[发明专利]高功率全固态皮秒激光器

说明书

技术领域

本发明涉及固态皮秒激光器，具体涉及高功率全固态皮秒激光器。

背景技术

随着超快激光技术的迅速发展，各种高能量的皮秒脉冲激光在工业加工、激光医疗、军事以及科学研究等领域的应用需求不断增加。例如：全固态皮秒激光器（脉冲宽度在10皮秒左右，重复频率在80M左右），很好的符合了激光加工对激光器的性能需求，广泛应用于高精细加工、准连续紫外电路板加工、激光材料处理、激光熔接、清洗、打标、晶片检测，以及精细三维印刷技术等方面。

由此可见，在体积小巧、结构紧凑、性能稳定、全固体化的器件上实现高功率、高光束质量、高效率、高稳定性和长寿命的激光器是激光领域今后发展的方向。

中国发明专利CN101562310公开了一种“被动锁模皮秒激光器”（申请号为200910083431.8），该技术方案采用了等效共焦腔的稳腔设计，增大了光程，降低重频，大大缩短了腔长，从而减小了激光器的体积并提高了稳定性。

然而，由于激光晶体的热透镜效应所限，即使提高输入端半导体激光泵浦源的功率，激光输出镜端的输出功率也不会随之明显提高。因此，现有的全固态皮秒激光器的输出功率大多小于10W，加之重复频率却在80MHZ左右，这就造成了全固态皮秒激光器的单脉冲能量较低，需要进行多级放大才能达到激光加工的应用要求，从而使得激光器的成本极大提高，应用范围非常有限。虽然可以采用光纤放大器对皮秒激光进行放大，但是由于皮秒激光器的峰值功率极高，而光纤的损伤阈值较低，所以难以实现高功率高光束质量的全固态皮秒激光输出。

综上所述，现有的全固态皮秒激光器无法提供高功率、高光束质量的输出激光。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决由于激光晶体的热透镜效应所限，难以实现高功率高光束质量的全固态皮秒激光输出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种高功率全固态皮秒激光器，包括半导体激光泵浦源、激光晶体和谐振腔，所述激光晶体设置在所述谐振腔内；所述谐振腔包括激光输出镜、热补偿负透镜、第一平凹反射镜、第二平凹反射镜和锁模装置；所述半导体激光泵浦源发出的泵浦光经光束整形装置准直聚焦后进入所述谐振腔，所述热补偿负透镜的射入面为平面，射出面为凸向所述激光晶体的凸面，所述凸面镀信号光高反射膜且曲率半径等于所述激光晶体的等效热透镜焦距的两倍，所述热补偿负透镜设置在光束整形装置和所述激光晶体之间，紧邻所述激光晶体且法线方向与泵浦光具有夹角，所述激光输出镜设置在所述热补偿负透镜的反射光路上且射入面镀信号光部分反射膜，在所述谐振腔内，信号光的震荡一次的路线为：激光晶体、第一平凹反射镜、第二平凹反射镜、锁模装置、第二平凹反射镜、第一平凹反射镜、激光晶体、热补偿负透镜、激光输出镜、热补偿负透镜、激光晶体。

在上述方案中，所述热补偿负透镜的射入面镀泵浦光增透膜。

在上述方案中，所述激光晶体的射入面镀泵浦光增透膜，射出面镀信号光增透膜。

在上述方案中，所述第一平凹反射镜和第二平凹反射镜的反射面镀信号光高反射膜。

在上述方案中，所述锁模装置为半导体可饱和吸收镜。

在上述方案中，所述第一平凹反射镜的凹面曲率半径为1000mm到1500mm，所述第二平凹反射镜的凹面曲率半径在200mm到1000mm，所述第一平凹反射镜和第二平凹反射镜的法线方向与信号光光路方向的夹角均为5度。

在上述方案中，所述激光输出镜放置在所述热补偿负透镜的反射光路上，且所述激光输出镜的反射面与入射光垂直。

在上述方案中，所述半导体可饱和吸收镜设置在所述第二平凹反射镜的反射光路上，并使得入射光从原路反射回去。

在上述方案中，所述激光输出镜对信号光的反射率为70%。

本发明，在激光晶体的射入端设置了热补偿负透镜且热补偿负透镜紧邻激光晶体放置，激光晶体等效热透镜的焦距的两倍与热补偿负透镜的凸面曲率半径相匹配，从而利用热补偿负透镜对激光晶体的热透镜效应进行补偿，加大了激光晶体中基模光斑半径，增加了激光晶体中基模体积，大大提高了全固态皮秒激光器的输出功率和光束质量，也提高了全固态皮秒激光器的热稳定性，实现了高功率全固态皮秒激光器的稳定运行。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出详细的说明。

如图1所示，本发明提供的高功率全固态皮秒激光器，包括半导体激光泵浦源3、激光晶体6和谐振腔。