[发明专利]带光纤种子的一体化超短脉冲激光系统及其倍频系统

说明书

技术领域

本发明涉及皮秒、飞秒等超短激光系统方面的技术，尤其是涉及带光纤种子的一体化超短脉冲激光系统及其倍频系统。

背景技术

自20世纪80年代以来，随着锁模技术的发展，皮秒、飞秒激光器经历了从染料到克尔锁模、半导体可饱和吸收镜(SESAM)的发展。自锁模掺钛蓝宝石振荡器是迄今为止使用最广泛的皮秒、飞秒固体振荡器。高功率半导体泵浦532nm固体激光器技术、高功率光泵浦半导体激光器技术以及半导体激光器直接泵浦技术的发展促使皮秒、飞秒振荡器以真正商业化产品的形态出现，脉冲宽度可以做到10fs以下，极大地推进了皮秒、飞秒时间分辨光谱术、飞秒化学、飞秒生物学、超快电子学等超快过程的研究。在过去的二十年中，皮秒、飞秒放大技术的不断发展，如皮秒激光的再生放大、行波放大技术、飞秒激光的啁啾脉冲放大技术和光参量放大技术，促使了峰值功率达到TW甚至PW的超短超强脉冲激光的产生。超强超短脉冲在材料处理与工业加工方面呈现出良好的市场前景，还可用于强物理场领域的研究，如激光核聚变、激光等离子体、X射线激光、模拟宇宙学等。

随着皮秒、飞秒技术的发展，超快激光放大系统不仅仅局限在对超短脉冲宽度、高平均功率、高峰值功率等方面的追求，而更进一步地追求实用、小巧，以满足商用用户的需求。目前的皮秒、飞秒超快放大系统，主要由超短脉冲振荡器、再生放大器或行波放大器组成。首先从锁模振荡器开始，通过采用高功率半导体泵浦532nm固体激光器技术、高功率光泵浦半导体激光器技术以及半导体激光器直接泵浦技术，实现内置泵浦源的一体化飞秒振荡器。这样，整个放大系统需要占据半张甚至一张实验平台，并且需要有从事激光维护经验的专业人员才能进行操作。振荡器由众多机械零件和分立光学零件组成，激光光束在其内开放式传输，受周围环境影响较大，稳定性差。容易受到温度、震动等环境因素的干扰而发生失调、失锁，需要经常性的维护，甚至每天都需要进行优化调整，才能保证其正常运行。采用小型紧固镜架虽能减小振荡器受机械震动的影响，但并不能保证在环境恶劣情况下输出稳定可靠的超快激光。如图1、图2所示，钛宝石锁模振荡器和可饱和吸收锁模振荡器的分立元件很多，因此调节起来较复杂。对科研用户而言，虽然可为这套庞大的系统配备稳固的实验平台和系统的操作人员，但仍需要专业的激光工作人员对其进行不断的维护，并且维护费用高昂。利用锁模振荡器作为种子源的超短脉冲激光系统体积庞大，仅锁模振荡器的尺寸就可达600×300×200mm³。对商用用户而言，尤其是在工业加工领域，往往无法为这样庞大的一套系统提供稳定的环境。显然，皮秒、飞秒固体激光放大系统在工业应用领域和用户数量上始终受到结构庞大、操作人员受限、维护费用昂贵、稳定性不高等的限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有皮秒、飞秒激光系统存在的不稳定、结构庞大和维护费用高等缺陷，从而提供一种将谐振腔各分立光学元件光路改进成光纤光路的系统，该系统将高稳定超短脉冲光纤种子源和固体放大技术相结合，实现了高稳定、高功率、免维护、体积小和一体化的优点。

为了实现上述目的，本发明提供了带光纤种子一体化超短脉冲激光系统及其倍频系统，其中带光纤种子一体化超短脉冲激光系统包括：全光纤超短脉冲振荡器和种子光放大模块；所述全光纤超短脉冲振荡器采用光纤耦合半导体泵浦激光器，用于输出种子光，所述种子光为皮秒脉冲或飞秒脉冲；所述种子光放大模块由光学器件组成，用于对所述种子光进行处理，提供满足要求的输出光；全光纤超短脉冲振荡器与种子光放大模块通过光纤进行连接，连接部件包括光纤准直器、隔离器。

优选地，所述光纤超短脉冲振荡器包括：泵浦源、波分复用器、锁模器、掺杂光纤和光纤光栅输出镜，所述掺杂光纤直接作为增益介质，腔长不受空间限制。

优选地，所述种子光放大模块包括：脉冲展宽器、放大器和脉冲压缩器；所述脉冲展宽器为棱镜对或光栅对或体光栅；所述放大器为再生放大器或行波放大器，所述的放大器属于固体放大器，采用块状或棒状或薄片的增益介质；所述的脉冲压缩器为棱镜对或光栅对或体光栅。

优选地，所述种子光放大模块为放大器。

优选地，所述种子光放大模块包括：单脉冲选择模块和行波放大器；所述的单脉冲选择模块包括泡克尔斯盒、偏振片和波片。

带光纤种子的一体化超短脉冲激光倍频系统，包括：所述带光纤种子的一体化超短脉冲激光系统和倍频器；所述的倍频器是倍频非线性晶体，所述的倍频非线性晶体为下述中的任意一种：磷酸氧钛钾、磷酸二氢钾、磷酸二氘钾、硼酸钡、三硼酸锂、硼酸锂铯。