[发明专利]一种高功率大能量飞秒激光器

说明书

本发明公开了一种高功率大能量飞秒激光器，包括用于产生种子光的飞秒激光振荡器、脉冲选择器、第一光隔离器、光衰减器、全反镜、第一输入耦合系统、第一增益介质、提供第一泵浦光的第一激光二极管、第一泵浦耦合系统、准直系统、第二光隔离器、第二输入耦合系统、第二增益介质、提供第二泵浦光的第二激光二极管、第二泵浦耦合系统和输出耦合系统。本发明结构紧凑简单，成本较低。本发明将Yb:YAG的高掺杂特性与增益介质结构相结合，设计种子光在热布居“漂白”区域传输，避免激光下能级热布居造成的损耗，实现高增益、高功率的飞秒激光放大，保证系统的简洁高效。本发明的结构克服了准三能级的Yb:YAG难以实现高增益放大的不足。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，更具体地，涉及一种高功率大能量飞秒激光器。

背景技术

高功率飞秒激光(τ<1ps)，在工业应用方面和基础科学研究方面均有重要的应用价值。过去二十年来，随着固体激光器的发展，飞秒激光器的研究以及应用得到了飞速发展。尽管如此，受限于半导体可饱和吸收体(SESAM)的损伤阈值，通常采用谐振腔结构仍难以实现高功率的飞秒激光输出，高功率飞秒激光器大都采用主振荡功率放大(MOPA)结构。在飞秒激光放大过程中，面临的问题是如何保证激光器同时实现高功率、高亮度以及高峰值功率。

目前，高功率飞秒激光器主要基于薄片、光纤以及Innoslab结构的放大器实现。

尽管基于薄片、光纤以及Innoslab技术的高功率飞秒激光器已经取得了飞速发展，但是系统相对复杂，价格也比较昂贵。

薄片激光器过短的吸收路径以及增益长度，需要采用多通泵浦结构实现高效泵浦吸收以及再生放大系统获得有效提取；另外，受限于再生放大系统中普克尔斯盒低的调制电压频率，薄片难以实现高重复频率飞秒激光的高增益放大。

光纤放大器增益较高，其面临的最大问题是纤芯的横截面较小(尽管光子晶体光纤的纤芯可以到4000μm2)，在飞秒激光放大过程中受限于光纤中的非线性效应(如自聚焦、自相位调制等)以及光纤自身的损伤，需要采用啁啾脉冲放大技术获得高功率以及大能量的输出，这使系统庞大且复杂。

Innoslab板条放大器单通增益较低，需要将信号光以大量的通数往返经过板条放大，内部光路复杂。

还有一种方法为利用Yb:YAG制造高增益的激光器，但是Yb:YAG最大的不足是其为准三能级结构，通常难以同时实现高掺杂及长的增益介质厚度。因为其下激光能级存在一定的热布居，在泵浦较弱的区域不能建立有效的粒子数反转,反而造成激光的损耗。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种高功率大能量飞秒激光器。

本发明的首要目的是实现一种结构简单紧凑、可靠性高的高功率大能量飞秒激光器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种高功率大能量飞秒激光器，包括用于产生种子光的飞秒激光振荡器、脉冲选择器、第一光隔离器、光衰减器、全反镜、第一输入耦合系统、第一增益介质、提供泵浦光的第一激光二极管、第一泵浦耦合系统、准直系统、第二光隔离器、第二输入耦合系统、第二增益介质、提供泵浦光的第二激光二极管、第二泵浦耦合系统和输出耦合系统，其中：

飞秒激光器的各部件位于同一水平面；

沿飞秒激光振荡器产生的种子光传播方向，依次设置有脉冲选择器、第一光隔离器、光衰减器和全反镜；

全反镜反射种子光，使沿种子光反射后的传播方向经输入耦合系统后掠入射于第一增益介质，且设计使种子光始终在热布居“漂白”区域传输，以避免激光下能级热布居造成的损耗；

种子光从第一增益介质出射后，沿种子光传播方向，依次设置有准直系统、第二光隔离器和第二输入耦合系统；