克爾透鏡自鎖模Yb:LSO激光器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種克爾透鏡自鎖模用Yb:LSO激光器。該激光器用于輸出經(jīng)鎖模的激光，包括：泵浦源，用于提供泵浦激光；由Yb:LSO材料形成的激光晶體，用作增益介質和克爾介質；由多個光學元件構成的光學系統(tǒng)，其布置成能夠與泵浦源和激光晶體一起以克爾透鏡鎖模機制工作；光學系統(tǒng)包括用于形成激光的往返光路的諧振腔，激光晶體設置在往返光路中；諧振腔具有設置在往返光路的第一端部處的用于反射激光的第一端鏡；第一端鏡為半導體可飽和吸收鏡，用于啟動與穩(wěn)定克爾透鏡鎖模。本實用新型采用半導體可飽和吸收鏡輔助鎖模，在Yb:LSO激光晶體上實現(xiàn)了克爾透鏡自啟動鎖模，能夠長時間穩(wěn)定運轉且獲得了54fs的飛秒脈沖輸出。
【專利說明】克爾透鏡自鎖模Yb:LSO激光器

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種激光器【技術領域】，特別是涉及一種克爾透鏡自鎖模用Yb:LS0激光器。

【背景技術】
[0002]LD(Laser D1de，激光二極管)泵浦全固體激光器集二極管激光器和固體激光器的優(yōu)點于一身，且彌補了兩者的不足，使得LD泵浦的全固態(tài)激光器優(yōu)于燈泵固態(tài)激光器和二極管激光器本身，具有以下優(yōu)點，如總體效率高；穩(wěn)定性好；光束質量高、發(fā)散角小，具有聞的空間相干性；結構緊湊、小型化；可罪性聞、壽命長；易實現(xiàn)單頻運轉；峰值功率聞；波長覆蓋范圍寬等，因此其各項性能指標以及在實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化等方面都取得了很大的進步。
[0003]1981年，美國貝爾實驗室成功研制出碰撞鎖模染料激光器，實現(xiàn)了飛秒(fs，I(T15S)量級的激光輸出，其極短的脈沖寬度和極高的峰值功率使得飛秒超快激光技術成為激光研究領域的一大熱點。
[0004]基于半導體泵浦的全固態(tài)激光器以結構緊湊、成本低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點在高技術工業(yè)領域具有廣泛的應用前景，但直到20世紀90年代，波長在0.9?1.0ym的高功率InGaAs激光二極管(LD)出現(xiàn)，使適合此波段泵浦的Yb3+激光器受到人們的重視，掀起了基于摻Yb3+介質全固態(tài)飛秒激光器的研究熱潮。
[0005]LD泵浦的全固態(tài)飛秒激光器由于具有成本低廉，結構簡單緊湊等優(yōu)點，已經(jīng)成為目前近紅外I?2μπι波段較為主流的研究方向。而且由于采用LD泵浦具有亮度高、功率大等優(yōu)點，有利于高功率飛秒激光的獲得，在國防、工業(yè)、醫(yī)療及科研等領域都具有非常重要的用途。在Iym波段，隨著高功率、高亮度的LD的出現(xiàn)，越來越多的基于Yb3+摻雜的激光晶體、陶瓷材料被應用于飛秒激光器的研究當中，這主要歸功于摻雜Yb3+的晶體或陶瓷擁有非常優(yōu)良的特性，例如無激發(fā)態(tài)的吸收，無交叉弛豫，不存在濃度淬滅，具有較高的量子效率，很長的熒光壽命以及很寬的發(fā)射帶寬。作為眾多的Yb3+摻雜的激光介質中重要的一族，Yb3+摻雜的硅酸鹽晶體在近幾年來得到了大家廣泛的關注。由于Yb3+摻雜的硅酸鹽晶體中Yb3+的基態(tài)能級斯塔克分裂較大，使得受激輻射產(chǎn)生激光過程屬于準四能級結構，降低了產(chǎn)生激光的泵浦閾值，而且Yb3+摻雜的硅酸鹽晶體均具有較寬的發(fā)射光譜，理論上可以支持小于10fs的超短脈沖產(chǎn)生。
[0006]目前，大多數(shù)Yb3+摻雜的全固態(tài)激光器都米用SESAM(semiconductor saturableabsorber mirror,半導體可飽和吸收鏡)啟動的被動鎖模方式，然而受限于SESAM本身帶寬的因素，使得產(chǎn)生飛秒激光脈沖的脈沖寬度大都在10fs以上。而I μ m波段小于10fs的脈沖寬度的飛秒脈沖在很多領域諸如光頻標以及原子分子瞬態(tài)動力學等方面具有十分重要的應用?？藸柾哥R鎖模法能夠直接產(chǎn)生亞10fs脈沖輸出，所謂的克爾透鏡鎖模是指諧振腔內不需要任何鎖模元件，僅利用激光晶體增益介質本身的克爾效應作為可飽和吸收體，在一定條件下實現(xiàn)自鎖模運轉。雖然克爾透鏡鎖模可以實現(xiàn)寬光譜亞10fs的鎖模脈沖輸出，但是無法自啟動是其致命缺點，而且由于容易受環(huán)境影響，克爾透鏡鎖模一般只能維持幾個小時，鎖模掉了以后需要給予一定的外界擾動才能重新建立鎖模。
[0007]因此，如何建立一種可以自啟動的克爾透鏡鎖模的亞10fsYb3+摻雜的全固態(tài)激光器成為目前亟需解決的問題。
實用新型內容
[0008]本實用新型的目的旨在提供一種克爾透鏡自鎖模Yb:LS0激光器，該激光器實現(xiàn)了自啟動的克爾透鏡鎖模，且輸出鏡直接輸出的飛秒脈沖的脈沖寬度可以達到61fs。
[0009]為了解決上述問題，根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種克爾透鏡自鎖模Yb:LS0激光器，用于輸出經(jīng)鎖模的激光，包括:泵浦源，用于提供泵浦激光；由Yb = LSOMW形成的激光晶體，同時用作增益介質和克爾介質；由多個光學元件構成的光學系統(tǒng)，其布置成能夠與泵浦源和激光晶體一起以克爾透鏡鎖模機制工作；其中，光學系統(tǒng)包括用于形成激光的往返光路的諧振腔，激光晶體設置在往返光路中；諧振腔具有設置在往返光路的第一端部處的用于反射激光的第一端鏡；其中，第一端鏡為半導體可飽和吸收鏡，用于啟動與穩(wěn)定所述克爾透鏡鎖模。
[0010]進一步地，諧振腔具有設置在所述往返光路的第二端部處的用作輸出鏡的第二端鏡，用于部分反射和部分透射激光。
[0011]進一步地，諧振腔還具有沿往返光路設置在第一端鏡和第二端鏡之間的第一凹面鏡、第二凹面鏡和第三凹面鏡；并且布置成使得泵浦源發(fā)出的泵浦激光經(jīng)過第一凹面鏡后入射到激光晶體上，振蕩產(chǎn)生的激光先入射到第二凹面鏡上，并被第二凹面鏡和第三凹面鏡依次反射，然后入射到第一端鏡上；第一端鏡將激光原路返回，到達第一凹面鏡，并被第一凹面鏡依次反射，最終入射到第二端鏡上，透過第二端鏡輸出經(jīng)鎖模的激光。
[0012]進一步地，諧振腔還具有在往返光路中用于色散補償?shù)腉TI鏡，其布置成將來自第一凹面鏡和第二端鏡中一個的激光反射至另一個；優(yōu)選地，GTI鏡提供的反常色散值為-800fs2。
[0013]進一步地，激光晶體中Yb原子摻雜濃度為5%?10% ;優(yōu)選地，Yb原子摻雜濃度為5%。
[0014]進一步地，光學系統(tǒng)還包括光學耦合聚焦單元，用于將來自泵浦源的泵浦激光聚焦于激光晶體。
[0015]進一步地，第一凹面鏡和第二凹面鏡的曲率半徑為75mm;可選地，第三凹面鏡的曲率半徑為300mm。
[0016]進一步地,激光晶體為正方體形狀；優(yōu)選地，激光晶體的尺寸為3mmX3mmX3mm。
[0017]進一步地，第一端鏡的調制深度為0.4%?1.6%，，飽和通量為60?120μ J/cm2，弛豫時間彡500fs,中心波長為1040?1064nm ;優(yōu)選地，第一端鏡的調制深度為0.4%，飽和通量為90 μ J/cm2，弛豫時間為500fs，中心波長為1064nm。
[0018]進一步地，第二端鏡面向諧振腔內的一面鍍有對增益激光的透過率為0.4%的介質膜；第二端鏡背向諧振腔內的一面鍍有促進增益激光透射的增透介質膜。
[0019]進一步地，第一凹面鏡面向泵浦源的一面鍍有促進泵浦激光透射的增透介質膜；第一凹面鏡背向泵浦源的一面依次鍍有促進泵浦激光透射的增透介質膜以及促進增益激光反射的增反介質膜。
[0020]進一步地，第二凹面鏡和第三凹面鏡朝向諧振腔的一面均鍍有促進增益激光反射的增反介質膜。
[0021 ] 進一步地，激光晶體上面向第一凹面鏡的側面與面向第二凹面鏡的側面上依次鍍有促進泵浦激光透射的增透介質膜和促進增益激光反射的增反介質膜。
[0022]進一步地，泵浦源為光學耦合輸出的半導體激光器。
[0023]進一步地，第一端鏡和第二凹面鏡設置在可調節(jié)的光學平移臺上。
[0024]應用本實用新型的技術方案，實用新型人僅利用增益介質Yb = LSO激光晶體本身的克爾效應，通過采用第一端鏡即半導體可飽和吸收鏡(SESAM)輔助鎖模，在諧振腔內不需要任何其它的鎖模元件的情況下，不僅能夠得到可實現(xiàn)自啟動的克爾透鏡鎖模的Yb:LSO激光器，并且采用本實用新型的激光器可獲得脈沖寬度為54fs的飛秒脈沖輸出，透過輸出鏡直接輸出的最大平均功率高達25mW，重復頻率為113MHz，中心波長為1052nm，光譜半高寬為22.5nm。本實用新型相比于現(xiàn)有的鎖模激光器來說，首次實現(xiàn)了克爾透鏡自啟動鎖模，更令人驚奇的是，使得脈沖寬度有了明顯縮短，而且相比于其它克爾透鏡鎖模的激光器，實現(xiàn)了自啟動且能夠長時間穩(wěn)定運轉。
[0025]根據(jù)下文結合附圖對本實用新型具體實施例的詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本實用新型的上述以及其他目的、優(yōu)點和特征。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本實用新型的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領域技術人員應該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中:
[0027]圖1為根據(jù)本實用新型一種典型實施例的克爾透鏡自鎖模激光器的光路結構示意圖；
[0028]圖2為根據(jù)本實用新型一種實施例的克爾透鏡自鎖模激光器用強度自相關儀測得的脈沖寬度信號；
[0029]圖3為根據(jù)本實用新型一種實施例的克爾透鏡自鎖模激光器用光譜儀測得的輸出光譜信號；
[0030]圖4a_4b為根據(jù)本實用新型一種實施例的克爾透鏡自鎖模激光器用頻譜分析儀測得的頻譜圖，其中，圖4a是分辨率為IkHz時的頻譜，圖4b是分辨率為10kHz時的頻譜；以及
[0031]圖5為根據(jù)本實用新型一種實施例的將SESAM換為一個平面鏡時得到的穩(wěn)定的純克爾透鏡自鎖模的強度自相關信號。

【具體實施方式】
[0032]為了解決現(xiàn)有技術中的克爾透鏡鎖模在實現(xiàn)寬光譜亞10fs的鎖模脈沖輸出時無法自啟動的問題，以及該克爾透鏡鎖模因受環(huán)境影響維持時間短且鎖模掉了后還需要給予外界擾動才能重新建立鎖模等問題，本實用新型提出了一種克爾透鏡自鎖模Yb:LSO(Yb:Lu2S15摻鐿硅酸镥)激光器。該Yb:LSO激光器不僅首次實現(xiàn)了自啟動的克爾透鏡鎖模的，而且更讓人驚奇的是，還獲得了脈沖寬度為54fs的飛秒脈沖輸出，顯著縮短了脈沖寬度，而且相比于現(xiàn)有的克爾透鏡鎖模的激光器，實現(xiàn)了自啟動及長時間穩(wěn)定運轉。
[0033]如圖1所示，在本實用新型的一個典型實施例中，激光器包括泵浦源10、由Yb:LS0材料形成的激光晶體20以及由多個光學元件構成的光學系統(tǒng)。其中，泵浦源10用于提供泵浦激光。激光晶體20同時用作增益介質和克爾介質，形成克爾透鏡鎖模。由多個光學元件構成的光學系統(tǒng)，其布置成能夠與泵浦源10和激光晶體20 —起以克爾透鏡鎖模機制工作。其中，光學系統(tǒng)包括用于形成激光的往返光路的諧振腔，激光晶體20設置在往返光路中；諧振腔具有設置在往返光路的第一端部處的用于反射激光的第一端鏡30。其中，第一端鏡30為半導體可飽和吸收鏡，用于啟動與穩(wěn)定克爾透鏡鎖模。
[0034]在本實用新型的一個優(yōu)選實施例中，諧振腔還具有設置在往返光路的第二端部處的用作輸出鏡的第二端鏡40。其中，第二端鏡40為平面鏡，其除了具有輸出少量透過光的作用外，還可以將振蕩激光不停地反射回諧振腔，即用于部分反射和部分透射激光。
[0035]優(yōu)選地，第二端鏡40面向諧振腔內的一面鍍有對增益激光，即波長為1020?IlOOnm的增益激光的透過率為0.4%的介質膜。第二端鏡40背向諧振腔內的一面鍍有促進增益激光透射的增透介質膜。現(xiàn)有技術中一般采用透過率為5%或2%的介質膜，而本實用新型創(chuàng)造性地采用透過率為0.4%的介質膜，主要目的是減小振蕩激光的透過率，使得振蕩激光能夠在諧振腔內多次反射振蕩，進而增強諧振腔內的功率密度，提高晶體的克爾透鏡效應，有利于實現(xiàn)克爾透鏡鎖模。第二端鏡40背向諧振腔內的一面鍍有促進增益激光透射的增透介質膜，主要是考慮到由于前表面對振蕩激光的透過率較低，后表面的反射對輸出功率影響較大，有助于降低第二端鏡40對輸出激光的損耗。
[0036]如圖1所示，在本實用新型的一個具體實施例中，諧振腔還具有沿往返光路設置在第一端鏡30和第二端鏡40之間的第一凹面鏡50、第二凹面鏡60和第三凹面鏡70。其中，第一凹面鏡50和第二個凹面鏡60分別相對地設置在Yb:LS0激光晶體20的兩側。優(yōu)選地，第一凹面鏡50和第二凹面鏡60之間的距離為78mm。兩個凹面鏡布置成使得泵浦源10發(fā)出的泵浦激光經(jīng)過第一凹面鏡50后入射到激光晶體20上，振蕩產(chǎn)生的激光先入射到第二凹面鏡60上，并被第二凹面鏡60和第三凹面鏡70依次反射，然后入射到第一端鏡30上；第一端鏡30將激光原路返回，到達第一凹面鏡50,并被第一凹面鏡50依次反射,最終入射到第二端鏡40上，透過第二端鏡40輸出經(jīng)鎖模的激光。
[0037]在本實用新型的一個典型實施例中，諧振腔還具有在往返光路中用于色散補償?shù)腉TI鏡80，其布置成將來自第一凹面鏡50和第二端鏡40中一個的激光反射至另一個。GTI鏡80用于補償腔內空氣、激光晶體20以及SESAM30所引入的正常色散。如果沒有GTI鏡80的補償，則會使得諧振腔內存在凈的正色散，從而無法較好地實現(xiàn)，甚至不能夠實現(xiàn)克爾透鏡鎖模。相比于傳統(tǒng)的棱鏡，本實用新型采用GTI鏡80進行色散補償，其方便簡單而且占地空間小，可以使整個振蕩器的結構更為緊湊。
[0038]優(yōu)選地，GTI鏡80提供的反常色散值為-800fs2?-1200fs2。該反常色散值的范圍主要是根據(jù)腔內的正色散量來確定。如果反常色散值高于_1200fs2，則會出現(xiàn)腔內負色散過多的問題，無法實現(xiàn)最短脈沖輸出；相反，如果反常色散值低于-800fs2，則會出現(xiàn)腔內為凈的正色散，容易導致無法滿足克爾透鏡鎖模條件。最優(yōu)選地，GTI鏡80提供的反常色散值為-800fs2，此時能夠達到最佳的補償效果。
[0039]如圖1所示，具體地，從泵浦源10發(fā)出的976nm的泵浦激光經(jīng)第一凹面鏡50后入射到激光晶體20上，振蕩產(chǎn)生的1.05 μ m增益激光入射到第二凹面鏡60上后并被第二凹面鏡60和第三凹面鏡70依次反射，入射到第一端鏡30即半導體可飽和吸收鏡(SESAM)上。SESAM30將激光原路返回，到達第一凹面鏡50，并被第一凹面鏡50和GTI鏡60依次反射，最終入射到輸出鏡80。透過輸出鏡80直接輸出的飛秒脈沖的脈沖寬度為54fs，最大平均功率為25mW，重復頻率為113MHz，中心波長為1052nm，光譜半高寬為22.5nm。本實用新型首次利用激光晶體20的克爾效應及SESAM30的輔助鎖模，實現(xiàn)了自啟動的穩(wěn)定克爾透鏡鎖模，該54fs脈沖寬度也是Yb3+摻雜的硅酸晶體得到的最短脈沖。
[0040]本實用新型中所采用的光學系統(tǒng)還包括光學耦合聚焦單元，用于將來自泵浦源10的泵浦激光聚焦于激光晶體。在本實用新型的一個優(yōu)選實施例中，泵浦源10為光學耦合輸出的半導體激光器，用于輸出波長為976nm的泵浦激光。泵浦源10的最大輸出功率為25W，光纖的纖芯直徑為100 μ m，數(shù)值孔徑為0.55。光纖輸出的泵浦激光經(jīng)過一個1:0.8的光學耦合聚焦單元聚焦后到達Yb:LSO激光晶體20的中心。優(yōu)選激光晶體20垂直于泵浦激光方向放置。
[0041]本實用新型對Yb:LS0激光晶體20的形狀沒有特殊限制，只要能夠滿足足夠的增益長度(3_)即可。如可以為圓柱體、長方體、正方體等。在一個優(yōu)選實施例中，激光晶體20為正方體。進一步優(yōu)選地，激光晶體20的尺寸為3mmX3mmX3mm。
[0042]在本實用新型的一個優(yōu)選實施例中，YbiLSO激光晶體20中Yb原子摻雜濃度為5%?10%?？紤]到激光增益與重吸收的問題，本實用新型采用上述數(shù)值范圍的Yb原子摻雜濃度，此時得到的Yb:LS0激光晶體20同時具有足夠的激光增益和較小的重吸收。如果摻雜濃度高于10%，則會導致對振蕩激光重吸收的問題；相反，如果摻雜濃度低于5%，會導致增益不夠。因此，經(jīng)綜合考慮，本實用新型將Yb原子的摻雜濃度控制為5%?10%。最優(yōu)選地，YbiLSO激光晶體20中Yb原子摻雜濃度為5%。
[0043]為了提高泵浦效率以及減小諧振腔的損耗，優(yōu)選地，Yb: LSO激光晶體20上面向第一凹面鏡30的側面與面向第二凹面鏡40的側面上依次鍍有促進泵浦激光透射的增透介質膜(T>99.8% )和促進增益激光反射的增反介質膜。一般泵浦激光的波長為970?980nm，增益激光的波長為1000?llOOnm。在未鍍增透介質膜和增反介質膜的Yb:LSO激光晶體的四周側包覆有銦鉬層。設置銦鉬層有助于提高晶體的散熱能力，進而使晶體表面溫度保持恒定。設置有介質膜和銦鉬層的Yb:LS0激光晶體20固定在水冷銅塊上，水冷銅塊設置在可調節(jié)的光學平移臺上紫銅的水冷架上。制冷且循環(huán)流通的蒸餾水保證Yb:LS0激光晶體20的表面溫度維持在10°C，避免由于熱積累導致輸出激光的穩(wěn)定性變差。
[0044]在本實用新型的一個優(yōu)選實施例中，第一凹面鏡50與第二凹面鏡60的曲率半徑為75_。其中，曲率半徑的大小主要影響到晶體中心聚集光斑大小，進而影響晶體的克爾透鏡效應的強弱。本實用新型將第一凹面鏡50和第二凹面鏡60的曲率半徑限定為上述數(shù)值，聚焦光斑小且空間緊湊，保證增益激光在Yb:LS0激光晶體20的中心處足夠小，進而得到了較高的功率密度，增強了克爾透鏡效應，從而得到了更短的脈沖寬度及更穩(wěn)定的自啟動鎖模運轉?？蛇x地，第三凹面鏡70的曲率半徑為300mm。第三凹面鏡70的作用主要是將振蕩激光聚焦到SESAM30上，其曲率半徑的大小主要影響到SESAM30上光斑的大小。將其曲率半徑限定為300nm，可以保證SESAM30上的能流密度為飽和能流密度的10倍左右，滿足SESAM30的最佳工作條件。第二凹面鏡60和第三凹面鏡70朝向諧振腔的一面均鍍有促進增益激光反射的增反介質膜。
[0045]在本實用新型的一個具體實施例中，第一凹面鏡50面向泵浦源10的一面鍍有促進泵浦激光透射的增透介質膜。第一凹面鏡50背向泵浦源10的一面依次鍍有促進泵浦激光透射的增透介質膜以及促進增益激光反射的增反介質膜。
[0046]在本實用新型的一個優(yōu)選實施例中，為了方便調節(jié)SESAM30的位置，優(yōu)選地，將第一端鏡SESAM30設置在可調節(jié)的光學平移臺上。這樣可以根據(jù)需要對SESAM30的位置進行調節(jié)，進而調節(jié)SESAM30上光斑的大小?？紤]到第二凹面鏡60與晶體之間的距離對于實現(xiàn)克爾透鏡鎖模十分重要，為了便于調節(jié)該距離，優(yōu)選地，第二凹面鏡60也設置在可調節(jié)的光學平移臺上。
[0047]SESAM30的飽和通量、弛豫時間決定了其輔助鎖模特性，而這些特性則是由其生長溫度、吸收區(qū)厚度所決定。SESAM30的飽和通量的大小，影響其輔助鎖模的閾值。在本實用新型的一個最佳實施例中，SESAM30的調制深度為0.4%，飽和通量為90J/cm2，弛豫時間<500fs,中心波長為1064nm。此外，與其它鎖模元件相比，本實用新型所采用的SESAM30輔助鎖模，具有結構簡單且穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，能夠大大簡化克爾透鏡鎖模激光器的內部結構，增加其實用性，從而使超短激光脈沖得到了更廣泛的應用和飛速發(fā)展。
[0048]在本實用新型的具體實施例中，第一端鏡SESAM30和用于輸出激光的第二端鏡40構成了諧振腔的兩個端鏡，整個諧振腔的長度為1.33m，對應于重復頻率為113MHz。用AB⑶矩陣計算得到晶體和SESAM上的光斑分別為14 μ mX 39 μ m和54 μ mX 54 μ m。
[0049]本實用新型的最佳實施中提供的激光器得到的穩(wěn)定連續(xù)鎖模最大平均輸出功率為25Mw。圖2為采用型號為FR-103MN的強度自相關儀測得的脈沖自相關信號。從圖2中可以看出，在雙曲脈正割型脈沖假設下，對應的脈沖寬度為54fs，可見，采用本實用新型所提供的激光器能夠達到最短的脈沖輸出。利用光譜儀測得的光譜如圖3所示。從圖3中可以看出，其中心波長為1052nm，光譜半高寬為22.5nm。
[0050]圖4a_4b為頻譜分析儀測得的鎖模頻譜圖。圖4a的分辨率為1kHz，頻率范圍為250kHz ;圖4b的分辨率為10kHz，頻率范圍為IGHz。從圖4a_4b中可以看出，本實用新型所提供的激光器具有很好的穩(wěn)定性。
[0051]為了進一步證明本實用新型提供的激光器鎖模運轉確實為克爾透鏡鎖模，在本實用新型的一個具體實施例中，將第一端鏡SESAM30用平面高反鏡代替。利用平面鏡作為端鏡，可以得到脈沖寬度為62.4fs穩(wěn)定的純克爾透鏡鎖模，其強度自相關信號如圖5所示。雖然純的克爾透鏡鎖模十分穩(wěn)定，但是一旦鎖模失鎖，在沒有外界的微擾如輕推端鏡等情況下，無法實現(xiàn)自啟動。
[0052]將圖2中具有SESAM30輔助鎖模得到的強度自相關信號與圖5中未采用SESAM30輔助鎖模得到的強度自相關信號進行對比，可以看出，兩者的強度自相關信號差異較小，說明圖2中采用SESAM30輔助鎖模后得到的激光器鎖模運轉確實為克爾透鏡鎖模。這說明了本實用新型提供的激光器確實為穩(wěn)定的克爾透鏡自鎖模，且由于SESAM30的存在，完全可以自啟動并實現(xiàn)長期穩(wěn)定鎖模。并且本實用新型采用對稱共焦式的諧振腔結構，并采用緊聚焦的腔型設計，能夠減小增益激光在Yb:LS0晶體中心上的束腰大小，增加了腔內的功率密度，從而進一步增強了克爾透鏡效應，有利于克爾透鏡鎖模的形成。
[0053]可見，本實用新型具有很好的實用性和可操作性，結構緊湊小巧，不僅具有很好的穩(wěn)定性而且可以自啟動，適用于重復生產(chǎn)和組裝，適于批量化生產(chǎn)、成本較低、激光單向輸出、高重復頻率、亞10fs量級的脈沖寬度，高穩(wěn)定性以及自啟動等優(yōu)點，可廣泛應用于國防、工業(yè)、醫(yī)療及科研領域，具有很好的應用前景和商業(yè)價值。
[0054]至此，本領域技術人員應認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本實用新型的多個示例性實施例，但是，在不脫離本實用新型精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本實用新型公開的內容直接確定或推導出符合本實用新型原理的許多其他變型或修改。因此，本實用新型的范圍應被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。
【權利要求】
1.一種克爾透鏡自鎖模Yb:LSO激光器，用于輸出經(jīng)鎖模的激光，其特征在于，包括: 泵浦源(10)，用于提供泵浦激光； 由Yb:LSO材料形成的激光晶體(20)，同時用作增益介質和克爾介質； 由多個光學元件構成的光學系統(tǒng)，其布置成能夠與泵浦源(10)和所述激光晶體(20)一起以克爾透鏡鎖模機制工作；其中，所述光學系統(tǒng)包括用于形成所述激光的往返光路的諧振腔，所述激光晶體(20)設置在所述往返光路中；所述諧振腔具有設置在所述往返光路的第一端部處的用于反射所述激光的第一端鏡(30)； 其中，所述第一端鏡(30)為半導體可飽和吸收鏡，用于啟動與穩(wěn)定所述克爾透鏡鎖模。
2.根據(jù)權利要求1所述的激光器，其特征在于，所述諧振腔具有設置在所述往返光路的第二端部處的用作輸出鏡的第二端鏡(40)，用于部分反射和部分透射所述激光。
3.根據(jù)權利要求2所述的激光器，其特征在于，所述諧振腔還具有沿所述往返光路設置在所述第一端鏡(30)和所述第二端鏡(40)之間的第一凹面鏡(50)、第二凹面鏡￠0)和第三凹面鏡(70);并且布置成使得所述泵浦源(10)發(fā)出的所述泵浦激光經(jīng)過第一凹面鏡(50)后入射到激光晶體(20)上，振蕩產(chǎn)生的激光先入射到所述第二凹面鏡￠0)上，并被所述第二凹面鏡￠0)和所述第三凹面鏡(70)依次反射，然后入射到所述第一端鏡(30)上；所述第一端鏡(30)將激光原路返回，到達所述第一凹面鏡(50)，并被所述第一凹面鏡(50)依次反射，最終入射到所述第二端鏡(40)上，透過所述第二端鏡(40)輸出經(jīng)鎖模的所述激光。
4.根據(jù)權利要求3所述的激光器，其特征在于，所述諧振腔還具有在所述往返光路中用于色散補償?shù)腉TI鏡(80)，其布置成將來自所述第一凹面鏡(50)和所述第二端鏡(40)中一個的激光反射至另一個，所述GTI鏡(80)提供的反常色散值為-800 fs2。
5.根據(jù)權利要求1所述的激光器，其特征在于，所述光學系統(tǒng)還包括光學耦合聚焦單元，用于將來自所述泵浦源(10)的所述泵浦激光聚焦于所述激光晶體。
6.根據(jù)權利要求3所述的激光器，其特征在于，所述第一凹面鏡(50)和所述第二凹面鏡(60)的曲率半徑為75mm，所述第三凹面鏡(70)的曲率半徑為300mm。
7.根據(jù)權利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光晶體(20)為正方體形狀，所述激光晶體(20)的尺寸為3mmX3mmX3mm。
8.根據(jù)權利要求2所述的激光器，其特征在于， 所述第二端鏡(40)面向所述諧振腔內的一面鍍有對增益激光的透過率為0.4%的介質膜； 所述第二端鏡(40)背向所述諧振腔內的一面鍍有促進增益激光透射的增透介質膜。
【文檔編號】H01S3/098GK204012177SQ201420289042
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】魏志義, 田文龍, 王兆華, 魏龍, 彭英楠, 朱政, 劉家興 申請人:中國科學院物理研究所, 西安電子科技大學