[发明专利]产生高稳定、低重复频率、亚纳秒锁模脉冲激光的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用主被动双损耗调制技术产生高稳定、低重复频率、亚纳秒脉冲激光的方法，属于激光技术领域。

背景技术

全固态短脉冲激光中的脉冲宽度、重复率、稳定性、峰值功率是极为重要的几项指标。高稳定性和高峰值功率是短脉冲激光应用的必要条件；脉冲宽度和重复率决定了光与物质相互作用的时间及动力学过程，低重复率不仅提高脉冲的峰值功率，而且在诸如荧光寿命测量中能够增加寿命测量的范围。图1显示了通常激光器的四种不同运转状态，包括连续(CW)、调Q(Q-switching)、连续锁模（CW mode-locking）、调Q锁模（Q-switching andmode-locking）。

一般说来，连续锁模激光能够产生皮秒(ps)和飞秒(fs)级的脉冲，脉冲的重复率依赖于腔长,在MHz~GHz量级；通过增加腔长到100m和3.8Km，在被动锁模激光和被动锁模光纤激光中最低的重复率只能到1.5MHz和77KHz，但腔长的增加无疑使激光器系统复杂，且难以获得几KHz的重复速率。主动调Q激光能够产生几纳秒到几十纳秒的脉冲，脉冲的重复率为kHz量级，并可以调控；被动调Q激光可产生纳秒级的脉冲，而微片被动调Q激光的脉冲宽度可以窄到亚纳秒级，但被动调Q激光的单脉冲能量及脉冲的重复率均不稳定；调Q技术难以获得高稳定性、高峰值功率的脉冲激光。调Q锁模是介于调Q和连续锁模之间的动力学过程，调Q包络的脉宽和重复率均与调Q激光相同，调Q包络下的锁模脉冲的脉宽为亚纳秒级，其重复率与连续锁模相同，峰值功率高于调Q激光和连续锁模激光脉冲，但调Q包络下的锁模脉冲串个数众多，单脉冲能量从包络中心向外依次减小，稳定性较差。因此，单一的连续锁模、调Q或调Q锁模技术，均难以获得低重频（几KHz）、高稳定性、高峰值功率的亚纳秒级锁模脉冲激光。

双损耗调制是将两种不同或相同的损耗调制相结合，并同时放入一谐振腔内。依据不同的结合又可分为双主动损耗调制、主-被动双损耗调制、双被动损耗调制。双主动损耗调制如主动电光（声光）和主动声光（电光）相结合，主-被动双损耗调制如主动电光（声光）与饱和吸收体（Cr⁴⁺:YAG、GaAs、SESAM等）被动吸收相结合，双被动损耗调制如饱和吸收体（Cr⁴⁺:YAG、GaAs、SESAM等）被动吸收与饱和吸收体（Cr⁴⁺:YAG、GaAs、SESAM等）被动吸收相结合。与单损耗调制的激光相比，双损耗调制的激光够产生更窄的脉冲宽度、更高的峰值功率、更稳定的脉冲。理论和实验结果表明，双调Q激光能够比单调Q激光产生更窄的脉冲宽度、更对称的波形、更高的峰值功率，主被动和双被动连续锁模激光能够产生更稳定的锁模脉冲，双调Q锁模激光峰值功率大幅度提高、稳定性大大增强。众所周知，主动损耗调Q产生的短脉冲激光重复率稳定、易于控制，而饱和吸收体被动锁模结构简单、价格低廉。因此，主-被动双损耗调制能够利用两种损耗调制的特点，产生单损耗调制难以获得的理想调制脉冲，倍受人们的青睐。

发明内容

本发明针对现有单一的连续锁模、调Q或调Q锁模技术存在的难以获得低重频、高稳定性、高峰值功率的亚纳秒级锁模脉冲激光的问题，提供一种基于双损耗调制技术能够产生高稳定、低重复频率、亚纳秒锁模脉冲激光的方法。

本发明产生高稳定、低重复频率、亚纳秒锁模脉冲激光的方法，是：