[发明专利]一种激光二极管直接泵浦的亚10飞秒钛宝石振荡器

说明书

本发明公开了一种激光二极管直接泵浦的亚10飞秒钛宝石振荡器，包括激光二极管、非球面透镜、平凹柱透镜、平凸柱透镜、平凸聚焦镜、第一凹面镜、钛宝石晶体、第二凹面镜、第一熔石英三棱镜、第一激光高反镜、第二熔石英三棱镜、第二激光高反镜、耦合输出镜、第一啁啾镜、第二啁啾镜、第一尖劈、第二尖劈。本发明的优点是：利用激光二极管代替传统钛宝石飞秒振荡器的泵浦源——全固态倍频激光器，并采用啁啾镜和棱镜对搭配的色散补偿方案，从而实现亚10fs脉冲输出。因此，本发明提供的激光二极管直接泵浦的亚10飞秒钛宝石振荡器具有结构紧凑、容易维护、运行稳定、光束质量好、价格便宜等优势。

技术领域

本发明涉及超快激光技术领域，特别涉及一种激光二极管直接泵浦的亚10飞秒钛宝石振荡器。

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。自1990年掺钛蓝宝石晶体取代染料被应用于超短激光脉冲的产生以来，采用克尔透镜锁模(KLM)技术的飞秒钛宝石激光振荡器以其结构简单、性能可靠、输出功率高等诸多优点，吸引了人们广泛的兴趣。克尔透镜锁模技术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。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，在近20年的时间里，其不断刷新超短脉冲的世界记录，并开拓了更广阔的前沿应用领域，成为持续挑战高精度极限、引领基础科学发展的亮点学科之一。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，人们已经利用单个激光二极管产生了13fs，145mW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，尤其是LD泵浦钛宝石的亚10fs输出仍未见到报道。综上所述，现存的技术问题是：激光二极管泵浦光的波长与钛宝石吸收峰的峰值(488nm)较远，其吸收效率比较低，而且使用短波长LD泵浦的时候存在明显的泵浦损耗，使得系统效率偏低；其次激光二极管的光束质量比较差，必须进行必要的光束整形；要获得亚10fs的激光脉冲输出，还需要精细的色散管理。

因此，如何提供一种成本低、稳定性好、光束质量好的激光二极管直接泵浦的亚10飞秒钛宝石振荡器是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明针对上述研究现状和存在的问题，提供了一种激光二极管直接泵浦的亚10飞秒钛宝石振荡器，涉及LD光束整形和色散补偿的方案，旨在使用一个LD泵浦钛宝石实现克尔透镜锁模输出，并且对输出的激光在共振腔外进行精细的色三调节。