双脉宽锁模激光器制造技术

一种双脉宽锁模激光器，包括：一泵浦源；一传能光纤，其一端与泵浦源的输出端连接；一泵浦光整形系统，其一端位于传能光纤的光路上；一激光晶体、一二分之一玻片、一薄膜偏振片和一耦合输出镜，均位于泵浦光整形系统的光路上；一双色平面镜片，其位于泵浦光整形系统和激光晶体之间；一第一凹面反射镜，其位于双色平面镜片的反射光路上；一第二凹面反射镜，其位于凹面反射镜的光路上；一半导体可饱和吸收镜，其位于第二凹面反射镜的反射光路上；一标准具和一第二耦合输出镜，其依序位于薄膜偏振片的反射光路上。本发明专利技术在同一激光器中，无需任何外部调制器件，仅通过半导体可饱和吸收镜被动锁模技术，获得两种脉冲宽度脉冲序列。

【技术实现步骤摘要】
双脉宽锁模激光器
本专利技术属于半导体
，特别是指一种双脉宽锁模激光器。
技术介绍
激光诱导等离子体光谱(Laser-inducedplasmaspectroscopy，简称为LIPS)，也被称为激光诱导击穿光谱(Laser-inducedbreakdownspectroscopy，简称为LIBS)，即将高能量脉冲激光光束聚焦到样品表面，产生烧蚀并伴生具有高亮度的高温等离子体，通过对等离子体辐射光的采集并分析其原子、离子和分子光谱谱线，进而推导出被测样品中各个元素的组成成分及其含量。LIBS没备具有体积小、成本低，样品准备过程简单、不需要真空、检测过程快速、适合全元素分析，可实时获得分析结果、可实现远距离遥测。因此，自1963年激光诱导击穿光谱概念首次出现以来，就借助于激光技术的突破得以高速发展，经过数十年的研究，LIBS已逐渐成为实用的光谱分析技术之一。尽管LIBS技术具有很多独特的优势并具有广泛的应用前景，但是LIBS技术有其局限性：LIBS的技术的元素检出限较高，导致探测灵敏度较差；尤其对于含量较低的元素，其光谱谱线往往比较弱，导致谱线分辨困难，容易形成测量不准甚至失误。因此，发展高精度、低检出限的LIBS技术，突破现有技术的局限性，成为新一代LIBS技术的发展重点。激光光源本身的技术突破是增强LIBS技术检测灵敏度的根本。大量的研究工作结果表明，双脉冲激光激发能明显提高激光诱导等离子体光谱谱线强度，从而降低检出限，提高LIBS的灵敏度。这是因为，在传统的纳秒级激光脉冲与物质的相互作用过程中，样品焦点处材料的烧蚀仅在最初的皮秒量级时间内发生。由于生成的等离子体对激光脉冲存在极强的吸收作用，因此进一步增加的脉冲能量会被等离子体吸收屏蔽而无法到达材料表面，材料烧蚀过程被终止。因此，当激光脉冲能量增大到一定程度之后，探测到的元素原子发射谱线强度将不再增大，这成为限制传统单脉冲激光LIBS方法灵敏度的一个主要因素。而双脉冲的方案可以在第一脉冲激发出等离子体后，将第二个激光脉冲打到等离子表面或者一定延时后再次激发材料表面，实现对等离子体本身的二次激发或者材料本身的二次激发，从而进一步增强光谱，获得高强度信号，实现高灵敏度检测。可降低检出限一个量级左右，效果好的甚至可以降低2-3个量级。因此，新一代的LIBS技术为基于双脉冲激光的LIBS。目前，这种双脉冲LIBS技术通常借助两台激光器实现，尤其是两种不同脉冲宽度的激光，主要采用两种激光器被动同步。通常采用超短脉冲激光(皮秒、飞秒)与纳秒激光两种或者多种不同脉宽组合在一起作为激光光源，两台激光器具有相对独立的电源和脉冲实现控制系统，和独立的谐振腔光路系统，输出两种不同的光束质量、光谱宽度的激光脉冲。由于两台激光器的时间相对独立性和光束质量差异，会存在延时抖动和聚焦光斑错位等系列问题，即使实现了两台激光器的同步，这些问题也会导致双脉宽作用机制的弱化甚至失效，对高灵敏度检测造成很大困扰。如果在同一激光器、激光谐振腔中能够实现双脉宽激光输出可以避免上述问题，实现高精度的双脉宽LIBS。专利技术专利ZL201210180909.0通过腔外普克尔盒和腔内普克尔盒联合的电光控制技术，实现有信号光导入情况下的再生放大过程，获得高能皮秒激光输出；和没有信号光导入的情况下的腔倒空过程，获得纳秒脉冲的输出，可以依据实际应用需求，在单一激光光束中实现皮秒和纳秒脉冲个数自由组合、交替输出。该专利技术专利实现了单一激光器输出两种脉冲宽度(ns，ps)的突破。但是，该专利采用腔内普克尔盒和腔外普克尔盒联合调制，这种联合调制技术具有复杂性。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种双脉宽锁模激光器，在同一激光器中，无需任何外部调制器件，仅通过半导体可饱和吸收镜被动锁模技术，获得两种脉冲宽度脉冲序列。本专利技术提供一种双脉宽锁模激光器，包括：一泵浦源；一传能光纤，其一端与泵浦源的输出端连接；一泵浦光整形系统，其一端位于传能光纤的光路上；一激光晶体、一二分之一玻片、一薄膜偏振片和一耦合输出镜，均位于泵浦光整形系统的光路上；一双色平面镜片，其位于泵浦光整形系统和激光晶体之间；一第一凹面反射镜，其位于双色平面镜片的反射光路上；一第二凹面反射镜，其位于凹面反射镜的光路上；一半导体可饱和吸收镜，其位于第二凹面反射镜的反射光路上；一标准具和一第二耦合输出镜，其依序位于薄膜偏振片的反射光路上。本专利技术的优点在于，巧妙的利用复合腔结构，在主谐振腔中构建一个辅谐振腔，主谐振腔和辅谐振腔可以共用同一可饱和吸收体。两者的长度可以独立调节以获得不同重复频率的锁模脉冲。进一步的，主谐振腔和辅谐振腔的脉冲宽度调节可以通过插入不同厚度的标准具实现，可在紧凑的同一激光振荡器中实现两种不同宽度的锁模脉冲。这种技术有效避免了两台或多台激光器在LIBS应用中带来的光束质量不同、光路复杂、稳定性差、同步精度低等一系列问题，而且也避免了多个普克尔盒同步电路控制的复杂性。仅需一个锁模谐振腔就可以实现两种脉宽的激光脉冲。在提高LIBS系统检测灵敏度的同时增加了整个双脉宽LIBS的紧凑性，可促进LIBS技术的更新换代，具有非常重要的实用价值。附图说明为进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：图1是本专利技术双脉宽锁模激光器的结构示意图；图2a辅谐振腔脉冲宽度319ps；图2b是本专利技术双脉宽锁模激光器脉冲宽度，主谐振腔脉冲宽度21.7ps。具体实施方式请参阅图1所示，本专利技术提供一种双脉宽锁模激光器，包括：一泵浦源1为波长880nm的泵浦源，泵浦光为连续光，光谱宽度为2nm，该泵浦源采用水温为18度的去离子水冷却。一传能光纤2，其一端与泵浦源1的输出端连接；所述的泵浦源1的泵浦光经过传能光纤2耦合输出，传能光纤2的直径为100-600μm，数值孔径NA为0.22，所述的泵浦源1产生的泵浦光经过传能光纤2耦合输出功率为10-20W。一泵浦光整形系统3，其一端位于传能光纤2的光路上；对泵浦的整形比例为1∶2-1∶7，泵浦光经整形系统到达晶体4。泵浦光到达晶体4内的光斑大小约为200μm-1400μm；一激光晶体4、一二分之一玻片11、一薄膜偏振片9和一耦合输出镜12，均位于泵浦光整形系统3的光路上。所述的激光晶体4为Nd：YVO4激光晶体或者Nd：YAG晶体，尺寸为4×4×5-15mm3，晶体4的掺杂浓度为0.5％，晶体4的切割方向为a轴；所述的二分之一玻片11波长为1064nm，其光轴方向与激光偏振方向的角度可实现从0-180度调节；所述的薄膜偏振片9，对1064nm的偏振光分光比为1000∶1，与光轴方向呈布儒斯特角放置，对腔内的水平偏振光透过，垂直偏振光反射；其中第一耦合输出镜12第一耦合输出镜12在1064nm处的反射率为80-95％。一双色平面镜片5，其位于泵浦光整形系统3和激光晶体4之间，所述的双色平面镜片5为1064nm双色镜平面片，双面均镀有880nm增透膜，其中指向晶体4的方向镀有1064nm高反膜。一第一凹面反射镜6，其位于双色平面镜片5的反射光路上，所述的凹面反射镜6，凹面曲率半径为1000mm，镀有1064nm高反射膜。一第二凹面反射镜7，其位于二分之一玻片11的光路上，所述的凹面反射镜7凹面曲率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双脉宽锁模激光器，包括：一泵浦源；一传能光纤，其一端与泵浦源的输出端连接；一泵浦光整形系统，其一端位于传能光纤的光路上；一激光晶体、一二分之一玻片、一薄膜偏振片和一耦合输出镜，均位于泵浦光整形系统的光路上；一双色平面镜片，其位于泵浦光整形系统和激光晶体之间；一第一凹面反射镜，其位于双色平面镜片的反射光路上；一第二凹面反射镜，其位于凹面反射镜的光路上；一半导体可饱和吸收镜，其位于第二凹面反射镜的反射光路上；一标准具和一第二耦合输出镜，其依序位于薄膜偏振片的反射光路上。

【技术特征摘要】
1.一种双脉宽锁模激光器，包括：一泵浦源；一传能光纤，其一端与泵浦源的输出端连接；一泵浦光整形系统，其一端位于传能光纤的光路上；一激光晶体、一二分之一玻片、一薄膜偏振片和一耦合输出镜，均位于泵浦光整形系统的光路上；一双色平面镜片，其位于泵浦光整形系统和激光晶体之间；一第一凹面反射镜，其位于双色平面镜片的反射光路上；一第二凹面反射镜，其位于凹面反射镜的光路上；一半导体可饱和吸收镜，其位于第二凹面反射镜的反射光路上；一标准具和一第二耦合输出镜，其依序位于薄膜偏振片的反射光路上。2.如权利要求1所述的双脉宽锁模激光器，其中由双色平面镜片、第一凹面反射镜、第二凹面反射镜、半导体可饱和吸收镜和耦合输出镜构成主谐振腔，主谐振腔的长度为1500-2000mm，重复频率75-100MHz。3.如权利要求1所述的双脉宽锁模激光器，其中由双色平面镜片、凹面反射镜、凹面反射镜、半导体可饱和吸收镜、薄膜偏振片和耦合输出镜构成辅谐振腔，辅谐振腔的长度为1000-1500mm，对应的锁模脉冲的重复频率为100-150MHz。4.如权利要求1所述的双脉宽锁模激光器，其中二分之一玻片光轴方向与激...

【专利技术属性】
技术研发人员：于海娟，林学春，何超建，邹淑珍，赵鹏飞，刘燕楠，齐瑶瑶，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11