基于氧化镓晶体的飞秒绿光激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种飞秒绿光激光器，包括：泵浦源，用于输出泵浦激光；克尔透镜锁模系统，用于对泵浦激光进行锁模后输出锁模激光，克尔透镜锁模系统的输出光路中还包括倍频晶体，用于对所述锁模激光倍频后输出绿光激光。本发明专利技术采用的倍频晶体是氧化镓晶体。克尔透镜锁膜系统则是基于Yb：YCOB晶体。本发明专利技术输出的绿光锁模激光的最窄脉冲宽度可达到73fs，最高输出功率可达到70mW。

Femtosecond Green Laser Based on GaO Crystal

【技术实现步骤摘要】
基于氧化镓晶体的飞秒绿光激光器
本专利技术涉及激光器
，具体涉及一种基于氧化镓晶体的飞秒绿光激光器。
技术介绍
随着制造业，远距离通信，激光医疗等领域对激光脉冲的要求越来越高，调Q激光器已经不能满足人们的要求了。各行各业的工作者都希望激光脉冲的脉冲持续时间更短，峰值功率和输出光信号的信噪比更高。这就促使了锁模激光器的诞生。主动锁模激光器输出脉冲的脉冲存在着一些缺陷如宽度较宽，稳定性差等，这也激励着人们寻找新的锁模方法。近年来，被动锁模技术被人们所发现，并进行了深入研究。根据近十年的研究，采用被动锁模技术的激光器可输出最短脉冲宽度在100fs以下的孤子光脉冲。目前，掺镱的全固态激光器大部分采用的是可饱和吸收体辅助的被动锁模方式，这种锁模方式受限于材料带宽及损伤阈值等因素，不仅限制了激光器产生的激光脉冲宽度，而且易损坏，使得这种激光器的使用寿命普遍偏短，而且维护成本高。其原因就是可饱吸收体本身带来的。绿光激光器在各个领域中的应用十分广泛。如在医疗方面，由于人眼对绿光十分敏感，所以绿光激光多用于眼科手术，该种绿光也可以用于治疗血管性疾病。由于绿光激光器的功率较高，所以不会对目标组织周围的皮肤产生过度伤害，增加了手术的安全性。除了在医疗方面的应用十分广泛，它在激光精密加工方面的应用也很多，由于绿光激光的亮度高，聚焦光斑小，所以非常适合对硬度、脆性高的材料进行加工。除此之外，它在电子工业领域中可以用来调整微型电阻的组织，还可以用作泵浦源等等。由此可见绿光激光的应用非常广泛，然而现在的绿光激光器的脉冲宽度普遍过宽，功率也不高。根据最近的研究结果，利用SESAM在Yb系列晶体上实现了几百飞秒锁模激光脉冲的输出。但由于SESAM被动锁模受到材料本身窄的工作带宽，低的损伤阈值的影响。不仅限制激光脉冲宽度，而且SESAM本身长时运行易损坏，使激光器的使用寿命大大缩短，设备整体稳定性不佳。因此，需要基于新型锁模机制的振荡器来实现绿光飞秒锁模激光器，在提高激光系统的长期稳定性的同时还要使输出的锁模激光的脉冲宽度更窄、功率更高、腔型结构更为紧凑、工程实现更为便捷。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术所要解决的是当前的绿光激光器的脉冲宽度普遍过宽，功率不高的问题。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提出一种飞秒绿光激光器，包括：泵浦源，用于输出泵浦激光；克尔透镜锁模系统，用于对泵浦激光进行锁模后输出锁模激光，所述克尔透镜锁模系统的输出光路中还包括倍频晶体，用于对所述锁模激光倍频后输出绿光激光。根据本专利技术的优选实施方式，所述倍频晶体是氧化镓晶体。根据本专利技术的优选实施方式，所所述克尔透镜锁膜系统包括Yb：YCOB晶体。根据本专利技术的优选实施方式，所述克尔透镜锁膜系统还包括通水铜块，其置于所述Yb：YCOB晶体的下方，以保持该Yb：YCOB晶体的温度正常。根据本专利技术的优选实施方式，所述克尔透镜锁膜系统还包括两块凹面镜、一块高反镜、一对三棱镜和一块输出镜，所述倍频晶体位于所述三棱镜和输出镜之间。根据本专利技术的优选实施方式，所述泵浦源的中心频率是976nm，输出激光频率为520nm。根据本专利技术的优选实施方式，所述输出绿光激光脉宽为76fs。根据本专利技术的优选实施方式，所述Yb：YCOB晶体没有镀增透膜。根据本专利技术的优选实施方式，所述Yb：YCOB晶体掺杂镱离子浓度为20％。根据本专利技术的优选实施方式，激光器还包括准直聚焦系统，用于将所述泵浦激光聚焦到透镜锁模系统。(三)有益效果本专利技术实现的绿光飞秒锁模激光器输出的绿光锁模激光的最窄脉冲宽度可达到73fs，最高输出功率可达到70mW。可见，其输出的锁模激光的脉冲宽度更窄、功率更高、腔型结构更为紧凑、工程实现更为便捷。附图说明图1为根据本专利技术的一个实施例的绿光飞秒锁模激光器的光路结构示意图。具体实施方式总的来说，本专利技术基于新型的锁模技术设计了一种具有窄脉宽、高功率等诸多优良特性的绿光锁模激光器。本专利技术致力于二极管激光泵浦的新型掺镱固体绿光飞秒激光器，利用掺镱激光材料中的三阶非线性效应，使锁模激光的带宽不再受可饱和吸收体的限制，从而压缩了锁模激光脉冲的宽度，简化了谐振腔结构。理论和实践表明，这种锁模方式可以使激光器长期连续稳定运转、并能够产生脉宽更窄的脉冲。由于绿光有一些优秀的特性，所以本专利技术使用氧化镓晶体将激光器输出的锁模激光做倍频处理，使得最后输出的锁模激光的中心波长落在绿光波段，这样将开发出应用于新领域的绿光飞秒锁模激光器。基于新型锁模机制的振荡器来实现绿光飞秒锁模激光器，在提高激光系统的长期稳定性的同时还要使输出的锁模激光的脉冲宽度更窄、功率更高、腔型结构更为紧凑、工程实现更为便捷。这就成为本专利技术要解决的关键问题和创新点。由于克尔效应具有响应时间短、不需要额外可饱和吸收体、谐振腔结构简单等突出优点，在某种意义上可能具有更好的实践意义。所以本专利技术着力于将克尔透镜锁模应用到Yb系列晶体中，专利技术超快激光器。本专利技术提出基于氧化镓晶体和Yb：YCOB晶体锁模的空间结构飞秒绿光激光器。其包括用于输出泵浦激光的泵浦源，以及对泵浦激光进行锁模后输出锁模激光的克尔透镜锁模系统。与现有技术不同的是，本专利技术在克尔透镜锁模系统的输出光路中还增设有倍频晶体，用于对所述锁模激光倍频后输出绿光激光。激光倍频是通过晶体的二阶非线性效应实现的，使频率为2f的激光通过晶体后变为频率为f的倍频光，所以对倍频晶体的选择就显得尤为重要。氧化镓(β-Ga2O3)单晶是一种新型直接带隙超宽禁带半导体，它是一种透明的氧化物半导体材料，禁带宽度在4.2eV-4.9eV间。氧化镓晶体有诸多优点：它的热稳定性和化学稳定性良好，对湿度的敏感度低，同时其紫外光区透过率可达80％以上，且其制备方法简单，成本低廉。这是传统透明导电材料所不具备的，所以在本专利中将选用氧化镓作为倍频晶体实现短波长高功率激光输出。因此，本专利技术采用的倍频晶体优选为氧化镓晶体。Yb：COB晶体是一种非对称双轴晶体，它的基态分裂大于1000cm-1，这比大多数其他掺Yb材料的基态分裂都要大。据报道，Yb：COB晶体的荧光寿命是所有掺Yb氧化物晶体之中最长的。而且Yb：COB晶体具有各向异性的光谱和激光特性。其发射光谱非常宽，而且它的增益的平滑性有利于产生超短脉冲。所以本专利技术的克尔透镜锁膜系统优选为基于Yb：YCOB晶体，并且还包括通水铜块，其置于所述Yb：YCOB晶体的下方，以保持该Yb：YCOB晶体的温度正常。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。图1为根据本专利技术的一个实施例的绿光飞秒锁模激光器的光路结构示意图。如图1所示，绿光飞秒锁模激光器包括激光二极管泵浦源01、耦合光纤02、用于组成准直聚焦系统的一对透镜03、04和克尔透镜锁膜系统。克尔透镜锁膜系统包括两块相同的凹面镜05、06、未镀增透膜的Yb：YCOB晶体07、镀有高反射率膜的高反镜08、一对三棱镜09、10和一个输出镜12。同时，该系统在三棱镜和输出镜12之间设置有倍频晶体，即氧化镓晶体11。绿光锁模激光有很多优良特性，可是现在输出的锁模激光的中心波长并没有落在绿光的波段范围内，所以我们选用氧化镓07晶体作为倍频晶体，该晶体可把本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞秒绿光激光器，包括：泵浦源，用于输出泵浦激光；克尔透镜锁模系统，用于对泵浦激光进行锁模后输出锁模激光，其特征在于：所述克尔透镜锁模系统的输出光路中还包括倍频晶体，用于对所述锁模激光倍频后输出绿光激光。

【技术特征摘要】
1.一种飞秒绿光激光器，包括：泵浦源，用于输出泵浦激光；克尔透镜锁模系统，用于对泵浦激光进行锁模后输出锁模激光，其特征在于：所述克尔透镜锁模系统的输出光路中还包括倍频晶体，用于对所述锁模激光倍频后输出绿光激光。2.如权利要求1所述的飞秒绿光激光器，其特征在于：所述倍频晶体是氧化镓晶体。3.如权利要求1或2所述的飞秒绿光激光器，其特征在于：所述克尔透镜锁膜系统包括Yb：YCOB晶体。4.如权利要求3所述的飞秒绿光激光器，其特征在于：所述克尔透镜锁膜系统还包括通水铜块，其置于所述Yb：YCOB晶体的下方，以保持该Yb：YCOB晶体的温度正常。5.如权利要求3所述的飞秒绿光激光器，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈政委，刘文军，张晓，
申请(专利权)人：北京镓族科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11