[发明专利]一种二极管泵浦的被动锁模Nd,Y:CaF2全固态飞秒激光器

说明书

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被动锁模Nd,Y:CaF₂全固态飞秒激光器。

背景技术

激光二极管具有大功率、高亮度、低成本的优势，被广泛地应用于泵浦近红外波段的全固态激光器。激光二极管直接泵浦的全固态飞秒激光器已经成为目前1-2μm波段全固态飞秒激光器研究的主流方向。而且采用激光二极管直接泵浦有利于获得高功率飞秒激光输出，使全固态飞秒激光器的应用领域更加广阔。

在全固态激光器的增益介质中，掺杂Nd³⁺离子的激光晶体是目前应用最广泛的晶体之一。它具有荧光寿命长、受激发射截面大等优点。迄今为止，有上百种掺杂Nd³⁺离子的激光晶体都得到了激光运转，以应用于中、高功率的Nd:YAG和低功率商品化的Nd:YVO₄最为广泛。但是，单纯掺杂Nd³⁺离子的激光介质荧光谱线较窄，不支持超短飞秒脉冲激光的产生与放大，所以在飞秒激光器中很少应用，而大多数都应用于皮秒激光器和纳秒调Q激光器中。以Nd:CaF₂晶体为例，随着Nd³⁺离子掺杂浓度的增大，会形成高浓度淬灭中心而不易得到激光发射；另外，Nd:CaF₂晶体在1.06μm处受激发射截面相对较小，作为放大介质其饱和能流密度大且能量转换效率低。基于以上两点，在飞秒激光产生的研究中Nd:CaF₂晶体已经被人们遗弃了很久。

近年来，人们成功生长了Nd³⁺和Y³⁺共掺的CaF₂晶体，它与Nd:CaF₂晶体相比有很多优良的光学特性。首先，共掺效应明显抑制了Nd:CaF₂晶体本身的高浓度淬灭现象，改善了荧光量子效率，晶体在1μm处的发射光谱也因此变得平滑而集中，更容易支持超短激光脉冲的产生。其次，Nd,Y:CaF₂晶体荧光寿命较长、受激发射截面较大，更适合作为飞秒激光的放大介质。最后，Nd,Y:CaF₂晶体具有较高的热导率，可以生长成大尺寸，并且适合用高功率、高亮度的半导体二极管激光器来直接泵浦。基于上述种种优良特性，Nd,Y:CaF₂晶体有待成为产生超短飞秒激光脉冲的优良介质之一。目前关于Nd,Y:CaF₂晶体的报道仅有两篇，2013年SuL.B.等报道了Nd,Y:CaF₂晶体与Nd:CaF₂晶体和Nd:Glass相比所具有的优越的物理特性和激光特性。(LaserPhys.Lett.10(3),035804-035808(2013))。2014年QinZ.P.等报道了利用Nd,Y:CaF₂晶体产生了103fs的超短脉冲，但是输出功率只有几十毫瓦(Opt.Lett.39(7),1737-1739(2014))。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种二极管泵浦的被动锁模Nd,Y:CaF₂全固态飞秒激光器，旨在解决现有的Nd,Y:CaF₂激光器输出功率较小的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种二极管泵浦的被动锁模Nd,Y:CaF₂全固态飞秒激光器，该二极管泵浦的被动锁模Nd,Y:CaF₂全固态飞秒激光器包括：

泵浦源、光学耦合聚焦系统、Nd,Y:CaF₂激光晶体、第一凹面镜，第二凹面镜和双色镜、第三凹面镜、半导体可饱和吸收镜、第一GTI镜和第二GTI镜、耦合输出镜；

泵浦源，输出中心波长为788nm的泵浦激光，经过光学耦合聚焦系统进行空间整形后再通过双色镜聚焦到Nd,Y:CaF₂激光晶体上，提供给激光晶体能量；

光学耦合聚焦系统，接收泵浦源输出的泵浦激光，进行空间整形并耦合聚焦到Nd,Y:CaF₂激光晶体上；

Nd,Y:CaF₂激光晶体，放置在光学耦合聚焦统及第一凹面镜和第二凹面镜的公共焦点处，接收透过光学耦合聚焦系统和双色镜后的泵浦激光，以实现粒子数反转从而形成谐振腔内的激光增益；