凹柱面反射鏡之間的距離相等。進一步，匹配透鏡的焦距為R1/2。進一步，匹配透鏡與半導體飽和吸收鏡的距離為3-5mm。進一步，平面反射鏡與激光晶體的距離為3-5mm。進一步，凸柱面反射鏡與凹柱面反射鏡寬度的比值為R2/R1。進一步，半導體飽和吸收鏡與凸柱面反射鏡組成第一非穩腔。進一步，所述凹柱面反射鏡和凸柱面反射鏡組成在x方向上的第二非穩腔。上述進一步的有益效果：半導體飽和吸收鏡與凸柱面反射鏡組成第一非穩腔，第一非穩腔由于使用半導體飽和吸收鏡做后腔鏡兼輸出鏡，且在光軸附近，整個結構類似于穩腔結構，因此，此部分輸出光是經過半導體飽和吸收鏡調制的脈沖輸出(從平面反射鏡一側輸出，入射到凹柱面反射鏡)。且半導體飽和吸收鏡的工作機理與穩腔結構中的半導體飽和吸收鏡類似，此時，半導體飽和吸收鏡上只有整個光腔中的極小部分光強，故并不會增加半導體飽和吸收鏡的負載，從而避免了在大功率輸出時半導體飽和吸收鏡被損壞。由于泵浦光吸收產熱導致的折射率變化，從而造成激光晶體的透鏡效果，保證了凹柱面反射鏡、凸柱面反射鏡兩個柱面鏡能夠和激光晶體一起組成一個穩腔結構，只要調整泵浦光在晶體快方向的大小，保證泵浦體積與腔模體積匹配，就可以保證在快方向上也能有近衍射極限輸出。附圖說明圖1為本專利技術的在x-z平面內光路示意圖；圖2為本專利技術的在y-z平面內光路示意圖；附圖：1、凹柱面反射鏡，2、光軸，3、平面反射鏡，4、凸柱面反射鏡，5、半導體飽和吸收鏡，6、匹配透鏡，7、激光晶體。具體實施方式以下結合附圖對本技術的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本技術，并非用于限定本技術的范圍。如附圖1和圖2所示的，一種混合腔鎖模激光振蕩器，該激光振蕩器包括：激光晶體7、匹配透鏡6、半導體飽和吸收鏡5、平面反射鏡3、凹柱面反射鏡1、凸柱面反射鏡4；凹柱面反射鏡1和凸柱面反射鏡4組成腔體，激光晶體7放置在所述腔體中心位置；激光晶體7凹柱面反射鏡1與凸柱面反射鏡4均位于光軸上；半導體飽和吸收鏡5垂直對應平面反射鏡3；沿光線路程，匹配透鏡6前置在半導體飽和吸收鏡5；泵浦光由激光二極管發射出來經過泵浦形成光斑，透過凹柱面反射鏡1照射在激光晶體7表面，平面反射鏡3接收由激光晶體7散射的光，部分光在所述的腔體內震蕩后經凸柱面反射鏡4一側輸出；部分光由平面反射鏡3將接收的光垂直入射于半導體飽和吸收鏡5；半導體飽和吸收鏡5反射的光經匹配透鏡6后在所述腔體內震蕩，震蕩后經凸柱面反射鏡4一側輸出。在慢方向的非穩腔結構能夠保證該方向近衍射極限的光束質量輸出，在快方向可以通過匹配泵浦體積與激光腔模體積達到近衍射極限輸出，在光軸位置放置的半導體飽和吸收鏡5可以通過對光軸附近小信號的激光調制，使得整個光腔輸出鎖模后的激光脈沖能量高，整個系統可以在保證光束質量的前提下，提高鎖模脈沖的輸出功率。凹柱面反射鏡1半徑假設為R1，凸柱面反射鏡4半徑假設為R2，則凹柱面反射鏡1和凸柱面反射鏡4之間的距離為L＝(R1-R2)/2。激光晶體7前放置平面反射鏡3，放置的平面反射鏡3的角度為45°，激光晶體7：可以根據實驗自行選擇高增益、寬譜線的激光晶體7，晶體寬度要大于泵浦寬度(x方向)；厚度要為泵浦焦點光腰2倍左右(y方向)，一般為1mm；長度設計考慮到泵浦焦斑的銳利長度，選擇10-12mm較合適,通常，凹柱面反射鏡1要比激光晶體7寬。比如這里我們選用的是14mm寬的激光晶體7，那么凹柱面反射鏡1至少要18-20mm。此時，凸柱面反射鏡4的寬度要比凹柱面反射鏡1小，凸柱面反射鏡4的寬度是凹柱面反射鏡1的寬度乘以R2除以R1。在光軸位置，激光晶體7前放45°平面反射鏡3，反射光垂直入射于半導體飽和吸收鏡5上，半導體飽和吸收鏡5前有匹配透鏡6，作為補償透鏡，匹配透鏡6焦距為R1，這樣經過兩次通過f1，反射光相當于經過了一次半徑為R1的凹柱面反射鏡1的反射，匹配透鏡6的焦距為R1/2，匹本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種混合腔鎖模激光振蕩器，其特征在于,該激光振蕩器包括：激光晶體(7)、匹配透鏡(6)、半導體飽和吸收鏡(5)、平面反射鏡(3)、凹柱面反射鏡(1)、凸柱面反射鏡(4)；凹柱面反射鏡(1)和凸柱面反射鏡(4)組成腔體，激光晶體(7)放置在所述腔體內部；激光晶體(7)、凹柱面反射鏡(1)與凸柱面反射鏡(4)依次沿光軸方向設置；激光晶體(7)、凹柱面反射鏡(1)與凸柱面反射鏡(4)三者在x方向上的高度依次降低；半導體飽和吸收鏡(5)與平面反射鏡(3)在垂直方向上相對放置，且半導體飽和吸收鏡(5)和平面反射鏡(3)之間固定有匹配透鏡(6)。

【技術特征摘要】
1.一種混合腔鎖模激光振蕩器，其特征在于,該激光振蕩器包括：激光晶體(7)、匹配透鏡(6)、半導體飽和吸收鏡(5)、平面反射鏡(3)、凹柱面反射鏡(1)、凸柱面反射鏡(4)；凹柱面反射鏡(1)和凸柱面反射鏡(4)組成腔體，激光晶體(7)放置在所述腔體內部；激光晶體(7)、凹柱面反射鏡(1)與凸柱面反射鏡(4)依次沿光軸方向設置；激光晶體(7)、凹柱面反射鏡(1)與凸柱面反射鏡(4)三者在x方向上的高度依次降低；半導體飽和吸收鏡(5)與平面反射鏡(3)在垂直方向上相對放置，且半導體飽和吸收鏡(5)和平面反射鏡(3)之間固定有匹配透鏡(6)。2.根據權利要求1所述的一種混合腔鎖模激光振蕩器，其特征在于，所述的凹柱面反射鏡(1)半徑為R1，凸柱面反射鏡(4)半徑為R2，則凹柱面反射鏡(1)和凸柱面反射鏡(4)之間的距離為L＝(R1-R2)/2。3.根據權利要求2所述的一種混合腔鎖模激光振蕩器，其特征在于，平面反射鏡(3)與光軸成42.5°～47.5°傾角。4....

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉勤勇，劉曉萌，
申請(專利權)人：北京應用物理與計算數學研究所，
類型：新型
國別省市：北京,11