[发明专利]一种基于亮度级联泵浦的Yb:YAG超短脉冲激光放大器有效

专利信息
申请号: 202010253299.7 申请日: 2020-04-02
公开(公告)号: CN111541140B 公开(公告)日: 2021-08-06
发明(设计)人: 赵智刚;王上;刘兆军;丛振华 申请(专利权)人: 山东大学
主分类号: H01S3/094 分类号: H01S3/094;H01S3/06;H01S3/067;H01S3/109;H01S3/23
代理公司: 济南金迪知识产权代理有限公司 37219 代理人: 颜洪岭
地址: 250199 山*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 亮度 级联 yb yag 超短 脉冲 激光 放大器
【说明书】:

发明涉及一种基于亮度级联泵浦的Yb:YAG超短脉冲激光放大器,包括沿光路依次设置的1938nm窄线宽光纤激光器系统、非线性激光倍频系统及Yb:YAG晶体放大器系统。本发明先利用793nm LD泵浦的掺铥光纤激光器获得一个高亮度、窄线宽的1938nm激光光源,然后通过激光倍频技术将1938nm激光倍频至969nm。最后将高亮度的969nm激光用作Yb:YAG超短脉冲激光放大器的泵浦源。整个激光系统实现了亮度级联泵浦转换,泵浦源亮度的提升有利于泵浦光和信号光在Yb:YAG晶体当中实现良好的模式匹配,极大地提升激光器的转换效率,缓解激光器的热效应,提高信号光的光束质量和输出功率。

技术领域

本发明涉及一种基于亮度级联泵浦的Yb:YAG超短脉冲激光放大器,属于激光放大器技术领域。

背景技术

超短脉冲激光通常是指脉冲宽度在皮秒(10-12s)和飞秒(10-15s)量级的脉冲激光光源,具有极窄脉冲、极宽光谱、极高峰值功率等特点,被誉为“最亮的光”、“最准的尺”、“最快的刀”。目前,超短脉冲激光已经被广泛应用于科学研究、工业生产、材料加工、生物医疗等领域。

锁模激光器是获得超短脉冲激光的一种有效技术手段,目前常用的锁模激光器主要包括固体锁模激光器和光纤锁模激光器。然而,从锁模谐振腔中直接得到的脉冲激光功率和能量通常比较低,为了进一步提高脉冲激光的特性,需要采用放大器对种子光进行放大。其中,Yb:YAG晶体由于其优异的物理和光学特性而被广泛用作超短脉冲激光放大器的增益介质。目前,根据Yb:YAG晶体的几何形态进行划分,典型的放大器结构主要包括:棒状晶体放大器、晶体光纤放大器、板条放大器、薄片放大器等几种形式。在放大器的结构设计当中,其中一个关键要求是在保证激光晶体高增益特性的条件下,尽可能地提高晶体的散热效率。这是因为在高功率激光放大器当中,热效应会严重地影响晶体的增益特性,并降低激光的光束质量。晶体的热效应主要来源于泵浦光和信号光之间的量子亏损,因此泵浦激光波长的选择对放大器的热效应具有重要的影响。

Yb:YAG晶体主要有两个光谱吸收峰,一个在940nm附近,另一个在969nm附近。由于Yb:YAG晶体在940nm附近具有较大的吸收带宽,因此对泵浦激光的波长稳定性要求相对较低。相比之下,Yb:YAG晶体在969nm的吸收带宽较窄,通常需要对泵浦激光器进行波长锁定,这在一定程度上增加了系统的成本和复杂程度。然而,因为969nm处于Yb:YAG晶体的零声子吸收线宽内,所以由量子亏损带来的热效应相较于940nm泵浦可以降低约34%,这表示在相同的热效应程度下采用969nm激光泵浦可以提高约48%的泵浦功率密度(Optics Letters,2012,37(15):3045-3047.)。目前已知的采用969nm泵浦的Yb:YAG晶体光纤放大器的最大输出功率约为70W(Optics letters,2015,40(11):2517-2520)。而薄片放大器得益于优异的散热结构,在969nm泵浦下最大输出功率已接近2kW(Laser Congress 2019(ASSL,LAC,LSC),OSA Technical Digest(Optical Society of America,2019),paper ATh1A.8.)。

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