[发明专利]模式同步固体激光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体激光装置，尤其涉及可以实现短脉冲动作的 小型化孤子型的模式同步固体激光装置。

背景技术

以往开发的固体激光装置将半导体激光器(LD)作为激发光源， 并采用添加了稀土类离子或过渡性金属离子的固体激光介质(激光晶 体、陶瓷、玻璃)。其中，产生皮秒至飞秒区域的所谓短脉冲光的短 脉冲激光装置，在医疗、生物、机械产业、计测等众多应用领域中得 到研究及提倡，而且经过实际验证后，一部分得到实际应用。

这种激光装置通过被称为模式同步的动作来产生短脉冲。简单地 讲，所谓模式同步指如下现象：在激光振荡时的频率区域中观察时多 个纵模式的相位全部同步(相对相位差＝0)，因此根据纵模式之间的 多模干扰成为在时间区域中极短的脉冲。在固体激光装置中，基于半 导体可饱和吸收镜(Semiconductor Saturable Absorbing Mirror，SESAM) 的模式同步，由于简便、低成本、尺寸小以及自行开始的优点等，被 投入了较大精力进行其研发。

尤其在作为CW(连续振荡)模式同步的一种形式的孤子型模式 同步中，激光谐振器内的负的群速度色散与主要在激光介质的自身相 位调制进行结合，可以产生飞秒区域的脉冲。更加具体地讲，所谓孤 子型模式同步指通过可饱和吸收镜起动模式同步而使脉冲保持稳定， 并且经过由负群速度色散与自身相位调制的平衡引起的孤子脉冲形 成，产生模式同步脉冲的陡峭化，可以产生稳定的脉冲(参照非专利 文献1、3)。

另外，用于实现上述孤子型模式同步的固体激光装置基本上在谐 振器内设置固体激光介质、可饱和吸收镜和负群速度色散元件。另外， 以下有时也把负群速度色散简称为负色散。

图17表示非专利文献1所示的现有的Yb掺杂的孤子型模式同步 固体激光器(固体激光介质为Yb：KGd(WO₄)₂)的典型结构。在该 图17中，80表示产生例如波长980nm的激发光的激发光源，81表示 分别与一对激发光源80对应地设置的输入光学系统，83表示固体激光 介质，M₁、M₂表示构成谐振器的例如曲率半径20cm的一对凹面镜， 84也表示曲率半径20cm的凹面镜，85表示SESAM，86和87表示由 构成棱镜对的例如SF10玻璃形成的棱镜，88表示刀口板，89表示例 如透射率4.3％的输出耦合器。

在现有装置中，如图17所示，为了减小在激光介质的激光振荡光 的光束半径ω_L、在SESAM的激光振荡光的光束半径ω_A，采用通过凹 面镜M1、M2和84在固体激光介质上和SESAM上分别聚束激光振荡 光的光束半径的结构。

这样减小激光介质上和SESAM上的点尺寸(振荡光的光束半径) 的理由有以下两点。首先，第一个理由是为了降低激光振荡阈值，第 二个理由是为了满足孤子模式同步条件。

首先说明第一个理由。激光振荡阈值P_th利用下述公式(1)表示 (参照非专利文献2)。