一种片上固体飞秒锁模激光器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种片上固体飞秒锁模激光器，包括泵浦源、聚焦透镜和激光器本体，所述激光器本体包括氟化钙晶体、铒镱增益晶体、可饱和半导体吸收镜和二氧化硅凸透镜；二氧化硅凸透镜通过光胶粘合在所述氟化钙晶体的入射端面上，铒镱增益晶体用作增益介质通过光胶粘合在所述氟化钙晶体的反射端面上，可饱和半导体吸收镜通过光胶粘合在铒镱增益晶体上，该实用新型专利技术基于氟化钙晶体与空气折射率相近的特点，采用单片氟化钙晶体作为整个激光器的光学腔主体,且将增益介质和可饱和吸收体通过光胶吸附在单片氟化钙晶体表面形成单一整体,进而实现片上单片晶体超小型化飞秒固体锁模激光器,获得高峰值功率窄脉宽的短脉冲或是超短脉冲输出。

An on-chip solid-state femtosecond mode-locked laser

The utility model discloses an on-chip solid-state femtosecond mode-locked laser, which comprises a pump source, a focusing lens and a laser body. The laser body comprises a calcium fluoride crystal, an erbium-ytterbium gain crystal, a saturable semiconductor absorption mirror and a silicon dioxide convex lens. The silicon dioxide convex lens is bonded to the incident end surface of the calcium fluoride crystal by a photogel, and the erbium-ytterbium gain crystal is used as an increase. The beneficial medium is bonded to the reflective end surface of the calcium fluoride crystal by photogel, and the saturable semiconductor absorption mirror is bonded to the erbium-ytterbium gain crystal by photogel. Based on the similar characteristics of the calcium fluoride crystal and the air refractive index, the utility model uses a single calcium fluoride crystal as the main optical cavity of the whole laser, and adsorbs the gain medium and the saturable absorber on a single sheet through photogel. The surface of calcium fluoride crystal forms a single whole, and then realizes on-chip single crystal ultra-miniaturized femtosecond solid-state mode-locked laser to obtain high peak power, narrow pulse width short pulse or ultra-short pulse output.

【技术实现步骤摘要】
一种片上固体飞秒锁模激光器
本技术涉及飞秒超短脉冲激光器
，特别涉及一种片上固体飞秒锁模激光器飞秒超短脉冲激光器。
技术介绍
一台自由运转的激光器中往往会有很多个不同模式或频率的激光脉冲同时存在，而只有在这些激光模式相互间的相位锁定时，才能产生激光超短脉冲或称锁模脉冲。目前实现锁模的方法有很多种，但一般可以分成两大类：即主动锁模和被动锁模，主动锁模指的是通过由外部向激光器提供调制信号的途径来周期性地改变激光器的增益或损耗从而达到锁模目的，而被动锁模则是利用材料的非线性吸收或非线性相变的特性来产生飞秒超短脉冲激光。飞秒激光具有以下几个特点：首先是飞秒激光持续的时间及其短，只有几个飞秒，它比利用电子学方法所获得的最短脉冲还要短几千倍，是人类目前在实验条件下所能获得的最短脉冲，其次是飞秒激光具有非常高的瞬时功率，可以达到百万亿瓦，比目前全世界发电总功率还要多出上百倍，再次是飞秒激光能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域内，使电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高出数倍，而其中许多的极端物理条件是地球上所不存在的，以及用其他的方法也不可能得到的。由于飞秒激光的峰值功率超高，经过聚焦后，其光强能达到极高量级，这样的强度远超过原子内部相互作用库伦场，所以，飞秒激光脉冲能轻易将电子脱离原子的束缚，形成等离子体。因此飞秒锁模激光器是激光器发展的一个必然的重要的方向，但是其要求以空间或者光纤作为激光腔以获得更多模式的锁定,所以单片式小型化的锁模激光器似乎不可能,但是很多实用情况下存在对单片式小型化锁模激光器的需求，虽然目前固体激光器已经有很多成熟的技术,但大多数都是采用空间或光纤耦合的光学腔方案，至今未有仅采用单片晶片的激光腔结构，不能迎合锁模激光器应用发展中对于超小型化的这一趋势，若能实现固体锁模激光器的所有必要元件完全整合为一体,不仅使得空间大化减小，又能实现片上单片晶体超小型化飞秒固体锁模激光器,获得高峰值功率窄脉宽的短脉冲或是超短脉冲输出，那么将具有重大的意义。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种片上固体飞秒锁模激光器，将单片氟化钙晶体作为激光器的整个光学腔,且将增益介质和可饱和吸收体通过光胶吸附在单片氟化钙晶体表面形成单一整体,进而能实现片上单片晶体超小型化飞秒固体锁模激光器,获得高峰值功率窄脉宽的短脉冲或是超短脉冲输出。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种片上固体飞秒锁模激光器，包括泵浦源、聚焦透镜和激光器本体，所述激光器本体包括氟化钙晶体、铒镱增益晶体、可饱和半导体吸收镜和二氧化硅凸透镜；所述泵浦源，用于提供980nm泵浦激光；所述聚焦透镜，用于第一次聚焦所述980nm泵浦激光；所述二氧化硅凸透镜，通过光胶粘合在所述氟化钙晶体的入射端面上，用于第二次聚焦所述980nm泵浦激光；所述铒镱增益晶体，用作增益介质，通过光胶粘合在所述氟化钙晶体反射端面上；所述可饱和半导体吸收镜，通过光胶粘合在铒镱增益晶体上，作为锁模装置用于调制和反射经所述铒镱增益晶体聚焦生成的新的1550nm激光；所述片上固体飞秒锁模激光器，其光学路径为：所述泵浦源提供的980nm泵浦激光，经所述聚焦透镜第一次聚焦后入射到所述二氧化硅凸透镜，经所述二氧化硅凸透镜第二次聚焦后，入射到所述氟化钙晶体的入射端面，所述980nm泵浦激光通过氟化钙晶体后在铒镱增益晶体处聚焦，生成新的1550nm的激光，所述1550nm激光经可饱和半导体吸收镜调制和反射后再一次从反射端面进入氟化钙晶体，在所述氟化钙晶体内表面来回反射，最后在反射端面全反射后，部分1550nm激光传输到氟化钙晶体的脉冲输出端面输出用于用户使用，剩余1550nm激光原路反射到所述激光器本体。进一步地，所述氟化钙晶体、铒镱增益晶体、可饱和半导体吸收镜和二氧化硅凸透镜的表面均设有抛光层。进一步地，所述氟化钙晶体的入射端面覆有促进泵浦激光透射的增透介质膜，所述入射端面的外表面对980nm泵浦激光高透，内表面对1550nm激光高反。进一步地，所述氟化钙晶体的脉冲输出端面覆有促进激光透射的增透介质膜，所述脉冲输出端面的外表面对1550nm泵浦激光部分高反，内表面对1550nm激光高透。本技术的有益效果是：1）该技术采用单片氟化钙晶体作为整个激光器的光学腔的主体,通过在氟化钙晶体表面进行抛光及镀膜的加工增加激光腔的腔内反射率,并将增益介质和可饱和吸收体吸附在晶体的抛光面形成单一的整体,达到使激光腔锁模的目的。2）采用该单片晶体作为光学腔的设计，可保证光学腔内的激光信号仅在单晶体里传播，既可以实现超小型片上飞秒固体锁模激光器,又能获得高峰值功率窄脉宽的短脉冲或是超短脉冲输出。3）该激光器产生飞秒量级的超短脉冲，脉冲重复频率高，且具有极高的脉冲能量，在物理，生物，化学，现代通信和信号处理等领域有着广泛的应用。附图说明图1为本技术单晶体元件的结构示意图；图2为本技术片上激光器的工作示意图；图中，101-泵浦源，102-聚焦透镜，103-氟化钙晶体，104-铒镱增益晶体，105-可饱和半导体吸收镜，106-二氧化硅凸透镜，107-入射端面，108-反射端面，109-脉冲输出端面。具体实施方式下面将结合实施例，对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。参阅图1-2，本技术提供一种技术方案：如图1所示，一种片上固体飞秒锁模激光器，包括泵浦源101、聚焦透镜102和激光器本体，所述激光器本体包括氟化钙晶体103、铒镱增益晶体104、可饱和半导体吸收镜105和二氧化硅凸透镜106，氟化钙晶体103、铒镱增益晶体104、可饱和半导体吸收镜105和二氧化硅凸透镜106通过光胶粘合而构成单晶体元件。如图2所示，所述泵浦源101，用于提供980nm泵浦激光，所述聚焦透镜102，用于第一次聚焦所述980nm泵浦激光，所述二氧化硅凸透镜106，通过光胶粘合在所述氟化钙晶体103的入射端面107上，用于第二次聚焦所述980nm泵浦激光，所述铒镱增益晶体104，用作增益介质，通过光胶粘合在所述氟化钙晶体103反射端面108上，所述可饱和半导体吸收镜105，通过光胶粘合在铒镱增益晶体104上，作为锁模装置用于调制和反射经所述铒镱增益晶体104聚焦生成的新的1550nm激光。所述氟化钙晶体103、铒镱增益晶体104、可饱和半导体吸收镜105和二氧化硅凸透镜106的表面均设有抛光层。所述氟化钙晶体103的入射端面107做镀膜处理，覆有促进泵浦激光透射的增透介质膜，所述入射端面107的外表面对980nm泵浦激光高透，内表面对1550nm激光高反。所述氟化钙晶体103的脉冲输出端面109覆有促进激光透射的增透介质膜，所述脉冲输出端面109的内表面对1550nm激光高透，外表面对1550nm泵浦激光部分高反，其反射率控制在99.2%-99.6%，上述光学元件组合而成的单片晶体结构将构成一块固体的光学腔作为激光器本体。如图2所示，所述片上固体飞秒锁模激光器的工作过程为：由外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种片上固体飞秒锁模激光器，其特征在于：包括泵浦源（101）、聚焦透镜（102）和激光器本体，所述激光器本体包括氟化钙晶体（103）、铒镱增益晶体（104）、可饱和半导体吸收镜（105）和二氧化硅凸透镜（106）；所述泵浦源（101），用于提供980nm泵浦激光；所述聚焦透镜（102），用于第一次聚焦所述980nm泵浦激光；所述二氧化硅凸透镜（106），通过光胶粘合在所述氟化钙晶体（103）的入射端面（107）上，用于第二次聚焦所述980nm泵浦激光；所述铒镱增益晶体（104），用作增益介质，通过光胶粘合在所述氟化钙晶体（103）的反射端面（108）上；所述可饱和半导体吸收镜（105），通过光胶粘合在铒镱增益晶体（104）上，作为锁模装置用于调制和反射经所述铒镱增益晶体（104）聚焦生成新的1550nm激光；所述片上固体飞秒锁模激光器，其光学路径为：所述泵浦源（101）提供的980nm泵浦激光，经所述聚焦透镜（102）第一次聚焦后入射到所述二氧化硅凸透镜（106），经所述二氧化硅凸透镜（106）第二次聚焦后，入射到所述氟化钙晶体（103）的入射端面（107），所述980nm泵浦激光通过氟化钙晶体（103）后在铒镱增益晶体（104）处聚焦，生成新的1550nm的激光，所述1550nm激光经可饱和半导体吸收镜（105）调制和反射后再一次从反射端面（108）进入氟化钙晶体（103），在所述氟化钙晶体（103）内表面来回反射，最后在反射端面（108）全反射后，部分1550nm激光传输到氟化钙晶体（103）的脉冲输出端面（109）输出用于用户使用，剩余1550nm激光原路反射到所述激光器本体。...

【技术特征摘要】
1.一种片上固体飞秒锁模激光器，其特征在于：包括泵浦源（101）、聚焦透镜（102）和激光器本体，所述激光器本体包括氟化钙晶体（103）、铒镱增益晶体（104）、可饱和半导体吸收镜（105）和二氧化硅凸透镜（106）；所述泵浦源（101），用于提供980nm泵浦激光；所述聚焦透镜（102），用于第一次聚焦所述980nm泵浦激光；所述二氧化硅凸透镜（106），通过光胶粘合在所述氟化钙晶体（103）的入射端面（107）上，用于第二次聚焦所述980nm泵浦激光；所述铒镱增益晶体（104），用作增益介质，通过光胶粘合在所述氟化钙晶体（103）的反射端面（108）上；所述可饱和半导体吸收镜（105），通过光胶粘合在铒镱增益晶体（104）上，作为锁模装置用于调制和反射经所述铒镱增益晶体（104）聚焦生成新的1550nm激光；所述片上固体飞秒锁模激光器，其光学路径为：所述泵浦源（101）提供的980nm泵浦激光，经所述聚焦透镜（102）第一次聚焦后入射到所述二氧化硅凸透镜（106），经所述二氧化硅凸透镜（106）第二次聚焦后，入射到所述氟化钙晶体（103）的入射端面（107），所述980nm泵浦激光通过氟化钙晶体（103）后...

【专利技术属性】
技术研发人员：任瑞，杨浩钦，蒋伟民，
申请(专利权)人：成都世杰光信科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51