一種sesam被動(dòng)鎖模激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種SESAM被動(dòng)鎖模激光器，該鎖模激光器該激光器包括單管半導(dǎo)體激光器、自聚焦透鏡、激光晶體、平凹反射鏡a、平凹反射鏡b、平面反射鏡、輸出鏡、SESAM飽和吸收鏡；其利用皮秒激光技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)鎖模就必須要使得入射到SESAM飽和吸收鏡上的能流密度足夠高；諧振腔采用Z字型對(duì)稱放置，諧振腔的光學(xué)器件是相互獨(dú)立的，光學(xué)器件放置緊湊，使得激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單體積??；諧振腔選用SESAM作為鎖模元器件，SESAM是半導(dǎo)體可飽和吸收體與反射鏡相結(jié)合，器件相當(dāng)簡(jiǎn)單，具有自啟動(dòng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，使得諧振腔更加簡(jiǎn)單、緊湊，并能得到穩(wěn)定的鎖模脈沖。
【專利說明】一種SESAM被動(dòng)鎖模激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種SESAM被動(dòng)鎖模激光器,屬于激光鎖模技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]皮秒激光技術(shù)是物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、光電子學(xué)，以及激光光譜學(xué)等學(xué)科對(duì)微觀世界進(jìn)行研究和揭示新的超快過程的重要手段。
[0003]在生命科學(xué)領(lǐng)域，皮秒激光可用于矯正視力、檢測(cè)和準(zhǔn)確切除癌癥、腦外科手術(shù)、治療動(dòng)脈瘤、心臟手術(shù)、美容、治療燒傷。
[0004]在生產(chǎn)制造行業(yè)，皮秒激光能夠有效地幫助大規(guī)模且低成本制造復(fù)合材料，可以對(duì)金屬和其它產(chǎn)業(yè)材料進(jìn)行高質(zhì)量微加工，激光微細(xì)加工應(yīng)用的需求，促使脈沖與光電子弛豫時(shí)間、躍遷時(shí)間相似并短至足夠冷融的皮秒激光具有巨大的發(fā)展前景。
[0005]在激光測(cè)距領(lǐng)域，皮秒激光測(cè)距具有高的峰值發(fā)射功率，從而具有超遠(yuǎn)的測(cè)程，測(cè)量精度高，可以在無合作目標(biāo)條件下工作等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]如上所述，要獲得應(yīng)用如此廣泛的皮秒激光，一般通過鎖模技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。人們?cè)谧非蠼Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的同時(shí)得到可靠又穩(wěn)定的鎖模脈沖輸出，研究焦點(diǎn)集中在主動(dòng)鎖模技術(shù)和被動(dòng)鎖模技術(shù)上。與主動(dòng)鎖模激光器相比，SESAM被動(dòng)鎖模激光器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、穩(wěn)定可靠和光束質(zhì)量好等特點(diǎn)。
[0007]SESAM即半導(dǎo)體飽和吸收鏡，是一種將半導(dǎo)體可飽和吸收材料和反射鏡結(jié)合在一起的光學(xué)器件。SESAM鎖模比主動(dòng)鎖模獲得的脈寬窄，能得到幾個(gè)皮秒甚至更窄的脈寬。同樣與用于被動(dòng)鎖模的可飽和吸收染料比，SESAM不像染料那樣需要頻繁更換，很大程度上降低了激光器的成本，同時(shí)也加強(qiáng)了激光器的可操作性。通過SESAM被動(dòng)鎖模獲得的超短脈沖激光，在光纖通訊、醫(yī)學(xué)、超精細(xì)微加工、高密度信息存儲(chǔ)和記錄、時(shí)間分辨光譜和非線性光學(xué)具有很大應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供了一種SESAM被動(dòng)鎖模激光器,利用皮秒激光技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)鎖模就必須要使得入射到SESAM飽和吸收鏡上的能流密度足夠高，超過SESAM飽和吸收鏡的鎖模閾值，同時(shí)在此過程中保證振蕩光與諧振腔嚴(yán)格共軸，否則會(huì)由于增益空間和激光振蕩空間的不重合而使激光器的閾值升高甚至不能出光，保證泵浦光與振蕩光滿足模式匹配，并使得激光晶體與SESAM可飽和吸收鏡上的光斑大小合適，滿足這些條件就可以實(shí)現(xiàn)鎖模。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明米用的技術(shù)方案為一種SESAM被動(dòng)鎖模激光器,該激光器包括單管半導(dǎo)體激光器、自聚焦透鏡、激光晶體、平凹反射鏡a、平凹反射鏡b、平面反射鏡、輸出鏡、SESAM飽和吸收鏡。
[0010]鎖模激光器的自聚焦透鏡置于單管半導(dǎo)體激光器和激光晶體之間；該鎖模激光器的諧振腔呈雙Z形布置；激光晶體一側(cè)與自聚焦透鏡連接；平凹反射鏡a4置于激光晶體另一側(cè)，所述光路經(jīng)激光晶體的中心后射入平凹反射鏡a入射前的焦點(diǎn)處；平面反射鏡置于光路經(jīng)平凹反射鏡a反射后的焦點(diǎn)處，光路由激光晶體水平射入平凹反射鏡a，平凹反射鏡a的入射光與反射光之間的夾角范圍為O?10° ;所述光路經(jīng)激光晶體、平凹反射鏡a、平面反射鏡后，呈正Z形結(jié)構(gòu)；與激光晶體、平凹反射鏡a、平面反射鏡組成的正Z形結(jié)構(gòu)相對(duì)稱，輸出鏡、平凹反射鏡b、SESAM飽和吸收鏡組成反Z形結(jié)構(gòu)；其中，所述平面反射鏡、輸出鏡呈水平布置，輸出鏡置于光路經(jīng)平面反射鏡反射的水平線上，平面反射鏡位于平凹反射鏡b入射前焦點(diǎn)處，SESAM飽和吸收鏡位于平凹反射鏡b反射后焦點(diǎn)處，平凹反射鏡b的入射光與反射光之間的夾角范圍為O?10°，經(jīng)平凹反射鏡b的折射光水平入射到SESAM飽和吸收鏡鏡面上；所述正Z形結(jié)構(gòu)、反Z形結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成諧振腔的雙Z形對(duì)稱布置結(jié)構(gòu)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0012]1、諧振腔采用Z字型對(duì)稱放置，諧振腔的光學(xué)器件是相互獨(dú)立的，光學(xué)器件放置緊湊，使得激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單體積小。
[0013]2、諧振腔選用SESAM作為鎖模元器件，SESAM是半導(dǎo)體可飽和吸收體與反射鏡相結(jié)合，器件相當(dāng)簡(jiǎn)單，具有自啟動(dòng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，使得諧振腔更加簡(jiǎn)單、緊湊，并能得到穩(wěn)定的鎖模脈沖。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為SESAM被動(dòng)鎖模激光器諧振腔光路示意圖。
[0015]圖中:1、單管半導(dǎo)體激光器，2、自聚焦透鏡，3、激光晶體，4、平凹反射鏡a，5、平凹反射鏡b，6、平面反射鏡，7、輸出鏡，8、SESAM飽和吸收鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]如圖1所不,一種SESAM被動(dòng)鎖模激光器,該激光器包括單管半導(dǎo)體激光器1、自聚焦透鏡2、激光晶體3、平凹反射鏡a4、平凹反射鏡b5、平面反射鏡6、輸出鏡7、SESAM飽和吸收鏡8。
[0018]鎖模激光器的自聚焦透鏡2置于單管半導(dǎo)體激光器I和激光晶體3之間；該鎖模激光器的諧振腔呈雙Z形布置；激光晶體3 —側(cè)與自聚焦透鏡2連接；平凹反射鏡a4置于激光晶體3另一側(cè)，所述光路經(jīng)激光晶體3的中心后射入平凹反射鏡a4入射前的焦點(diǎn)處；平面反射鏡6置于光路經(jīng)平凹反射鏡a4反射后的焦點(diǎn)處，光路由激光晶體3水平射入平凹反射鏡a4，平凹反射鏡a4的入射光與反射光之間的夾角范圍為O?10° ;所述光路經(jīng)激光晶體3、平凹反射鏡a4、平面反射鏡6后，呈正Z形結(jié)構(gòu)；與激光晶體3、平凹反射鏡a4、平面反射鏡6組成的正Z形結(jié)構(gòu)相對(duì)稱，輸出鏡7、平凹反射鏡b5、SESAM飽和吸收鏡8組成反Z形結(jié)構(gòu)；其中，所述平面反射鏡6、輸出鏡7呈水平布置，輸出鏡7置于光路經(jīng)平面反射鏡6反射的水平線上，平面反射鏡7位于平凹反射鏡b5入射前焦點(diǎn)處，SESAM飽和吸收鏡8位于平凹反射鏡b5反射后焦點(diǎn)處，平凹反射鏡b5的入射光與反射光之間的夾角范圍為O?10°，經(jīng)平凹反射鏡b5的折射光水平入射到SESAM飽和吸收鏡鏡面上；所述正Z形結(jié)構(gòu)、反Z形結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成諧振腔的雙Z形對(duì)稱布置結(jié)構(gòu)。
[0019]整個(gè)鎖模激光器內(nèi)共分二類光，即振蕩光、諧振腔輸出光；在該雙Z形對(duì)稱布置結(jié)構(gòu)中，其中，1、I1、III為諧振腔輸出光，IV為諧振腔內(nèi)振蕩光；單管半導(dǎo)體激光器I為泵浦源，平凹反射鏡a4、平凹反射鏡b5、平面反射鏡6、輸出鏡7、SESAM可飽和吸收鏡8構(gòu)成諧振腔，當(dāng)諧振腔內(nèi)存在鎖模振蕩光時(shí)，所述穿過自聚焦透鏡2后射入的激光晶體3的射出端帶有楔角，會(huì)有部分鎖模光I輸出，由于輸出鏡7朝向諧振腔內(nèi)一面鍍膜，保證所鍍膜對(duì)振蕩光的透過率，在輸出鏡7背向諧振腔的一面,有延腔內(nèi)入射光和反射光方向分別輸出的鎖模光II >111 ;平面反射鏡6、輸出鏡7呈水平布置，IV為諧振腔內(nèi)振蕩光。
[0020]所述諧振腔激光晶體3為可以為Nd: YVO4激光晶體、Nd: GdYVO4激光晶體、Nd: YAG激光晶體；其射入端通光面為正方形，垂直于晶體a軸，且鍍膜滿足對(duì)振蕩光全反，泵浦光增透其射出端切割一個(gè)與射入端成10°的楔角，且表面鍍振蕩光增透膜。
[0021]平凹反射鏡a4和平凹反射鏡b5曲率半徑相等，且表面鍍對(duì)振蕩光全反膜；平面反射鏡6表面鍍對(duì)振蕩光全反膜；輸出鏡7表面鍍對(duì)振蕩光有一定透過率的反射膜；SESAM飽和吸收鏡8表面鍍有對(duì)振蕩光的全反膜，通光面為正方形，置于一鍍金銅熱沉上；所有元件表面均為水平入射。
[0022]實(shí)施例
[0023]如圖1所示，激光器采用端面泵浦方式，端面泵浦閾值低，輸出效率高，且容易實(shí)現(xiàn)基模運(yùn)轉(zhuǎn)，光束質(zhì)量好。激光器泵浦源采用單管半導(dǎo)體激光器I泵浦光波長(zhǎng)選用808nm，激光晶體3為Nd = YVO4晶體，Nd3+離子摻雜濃度為0.5at.%通光面為4mmX4mm的正方形，平行于通光方向的晶體長(zhǎng)度為5_，激光晶體3靠近泵浦光的一面(泵浦面)表面鍍膜滿足對(duì)1064nm振蕩光全反,808nm泵浦光增透,朝向諧振腔內(nèi)的表面鍍1064nm增透膜,且有一與泵浦面成10°的楔角(以防止標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)影響鎖模激光脈寬)。平凹反射鏡a4和平凹反射鏡b5曲率半徑R=200mm，凹面鍍1064nm全反膜(R>99.8%)。平面反射鏡6朝向腔內(nèi)的表面鍍1064nm全反膜，背向諧振腔的表面不鍍膜。輸出鏡7朝向腔內(nèi)的光學(xué)表面鍍對(duì)1064nm透過率為1.5%的部分反射膜，背向諧振腔的表面不鍍膜。SESAM可飽和吸收鏡固定在一鍍金銅熱沉上，在1030nm到IlOOnm處反射率大于99%，在1064nm處SESAM的飽和吸收系數(shù)為2%，飽和通量為50μ J/cm2，飽和恢復(fù)時(shí)間小于10ps。單管半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的泵浦光經(jīng)過自聚焦透鏡2后聚焦到激光晶體3內(nèi)，腔鏡a4距離激光晶體泵浦面的距離為130mm，距離平面反射鏡6的距離為125mm，振蕩光經(jīng)過平凹反射鏡a4后入射到平面反射鏡6上，再依次經(jīng)過輸出鏡7和平凹反射鏡b5的反射，最后聚焦入射到SESAM飽和吸收鏡8鏡面上，輸出鏡7距離腔鏡b5的距離為125mm，腔鏡b5距離SESAM飽和吸收鏡8的距離為125mm，要實(shí)現(xiàn)鎖模就必須要使得入射到SESAM飽和吸收鏡上的能流密度足夠高，超過SESAM飽和吸收鏡的鎖模閾值，同時(shí)在此過程中保證振蕩光與諧振腔嚴(yán)格共軸(否則會(huì)由于增益空間和激光振蕩空間的不重合而使激光器的閾值升高甚至不能出光)，保證泵浦光與振蕩光滿足模式匹配，并使得激光晶體與SESAM可飽和吸收鏡上的光斑大小合適，滿足這些條件就可以實(shí)現(xiàn)鎖模。通過激光晶體3楔角反射的微弱諧振腔內(nèi)振蕩光來檢測(cè)鎖模信號(hào)光，在注入泵浦光功率3.8A時(shí)，從輸出鏡輸出的兩路鎖模光總功率為1.3W，實(shí)現(xiàn)鎖模激光穩(wěn)定輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種SESAM被動(dòng)鎖模激光器,其特征在于:該激光器包括單管半導(dǎo)體激光器(I)、自聚焦透鏡(2)、激光晶體(3)、平凹反射鏡a (4)、平凹反射鏡b (5)、平面反射鏡(6)、輸出鏡(7)、SESAM飽和吸收鏡(8)； 鎖模激光器的自聚焦透鏡(2)置于單管半導(dǎo)體激光器(I)和激光晶體(3)之間；該鎖模激光器的諧振腔呈雙Z形布置；激光晶體(3)—側(cè)與自聚焦透鏡(2)連接；平凹反射鏡a(4 )置于激光晶體(3 )另一側(cè)，所述光路經(jīng)激光晶體(3 )的中心后射入平凹反射鏡a (4 )入射前的焦點(diǎn)處；平面反射鏡(6)置于光路經(jīng)平凹反射鏡a (4)反射后的焦點(diǎn)處，光路由激光晶體(3)水平射入平凹反射鏡a (4)，平凹反射鏡a (4)的入射光與反射光之間的夾角范圍為O?10° ;所述光路經(jīng)激光晶體(3)、平凹反射鏡a (4)、平面反射鏡(6)后，呈正Z形結(jié)構(gòu)；與激光晶體(3)、平凹反射鏡a (4)、平面反射鏡(6)組成的正Z形結(jié)構(gòu)相對(duì)稱，輸出鏡(7)、平凹反射鏡b (5)、SESAM飽和吸收鏡(8)組成反Z形結(jié)構(gòu)；其中，所述平面反射鏡(6)、輸出鏡(7)呈水平布置，輸出鏡(7)置于光路經(jīng)平面反射鏡(6)反射的水平線上，平面反射鏡(7)位于平凹反射鏡b (5)入射前焦點(diǎn)處，SESAM飽和吸收鏡(8)位于平凹反射鏡b (5)反射后焦點(diǎn)處，平凹反射鏡b (5)的入射光與反射光之間的夾角范圍為O?10°，經(jīng)平凹反射鏡b (5)的折射光水平入射到SESAM飽和吸收鏡鏡面上；所述正Z形結(jié)構(gòu)、反Z形結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成諧振腔的雙Z形對(duì)稱布置結(jié)構(gòu)； 整個(gè)鎖模激光器內(nèi)共分二類光，即振蕩光、諧振腔輸出光；在該雙Z形對(duì)稱布置結(jié)構(gòu)中，其中，1、IIJII為諧振腔輸出光，IV為諧振腔內(nèi)振蕩光；單管半導(dǎo)體激光器I為泵浦源，平凹反射鏡a (4)、平凹反射鏡b (5)、平面反射鏡(6)、輸出鏡(7)、SESAM可飽和吸收鏡(8)構(gòu)成諧振腔，當(dāng)諧振腔內(nèi)存在鎖模振蕩光時(shí)，所述穿過自聚焦透鏡(2)后射入的激光晶體(3)的射出端帶有楔角，會(huì)有部分鎖模光I輸出，由于輸出鏡(7)朝向諧振腔內(nèi)一面鍍膜，保證所鍍膜對(duì)振蕩光的透過率，在輸出鏡(7 )背向諧振腔的一面，有延腔內(nèi)入射光和反射光方向分別輸出的鎖模光ΙΙ、ΙΙΙ;平面反射鏡(6)、輸出鏡(7)呈水平布置，IV為諧振腔內(nèi)振蕩光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SESAM被動(dòng)鎖模激光器，其特征在于:所述諧振腔激光晶體(3)為可以為Nd = YVO4激光晶體、NdiGdYVO4激光晶體、Nd =YAG激光晶體；其射入端通光面為正方形，垂直于晶體a軸，且鍍膜滿足對(duì)振蕩光全反，泵浦光增透其射出端切割一個(gè)與射入端成10°的楔角，且表面鍍振蕩光增透膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SESAM被動(dòng)鎖模激光器，其特征在于:平凹反射鏡a(4)和平凹反射鏡b (5)曲率半徑相等，且表面鍍對(duì)振蕩光全反膜；平面反射鏡(6)表面鍍對(duì)振蕩光全反膜；輸出鏡(7)表面鍍對(duì)振蕩光有一定透過率的反射膜；SESAM飽和吸收鏡(8)表面鍍有對(duì)振蕩光的全反膜，通光面為正方形，置于一鍍金銅熱沉上；所有元件表面均為水平入射。
【文檔編號(hào)】H01S3/08GK103825181SQ201410079757
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】李港, 潘云龍, 陳檬 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)