[发明专利]一种二极管泵浦的克尔透镜锁模Yb:YCOB全固态飞秒激光器

说明书

本发明公开了一种二极管泵浦的克尔透镜锁模Yb:YCa₄O(BO₃)₃(Yb:YCOB)全固态飞秒激光器，设置泵浦源、光学耦合聚焦系统、Yb:YCOB激光增益介质、第一凹面镜和第二凹面镜、第一三棱镜和第二三棱镜、平面反射镜、平面输出镜；泵浦源输出激光的中心波长为976nm。本发明首次在Yb:YCOB激光晶体上实现了克尔透镜锁模，输出73fs的锁模脉冲，锁模脉冲光谱半高宽为19nm。本发明具有很好的实用性和可操作性，结构紧凑小巧，适于重复生产和组装；适于批量化生产，成本较低，激光单向输出，高重复频率，亚100fs量级的脉冲宽度，高稳定性以及高光束质量的优点，可广泛应用于国防、工业、医疗、科研等领域，具有很好的应用前景和商业价值。

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种二极管泵浦的克尔透镜锁模Yb:YCOB全固态飞秒激光器。

背景技术

现今飞秒激光器中最成熟最稳定的是基于克尔透镜锁模的掺钛蓝宝石激光器，虽然已经可以实现周期量级的飞秒脉冲输出（脉冲宽度小于5fs），但其需要昂贵复杂的532nm激光器做泵浦源，因此是一种“贵族”型的激光器，多局限在一些有条件的大型实验室，限制了在许多大众化行业的研究与应用，因此，发展半导体二极管激光器直接泵浦的全固态飞秒激光器，对于降低成本、扩大应用范围具有重要的意义。

随着高功率、高亮度的激光二极管的发展，各种全固态晶体、陶瓷以及其他材料被用作于产生飞秒激光的研究中，在众多的激光材料当中，镱离子（Yb3+）掺杂的激光晶体具有能级结构简单，荧光发射谱宽，无激发态吸收、上能级转换、浓度淬灭等现象，成为高功率以及超快激光领域最为重要的增益介质之一，又由于其吸收带位于940nm和980nm波段附近，与高功率、高亮度的InGaAs半导体二极管激光器的发射波长有效重合，非常适合用半导体二极管激光器来直接泵浦，目前，一系列掺Yb³⁺的激光晶体如Yb:YAG、Yb:KYW、Yb:Sc₂O₃等已经分别实现了飞秒脉冲运转。

但是目前掺Yb³⁺的激光晶体实现了飞秒脉冲运转大部分采用的是SESAM(semiconductor saturable absorber mirror，半导体可饱和吸收镜)辅助的被动锁模方式，SESAM被动锁模受限于SESAM本身的一些因素，例如带宽限制，SESAM本身的色散等，使得产生的激光脉冲宽度很难小于100fs的，而且SESAM本身易损坏，制约着激光的使用寿命及长期稳定性，由于亚100fs以下的脉冲宽度能够使得对应的激光光谱更宽，不仅有利于超快现象的探测，也使得光谱探测更加精细，同时更加有利于光谱的扩展从而实现光学频率梳，因此利用这类优良的晶体产生突破100fs的脉冲宽度是许多应用急需解决的问题。

Yb:YCOB晶体是一种新型的掺Yb3+激光晶体，它的下能级分裂高达1000cm-1，上能级荧光寿命为2.20ms，具有优异的物理化学和光学性能，是一种非常有潜力的用于产生飞秒激光脉冲的激光晶体，文献一，2000年，G.J.Valentine等人在Electronics Letters上面发表了第一篇飞秒锁模的Yb:YCOB激光器的文章，题目是“Femtosecond Yb:YCOB laserpumped by narrow-srtipe laser diode and passively modelocked using ionimplanted saturable-absorber mirror”，实现了210fs的被动锁模脉冲激光，文献二，2011年AkiraYoshida等人在Optics Letters上面发表了一篇SESAM辅助克尔透镜锁模的Yb:YCOB激光器的文章，文章题目是“Diode-pumped mode-locked Yb:YCOB lasergenerating35fspulses”，锁模脉冲的宽度为35fs，这也是目前在掺Yb3+激光晶体得到的最短的锁模脉冲宽度。

发明内容