低时间抖动皮秒脉冲输出的微片激光器系统技术方案

本发明专利技术所述低时间抖动皮秒脉冲输出的微片激光器系统，包括由第一透镜和第二透镜组成泵浦耦合装置、分光镜、微片激光器；还包括外腔式半导体脉冲激光器。所述微片激光器由耦合输出镜、增益介质、半导体可饱和吸收体和热沉组成；泵浦耦合装置位于外腔式半导体脉冲激光器输出光路上，外腔式半导体脉冲激光器输出的泵浦光经泵浦耦合装置中第一透镜准直后入射到第二透镜，经第二透镜汇聚形成汇聚光束，增益介质接收泵浦光产生皮秒脉冲激光经耦合输出镜输出。本发明专利技术的微片激光器系统增加了激光增益介质对泵浦光吸收量，从而提高微片激光器转换效率，降低微片激光器工作阈值，以及增高其损伤阈值，并降低皮秒脉冲激光输出的时间抖动性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于皮秒脉冲输出被动调Q微片激光器领域，具体涉及一种外腔式半导体脉冲激光器泵浦的低时间抖动皮秒脉冲输出的被动调Q微片激光器系统。
技术介绍
通过被动调Q微片激光器可获得皮秒脉冲，相比于采用锁模技术获得皮秒脉冲的办法，被动调Q微片激光器具有体积小、价格低、机械稳定性高的优点。激光腔的腔长越短，被动调Q脉冲的脉宽越短。为了获得约100皮秒的被动调Q脉冲输出，一般来说整个微片激光器的等效腔长小于两百微米，并使用半导体可饱和吸收体(SESAM)作为被动调Q器件以进一步减少由于可饱和吸收体其厚度带来的对激光腔腔长的影响。增益介质对泵浦光的吸收ηa＝1-exp(-αl)，其中α为该增益介质的吸收系数，l为增益介质的长度。对于长度一定的增益介质，为了提高其对泵浦光的吸收效率只有增大增益介质的吸收系数。吸收系数α＝σa，effΔN，其中ΔN为反转粒子数密度，它与泵浦光功率密度以及激光增益介质参数有关。为增益介质的有效吸收截面，其与泵浦光波长以及激光增益介质的参数有关，若泵浦光波长越靠近激光增益介质峰值吸收波长，那么泵浦光的谱宽越窄，有效吸收截面积越大。对于被动调Q皮秒脉冲输出的微片激光器，其激光增益介质对泵浦光的吸收大小会对其激光性能产生三个方面的影响：(1)增益介质对泵浦光的吸收越小，激光的阈值越高，且转换效率越低，所需的泵浦光功率越高；(2)没有被增益介质吸收的泵浦光将通过增益介质后入射到可饱和吸收体上，可饱和吸收体将吸收这部分泵浦光并将其转化为热，产生的热应力将引起可饱和吸收体的热致损伤，导致微片激光器不能工作；(3)增益介质对泵浦光的吸收越大，获得的激光增益越高，则时间抖动特性越小。时间抖动特性会影响被动调Q皮秒脉冲输出的稳定性，并进一步影响其在工业加工或者科研上的使用，因而时间抖动特性越小越好。对于普通半导体激光器，当输出功率增高时激光器的温度升高，激光波长红移；此时用普通半导体激光器泵浦的微片激光器中的增益介质对泵浦光的吸收能力减弱，激光的阈值增高，且转换效率越低，半导体可饱和吸收体吸收的泵浦光增多，产生的热量增大，温度差增高，热应力增大，造半导体可饱和吸收体成损伤，同样导致微片激光器不能工作。此外，普通半导体激光器的谱宽一般都有2-3nm，且波长随温度及输出功率变化较大，这会使被动调Q微片激光器输出的脉冲串的时间抖动较大。
技术实现思路
本专利技术的目的正是在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种外腔式半导体脉冲激光器泵浦的低时间抖动皮秒脉冲输出的被动调Q微片激光器系统，以提高激光增益介质对泵浦光的吸收，从而提高微片激光器的转换效率，降低微片激光器的工作阈值，以及增高其损伤阈值，并降低皮秒脉冲激光输出的时间抖动性。本专利技术所述低时间抖动皮秒脉冲输出的被动调Q微片激光器系统，包括由第一透镜和第二透镜组成的泵浦耦合装置、分光镜、微片激光器；所述微片激光器由耦合输出镜、增益介质、半导体可饱和吸收体和热沉组成，耦合输出镜、增益介质、半导体可饱和吸收体依次胶合在一起，所述半导体可饱和吸收体焊接在热沉上；按照本专利技术还包括外腔式半导体脉冲激光器；所述泵浦耦合装置位于外腔式半导体脉冲激光器的输出光路上，外腔式半导体脉冲激光器输出的泵浦光经泵浦耦合装置中的第一透镜准直后入射到第二透镜上，经第二透镜汇聚形成汇聚光束；所述微片激光器的增益介质位于该汇聚光束的束腰处，增益介质接收泵浦光并产生皮秒脉冲激光经耦合输出镜输出，所述分光镜位于经耦合输出镜输出的皮秒脉冲激光的光路上。上述低时间抖动皮秒脉冲输出的微片激光器系统，所述外腔式半导体脉冲激光器的输出波长为微片激光器的增益介质的峰值吸收波长，其输出谱宽小于1nm。上述低时间抖动皮秒脉冲输出的微片激光器系统，所述外腔式半导体脉冲激光器由半导体激光器、用于保持半导体激光器工作温度稳定的制冷模块、用于控制制冷模块的制冷温度的温控装置、为半导体脉冲激光器和温控装置提供电源的驱动电源、用于准直泵浦光的准直装置、利特罗闪耀光栅和聚焦透镜装置构成；所述制冷模块安装在半导体激光器上并与温控装置连接，所述半导体激光器、温控装置分别与驱动电源连接；所述半导体激光器输出泵浦光经准直装置准直后入射到利特罗闪耀光栅上，泵浦激光经利特罗闪耀光栅分光后部分入射到位于其光路上的聚焦透镜装置中，经聚焦透镜装置准直、汇聚后出射。上述低时间抖动皮秒脉冲输出的微片激光器系统，所述聚焦透镜装置由柱面镜和一个球透镜组成，所述泵浦激光经利特罗闪耀光栅分光后部分入射到位于其光路上的聚焦透镜装置中的柱面镜上，被准直后经球透镜汇聚耦合至单模光纤中出射。上述低时间抖动皮秒脉冲输出的微片激光器系统，所述分光镜位于经耦合输出镜输出的脉冲激光的光路上，并与该光路呈45°角放置，用于将脉冲激光反射输出。上述低时间抖动皮秒脉冲输出的微片激光器系统，其特征在于所述微片激光器的激光增益介质的厚度小于200μm，为输出皮秒级的脉冲激光。所述外腔式半导体激光器是指具有外腔反馈技术的半导体激光器。相比于普通半导体激光器，外腔式半导体激光器具有谱线窄、波长稳定性高、效率高、寿命长等优点，被广泛应用于光波器件测量、计量检测、高分辨率光谱分析、大气环境及水质检测等领域。本专利技术采用外腔式半导体脉冲激光器来泵浦微片激光器，通过调节半导体激光器的输出波长在激光增益介质的吸收峰处，并且使谱宽小于1nm，大大提高激光增益介质对泵浦光的吸收量，增高微片激光器的光转换效率；同时减少半导体可饱和吸收体对泵浦光的吸收，降低可饱和吸收体上的热沉积量，降低热致损伤的风险，增高微片激光器的损伤阈值；增益介质对泵浦光的吸收增大，微片激光器获得的激光增益增高，可降低微片激光器输出的时间抖动性。此外，在获得较低脉冲重复频率的激光时，一般需要减小泵浦激光的功率密度，此时如果采用连续激光泵浦，小的泵浦功率密度将增大微片激光器输出的时间抖动性。为了在较小重复频率工作情况下，依然能够保持微片激光器输出较低的时间抖动性，本专利技术采用了脉冲泵浦方式的外腔式半导体脉冲激光器来泵浦微片激光器。其原理为：当泵浦激光脉冲宽度和周期远小于激光增益介质的上能级寿命的时候，可以通过调整泵浦脉冲光的功率密度来控制用于微片激光器产生一个脉冲输出的泵浦脉冲数。而在微片激光器脉冲输出前，增益介质中的反转粒子数在几个泵浦脉冲间会基本保持一个相对不变的值，即反转粒子数在多脉冲泵浦的过程中处于增加-保持-增加-保持的重复过程，因此最后一个泵浦脉冲到来时，反转粒子数已经较大，最后一个泵浦脉冲将进一步使得反转粒子数增大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低时间抖动皮秒脉冲输出的微片激光器系统，包括由第一透镜(3‑1)和第二透镜(3‑2)组成的泵浦耦合装置(3)、分光镜(5)和微片激光器(4)；所述微片激光器由耦合输出镜(4‑1)、增益介质(4‑2)、半导体可饱和吸收体(4‑3)和热沉(4‑4)组成；耦合输出镜、增益介质、半导体可饱和吸收体依次胶合在一起形成激光腔；所述半导体可饱和吸收体焊接在热沉上，其特征在于还包括外腔式半导体脉冲激光器(1)；所述泵浦耦合装置(3)位于外腔式半导体脉冲激光器(1)的输出光路上，外腔式半导体脉冲激光器输出的泵浦光经泵浦耦合装置中的第一透镜(3‑1)准直后入射到第二透镜(3‑2)上，经第二透镜汇聚形成汇聚光束，所述微片激光器(4)的增益介质(4‑2)位于该汇聚光束的束腰处，增益介质接收泵浦光并产生脉冲激光经耦合输出镜(4‑1)输出，所述分光镜(5)位于经耦合输出镜(4‑1)输出的脉冲激光的光路上。

【技术特征摘要】
1.一种低时间抖动皮秒脉冲输出的微片激光器系统，包括由第一透镜(3-1)和第二透镜(3-2)组成的泵浦耦合装置(3)、分光镜(5)和微片激光器(4)；所述微片激光器由耦合输出镜(4-1)、增益介质(4-2)、半导体可饱和吸收体(4-3)和热沉(4-4)组成；耦合输出镜、增益介质、半导体可饱和吸收体依次胶合在一起形成激光腔；所述半导体可饱和吸收体焊接在热沉上，其特征在于还包括外腔式半导体脉冲激光器(1)；
所述泵浦耦合装置(3)位于外腔式半导体脉冲激光器(1)的输出光路上，外腔式半导体脉冲激光器输出的泵浦光经泵浦耦合装置中的第一透镜(3-1)准直后入射到第二透镜(3-2)上，经第二透镜汇聚形成汇聚光束，所述微片激光器(4)的增益介质(4-2)位于该汇聚光束的束腰处，增益介质接收泵浦光并产生脉冲激光经耦合输出镜(4-1)输出，所述分光镜(5)位于经耦合输出镜(4-1)输出的脉冲激光的光路上。
2.根据权利要求1所述低时间抖动皮秒脉冲输出的微片激光器系统，其特征在于所述外腔式半导体脉冲激光器(1)的输出波长为微片激光器(4)的增益介质的峰值吸收波长，其输出谱宽小于1nm。
3.根据权利要求1或2所述低时间抖动皮秒脉冲输出的微片激光器系统，其特征在于所述外腔式半导体脉冲激光器(1)由半导体激光器(1-1)、用于保持半导体激光器工作温度稳定的制冷模块(1-2)、用于控制制冷模块的制冷温度的温控装置(1-3)、为半导体脉冲激光器(1-1)和温控装置(1-3)提供电源的驱动电源(1-4)、用于准直泵浦光的准直装置(1-5...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪莎，王言彪，冯国英，周寿桓，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51