[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，具体而言特别涉及容易小型化且能够实现短脉冲动作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，并由此激发添加有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、玻璃等)。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，以下称为SESAM)的模式同步，由于具有简便、低成本、尺寸小以及自行开始的优点，被投入了较大精力进行其研发。

尤其在作为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行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中对孤子型模式同步的定义)。

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18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18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18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)。