[发明专利]一种新型锁模激光器

说明书

技术领域

本发明涉及全固态激光技术领域，特别涉及一种高稳定性的超短脉冲锁模激光器。

背景技术

激光加工是激光技术最重要的应用。而皮秒、亚皮秒以及飞秒量级超短脉冲激光脉冲持续时间短、峰值功率高，其应用于激光加工领域的作用机理区别于传统的连续和纳秒脉冲激光加工，是一个多光子吸收过程，非线性作用过程占主导地位，具有以下不可比拟的优点：可加工材料范围广，对材料是非选择性的；大大降低了材料的烧蚀阈值；实现了真正意义上的光学冷加工，无热影响区，加工精度高；无等离子体屏蔽效应，提高了能量利用率；无材料损伤，无飞溅物存在；加工速度快等。超短脉冲激光器已成为材料精密加工的理想工具，开创了超精细、无热损伤和3D空间材料加工的新领域，在半导体微加工、聚合物切割、微电子学、光子晶体器件、微机械加工以及光伏产业等方面具有广泛的应用前景。而获得皮秒-亚皮秒甚至飞秒量级超短激光脉冲的主要方法是激光锁模技术，当前应用最广泛、效果最好的锁模技术主要有两种：利用材料本身克尔效应实现的自锁模技术以及使用半导体可饱和吸收镜（SESAM）实现的被动锁模技术。克尔锁模技术不需要附加调制器，但是有一个重大的缺点就是难以自启动，启动自锁模需要外界的影响，例如敲击腔镜或外壳。它的锁模条件非常苛刻，谐振腔工作在稳定区边缘，因此自锁模具有很大的难度和不稳定性，轻微的震动甚至空气流动都会干扰锁模。而SESAM的设计具有较高的灵活性，可以精确控制损耗、饱和通量、调制深度等参数，并且具有超快的可饱和吸收时间（皮秒到飞秒量级），可以实现锁模的自启动并支持飞秒激光脉冲的产生。现在国际上对固体超快激光研究主要集中被动锁模技术，市场上工业用超短脉冲锁模激光器产品也基本上采用了SESAM被动锁模技术方案。

然而目前的超短脉冲锁模激光器都是利用一块SESAM作为锁模元件来启动和维持锁模脉冲，在这种情况下，SESAM材料的性能在很大程度上决定了整个锁模激光器性能。然而SESAM所使用的半导体化合物材料热导率一般都不高，长时间工作会积累大量的热量，导致SESAM性能的退化；并且SESAM受振动以及外界环境的变化等因素的影响会使得锁模脉冲会变得不稳定甚至出现失锁现象。因此提高超快激光长期工作稳定性和可靠性是当前一个重要的研究课题。目前市场上的超快激光产品多采用反馈电路连接光学调制器或者微动器件配合软件进行系统微调，虽然具有较好的效果，但是成本高昂，整台激光器售价几十万甚至上百万，并且后续的维护费用高昂。目前市场上的超短脉冲锁模激光器为提高系统稳定性多采用电子反馈系统以及微位移器件配合软件进行微调，这样使得锁模激光设备成本高，技术条件要求十分苛刻。

发明内容

为克服现有技术的缺陷和不足，本发明提供了一种结构简单的具有高稳定性、高可靠性的超短脉冲锁模的新型锁模激光器。

本发明的技术方案如下：

一种新型锁模激光器，包括二极管泵浦源、耦合系统、激光增益介质和激光谐振腔，二极管泵浦源、耦合系统和激光谐振腔顺序排列成光路，激光增益介质位于激光谐振腔内，其特征在于激光谐振腔包括输入腔镜、两个反射镜A、B、两个半导体可饱和吸收镜（SESAM）A、B，输入腔镜后面分为两路光路，其中一路光路中顺序为激光增益介质、反射镜A和半导体可饱和吸收镜（SESAM）A，另一路光路中顺序为反射镜B和半导体可饱和吸收镜（SESAM）B，半导体可饱和吸收镜（SESAM）A上镀有对腔内谐振光高反的反射膜，半导体可饱和吸收镜（SESAM）B上镀有对腔内谐振光部分反射部分透射的薄膜；

所述的输入腔镜为平面镜；输入腔镜两个端面均镀有对二极管泵浦光增透的增透膜，其后端面镀有对腔内谐振光高反的反射膜；

所述的激光增益介质两个端面均镀有对腔内谐振光和对二极管泵浦光增透的增透膜；

所述的两个反射镜A、B是平凹镜。

所述的激光增益介质是掺杂为Nd、Yb、Tm、Ho、Er、Pr稀土离子、Fe、Cr、Ti过渡金属离子的晶体材料以及激光陶瓷增益介质中的一种。