[发明专利]一种基于锁模自相关的可调谐短脉冲激光放大器

权利要求书

1.一种基于锁模自相关的可调谐短脉冲激光放大器，其特征在于：包括第一调Q准连续Nd:YAG激光器（1）、第二调Q准连续Nd:YAG激光器（2）、第一凸透镜（3）、第二凸透镜（4）、第一分光镜（12）、第二分光镜（17）、第一光隔离器（18）、第四分光镜（24）、第二光隔离器（35）、第三光隔离器（36）、自锁模激光器、脉冲扩展器、相位调制器（30）、再生放大器、脉冲压缩器和空腔自锁模系统；

自锁模激光器采用基本z型谐振腔，包括依次设置的第一全反射镜（8）、双折射干涉滤波器（9）、第二凹球面镜（6）、克尔介质工作物质（7）、第一凹球面镜（5）、第一棱镜对（10）和耦合输出镜（11）；第一凸透镜（3）位于第一调Q准连续Nd:YAG激光器（1）与第一凹球面镜（5）之间，第二凸透镜（4）位于第二调Q准连续Nd:YAG激光器（2）与第二凹球面镜（6）之间；

所述脉宽扩展器包括第一光栅对（13）、第三凸透镜（14）、第四凸透镜（15）、第二全反射镜（16）；所述第一光栅对（13）包括第一光栅（13-1）和第二光栅（13-2），第一光栅（13-1）倾斜放置，第二光栅（13-2）水平放置；第三凸透镜（14）、第四凸透镜（15）沿第一光栅（13-1）的反射光路设置在第一光栅对（13）之间；第二全反射镜（16）设置在第二光栅（13-2）的反射光路上；

再生放大器包括共光轴依次设置的第三调Q准连续Nd:YAG激光器（23）、第三凹球面镜（20）、第三分光镜（19）、激光增益介质（21）、第四凹球面镜（22）；

空腔自锁模系统包括沿光路依次设置的第五凹球面镜（31）、第六凹球面镜（33）、SESAM（32）、第四全反射镜（34）；

所述第一光隔离器（18）和第一分光镜（12）依次设置在自锁模激光器的耦合输出镜（11）和脉宽扩展器的第一光栅对（13）的第一光栅（13-1）之间，且第一分光镜（12）与相位调制器（30）共光轴；

所诉第二分光镜（17）设置在相位调制器（30）和再生放大器的第三分光镜（19）之间，且第二分光镜（17）与脉冲压缩器的第五凸透镜（25）共光轴，第二分光镜（17）和第五凸透镜（25）之间依次设有第二光隔离器（35）和第四分光镜（24）；所述第四分光镜（24）与空腔自锁模系统的第五凹球面镜（31）共光轴；第二分光镜（17）和相位调制器（30）之间设有第三光隔离器（36）；

所述脉冲压缩器包括沿光路依次设置的第五凸透镜（25）、光纤（26）、第六凸透镜（27）、第二棱镜对（28）和第三全反射镜（29），第五凸透镜（25）的焦点处耦合进光纤（26）的一端，第六凸透镜（27）的焦点处耦合进光纤（26）的另一端。

2.根据权利要求1所述的基于锁模自相关的可调谐短脉冲激光放大器，其特征在于：所述自锁模激光器中的第一凹球面镜（5）与经过第一凸透镜（3）的调Q泵浦准连续激光束成8^o角入射；第二凹球面镜（6）与经过第二凸透镜（4）的调Q泵浦准连续激光束成-8^o角入射。

3.根据权利要求1所述的基于锁模自相关的可调谐短脉冲激光放大器，其特征在于：所述自锁模激光器中的克尔介质工作物质（7）两端切成布儒斯特角，第一棱镜对（10）选用SF14，其中两个棱镜的顶点相距57cm，平行放置，略角为8^o。

4.根据权利要求1所述的基于锁模自相关的可调谐短脉冲激光放大器，其特征在于：所述第一光栅对（13）中的第一光栅（13-1）倾斜放置，入射角度为25^o，第二光栅（13-2）水平放置，入射角为20^o-30^o。

5.根据权利要求1所述的基于锁模自相关的可调谐短脉冲激光放大器，其特征在于：所述再生放大器中的第三分光镜（19）倾角为45^o；激光增益介质（21）两端切成布儒斯特角。

6.根据权利要求1所述的基于锁模自相关的可调谐短脉冲激光放大器，其特征在于：所述脉冲压缩器第二棱镜对（28）采用SF59，其中两个棱镜顶点距离为53cm，平行放置，略角为5^o。

7.根据权利要求1所述的基于锁模自相关的可调谐短脉冲激光放大器，其特征在于：所述相位调制器（30）用于实现激光光束的线宽展宽。

8.根据权利要求1所述的基于锁模自相关的可调谐短脉冲激光放大器，其特征在于，光路走向如下：第一调Q准连续Nd:YAG激光器（1）发出的光束经第一凸透镜（3）、第一凹球面镜（5）汇聚后，射入克尔介质工作物质（7），同时第二调Q准连续Nd:YAG激光器（2）发出的光束经第二凸透镜（4）、第二凹球面镜（6）汇聚后，射入克尔介质工作物质（7），克尔介质工作物质（7）发出信号光束，信号光束在自锁模激光器的z型谐振腔内进行自相关锁模震荡，调节双折射干涉滤波器（9），并调整第一棱镜对（10）位置距离实现激光波长的调谐，由耦合输出镜（11）输出，进入第一光隔离器（18）后，入射至第一分光镜（12），经第一分光镜（12）分光，分为第一透射光和第一反射光，第一反射光进入相位调制器（30），第一透射光进入脉冲扩展器中的第一光栅对（13）的第一光栅（13-1），经第一光栅（13-1）反射后依次经过第三凸透镜（14）、第四凸透镜（15）、第二光栅（13-2）和第二全反射镜（16），再经第二全反射镜（16）原路返回至第一分光镜（12），经第一分光镜（12）入射至相位调制器（30）；经相位调制器（30）扩展的激光束通过第三光隔离器（36），入射至第二分光棱镜（17），经第二分光棱镜（17）分光，分为第二透射光和第二反射光，第二透射光入射至再生放大器中的第三分光棱镜（19），第二反射光射入第二光隔离器（35）；第二透射光经第三分光棱镜（19）反射至激光增益介质（21），同时第三调Q准连续Nd:YAG激光器（23）泵浦，第二透射光经激光增益介质（21）放大后，射入第四凹球面镜（22），经第四凹球面镜（22）反射，原路返回第三分光棱镜（19），经第三分光棱镜（19）透射至第三凹球面镜（20），在第三凹球面镜（20）和第四凹球面镜（22）之间震荡后，由第三分光棱镜（19）反射至第二分光棱镜（17），经第二分光棱镜（17）反射至第二光隔离器（35）；经第二光隔离器（35）的信号光束入射至第四分光镜（24），分为第四反射光和第四透射光，第四反射光射入空腔自锁模系统的第五凹球面镜（31），第四透射光依次经过第五凸透镜（25）、光纤（26）、第六凸透镜（27）、第二棱镜对（28）和第三全反射镜（29），经第三全反射镜（29）反射，原路返回第四分光镜（24），经第四分光镜（24）反射至空腔自锁模系统的第五凹球面镜（31），经第五凹球面镜（31）的光束入射至第六凹球面镜（33），经第六凹球面镜（33）反射，依次经过SESAM（32）和第四全反射镜（34），光束在空腔自锁模系统中震荡后，从第六凹球面镜（33）射出。