[发明专利]一种基于蓝光激光二极管泵浦的克尔透镜自锁模钛宝石激光器

说明书

本发明公开了一种基于新型蓝光激光二极管泵浦的克尔透镜自锁模钛宝石激光器，其结构特征是：所述新型蓝光激光二极管泵浦的克尔透镜自锁模钛宝石激光器包括依次放置的蓝光激光二极管、非球面透镜、柱面凹透镜、柱面凸透镜、450 nm高反镜、平凸聚焦镜、凹面镜、钛宝石晶体、耦合输出镜、熔石英三棱镜和激光高反镜。本发明的优点是：利用激光二极管体积小、结构简单、稳定性高、价格便宜等优点，用于代替传统钛宝石飞秒振荡器的泵浦源——全固态倍频激光器。因此，本发明提供的新型蓝光激光二极管泵浦的克尔透镜自锁模钛宝石激光器具有紧凑、结构简单、运行稳定、价格便宜等优势。

技术领域

本发明属于超快激光技术领域，尤其涉及一种基于蓝光激光二极管泵浦的克尔透镜自锁模钛宝石激光器。

背景技术

自从激光诞生以来，人们一直追求并希望获得更短的脉冲宽度。快速时间分辨成为可能得益于超短的脉冲宽度，类似于高速摄像机捕捉高速的动作一样，超短脉冲激光可以将像分子或电子这样的超快运动“定格”在某一瞬间，因此可以探测化学反应动力学和高速运动电子，以及其他飞秒动力学过程的电光采样。利用超短脉冲激光可以间接的探测分子分解动力学和更多复杂的化学反应动力学过程。利用超强激光可提供一个全新的极端物理条件，在自然界中只有在恒星内部或黑洞边缘才能找到。通过在极端物理条件下物质结构运动和相互作用的研究，有助于人类更加深入和系统化地了解客观世界规律。1991年，英国的D. E. Spence 等人首次采用自锁模技术实现了脉冲宽度为60 fs的掺钛蓝宝石飞秒振荡器（D. E. Spence et al., Opt. Lett. 16, 42（1991）），在腔内不需要添加任何调制元件，仅凭借掺钛蓝宝石增益介质本身的克尔效应作为可饱和吸收体，在适当的腔型结构下即可实现稳定的自锁模运转，后来将这种新的锁模机制称为克尔透镜锁模，它成为掺钛蓝宝石飞秒振荡器发展过程中的里程碑。利用克尔透镜锁模，掺钛蓝宝石飞秒振荡器目前已经实现了周期量级脉冲宽度的飞秒脉冲输出。虽然克尔透镜锁模掺钛蓝宝石飞秒振荡器取得了辉煌的成就，但是它也存在着一些固有的缺点，由于普遍采用全固态倍频激光器作为泵浦源，导致钛宝石激光器体积大，价格昂贵，操作复杂，因此在某种意义上就限制了掺钛蓝宝石飞秒激光器的应用，使得掺钛蓝宝石飞秒激光器只局限应用在一些大型的实验室中，不能获得广泛的应用。基于这种状况，激光二极管（LD）泵浦的全固态飞秒激光器应运而生，采用LD泵浦具有成本低廉，结构简单、紧凑等优点，有利于飞秒激光器的广泛应用，在国防、工业、医疗以及科研等领域有着十分重要的应用。钛宝石的吸收谱刚好覆盖蓝绿光波段，因此蓝、绿光激光二极管泵浦的飞秒钛宝石激光器又迎来了一个新的发展机遇，蓝、绿光激光二极管有望代替全固态倍频激光器成为钛宝石激光器的理想泵浦源。到目前为止人们已经利用多个LD泵浦钛宝石产生了450 mW，57fs的激光输出，利用单个LD可产生 15fs，170 mW 的锁模输出。但是综合输出指标如脉冲宽度和平均功率等均未达到全固态倍频激光器泵浦的钛宝石激光器的输出指标，因此LD泵浦钛宝石还有很大的发展空间。

综上所述，现存的技术问题是：单个多模蓝光LD最大输出功率达3.5 W,多模绿光LD最大输出功率达1.5 W，单凭单个LD泵浦钛宝石难以实现高功率输出，因此需要使用LD双侧泵浦或者将多个LD空间合束。其次LD光束质量较差，需要将光束整形再聚焦至晶体中，使得泵浦光和腔内激光有较好的模式匹配，才能实现克尔透镜自锁模运转。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种基于蓝光激光二极管泵浦的克尔透镜自锁模钛宝石激光器，提供了一种LD光束整形，空间合束的方案，旨在使用两个或多个LD泵浦钛宝石产生小于50 fs，大于500 mW的克尔透镜锁模输出。