基于无序激光晶体的飞秒锁模激光器及激光产生方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无序激光晶体的飞秒锁模激光器及激光产生方法，该激光器包括：泵浦源、准直镜、聚焦镜、凹面输入镜、增益介质、第一凹面高反镜、第二凹面高反镜、锁模元件、第一平面啁啾镜、第二平面啁啾镜和耦合输出镜；泵浦源输出的泵浦光依次经过准直镜、聚焦镜和凹面输入镜后注入增益介质；凹面输入镜、第一凹面高反镜、第二凹面高反镜、锁模元件、第一平面啁啾镜、第二平面啁啾镜和平面输出镜构成激光谐振腔。本发明专利技术采用具有较大受激吸收截面和受激发射截面、较宽荧光光谱的无序激光晶体作为增益介质，可实现高功率、高光束质量、超短脉宽的2微米飞秒锁模激光输出。

【技术实现步骤摘要】
基于无序激光晶体的飞秒锁模激光器及激光产生方法
本专利技术涉及中红外固体激光
，具体涉及一种基于无序激光晶体的飞秒锁模激光器及激光产生方法。
技术介绍
得益于激光晶体材料和锁模技术的快速发展，近红外波段的飞秒锁模激光技术已经非常成熟，相关商业化产品不断面世。随着激光物理的不断发展，人们发现许多光和物质相互作用的过程与激光波长密切相关，因此急需拓宽飞秒锁模激光的波长覆盖范围。特别的，2微米飞秒锁模激光在时间分辨分子光谱学、光学频率梳产生、光参量啁啾脉冲放大、半导体材料微加工等领域具有独特的优势。目前，常用的2微米激光晶体材料主要包括Ho:YAG、Tm:YAG、Tm:YLF、Tm:YAP、Ho,Tm:YLF等，但是这些传统晶体材料的荧光光谱较窄，不易实现超短脉冲和宽调谐输出。近年来，人们提出无序激光晶体材料的概念，这种材料即保留了传统晶体材料良好的热力学和光学性能，又可以将荧光谱展宽，这将非常有利于超短脉冲激光的产生。据报道，目前已通过Tm:CLNGG、Tm:CNNGG、Tm,Ho:CLNGG、Tm,Ho:CNGG、Tm:CALYO、Tm,Ho:CALGO等无序激光晶体产生2微米飞秒锁模激光，其脉冲宽度可短至几十飞秒。由于产生超短脉宽飞秒锁模激光要求泵浦源具有较好的光束质量，因此通常采用钛宝石激光器作为泵浦源，然而钛宝石激光器存在体积庞大、价格昂贵等缺点；另外，受限于钛宝石激光器的输出功率，目前基于无序激光晶体的2微米飞秒锁模激光器输出功率尚处于较低水平(<400mW)。近年来，分布布拉格反射锥形半导体激光器得到飞速发展，目前已实现高功率(>10W)、高光束质量、窄线宽的半导体激光输出；相比于钛宝石激光器，分布布拉格反射锥形半导体激光器具有成本低、结构简单的优势，使之成为飞秒锁模激光器的一种非常有潜力的泵浦源。综上，行业内急需研发一种既能输出高功率、高光束质量、超短脉宽的2微米飞秒锁模激光，而其泵浦源的体积和成本大大降低的锁模激光器。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种能实现高功率、高光束质量、超短脉宽的2微米飞秒锁模激光输出，并降低泵浦源的体积和成本的基于无序激光晶体的飞秒锁模激光器及激光产生方法。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种基于无序激光晶体的飞秒锁模激光器，包括：泵浦源(1)、准直镜(2)、聚焦镜(3)、凹面输入镜(4)、增益介质(5)、第一凹面高反镜(6)、第二凹面高反镜(7)、锁模元件(8)、第一平面啁啾镜(9)、第二平面啁啾镜(10)和耦合输出镜(11)；泵浦源(1)输出的泵浦光依次经过准直镜(2)、聚焦镜(3)和凹面输入镜(4)后注入增益介质(5)；凹面输入镜(4)、第一凹面高反镜(6)、第二凹面高反镜(7)、锁模元件(8)、第一平面啁啾镜(9)、第二平面啁啾镜(10)和平面输出镜(11)构成激光谐振腔，泵浦源(1)，用于输出泵浦光，泵浦光诱发增益介质(5)粒子数反转并在激光谐振腔内形成激光振荡，最后通过耦合输出镜(11)输出飞秒锁模激光；增益介质(5)为无序激光晶体。优选地，增益介质(5)为Tm:GYAP、Tm:CLNGG、Tm:CNNGG、Tm:CALYO、Tm,Ho:CLNGG、Tm,Ho:CNGG、Tm,Ho:CALGO中的任意一种。优选地，泵浦源(1)为高功率高光束质量的分布布拉格反射锥形半导体激光器。优选地，锁模元件(8)为可饱和吸收镜、石墨烯和单璧碳纳米管饱和吸收体中的任意一种。优选地，若锁模元件(8)为石墨烯和单璧碳纳米管饱和吸收体，则锁模元件(8)为石墨烯或单璧碳纳米管饱和吸收体通过化学气相沉积法生长，再转移到2微米波段的激光高反镜上形成的锁模元件。优选地，增益介质(5)以布鲁斯特角置于激光谐振腔内。优选地，耦合输出镜(11)输出的飞秒锁模激光为2微米飞秒锁模激光。优选地，第一平面啁啾镜(9)和第二平面啁啾镜(10)通过均对飞秒激光多次反射来补偿激光谐振腔内的色散。一种基于无序激光晶体的飞秒锁模激光的产生方法，包括：S1，泵浦源(1)发出的泵浦光依次经过准直镜(2)、聚焦镜(3)和凹面输入镜(4)后聚焦到以布儒斯特角放置的增益介质(5)中，引起增益介质(5)的粒子数反转并在激光谐振腔内形成激光振荡；其中增益介质(5)为无序激光晶体；S2，激光谐振腔内的激光经第一凹面高反镜(6)后反射到第二凹面反射镜(7)，再聚焦到锁模元件(8)上后沿原路返回，再依次通过第二凹面高反镜(7)、第一凹面高反镜(6)、增益介质(5)、凹面输入镜(4)，并由该凹面输入镜(4)偏转反射到第一平面啁啾镜(9)和第二平面啁啾镜(10)；S3，激光在第一平面啁啾镜(9)和第二平面啁啾镜(10)之间多次反射来实现腔内色散补偿；S4，通过耦合输出镜(11)输出高功率、高光束质量、超短脉宽的2微米飞秒锁模激光。本专利技术相对于现有技术具有如下优点：1、选用具有较好热力学性能和较宽荧光光谱的无序激光晶体作为增益介质，成功实现了几十飞秒量级的2微米锁模脉冲激光输出。2、采用分布布拉格反射锥形半导体激光器替代传统的钛宝石激光器作为泵浦源，降低了泵浦激光系统的体积和成本。3、分布布拉格反射锥形半导体激光器具有输出功率高、光束质量好、线宽窄的特点，容易获得高功率、高光束质量、超短脉宽的2微米飞秒锁模激光输出。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为实施例1的基于无序激光晶体的飞秒锁模激光器的结构示意图。图2为实施例2的基于无序激光晶体的飞秒锁模激光器的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1图1是实施例1的一种基于无序激光晶体的2微米飞秒锁模激光器光路结构示意图，包括794nm分布布拉格反射锥形半导体激光器1、准直镜2、聚焦镜3、凹面输入镜4、增益介质5、第一凹面高反镜6、第二凹面高反镜7、锁模元件8、第一平面啁啾镜9、第二平面啁啾镜10和耦合输出镜11。增益介质5为无序激光晶体(Tm:GYAP)。794nm分布布拉格反射锥形半导体激光器1发出的泵浦光依次经过准直镜2、聚焦镜3和凹面输入镜4后聚焦到以布儒斯特角放置的增益介质5中，引起粒子数反转并在谐振腔内形成激光振荡。谐振腔内的激光经第一凹面高反镜6后反射到第二凹面反射镜7，再聚焦到锁模元件8上后沿原路返回，再依次通过第二凹面高反镜7、第一凹面高反镜6、增益介质5、凹面输入镜4，并由该凹面输入镜4偏转反射到第一平面啁啾镜9和第二平面啁啾镜10，激光在第一平面啁啾镜9和第二平面啁啾镜10之间多次反射来实现腔内色散补偿，最后通过耦合输出镜11输出高功率、高光束质量、超短脉宽的2微米飞秒锁模激光。实施例2图2是实施例2的另一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无序激光晶体的飞秒锁模激光器，其特征在于，包括：泵浦源(1)、准直镜(2)、聚焦镜(3)、凹面输入镜(4)、增益介质(5)、第一凹面高反镜(6)、第二凹面高反镜(7)、锁模元件(8)、第一平面啁啾镜(9)、第二平面啁啾镜(10)和耦合输出镜(11)；泵浦源(1)输出的泵浦光依次经过准直镜(2)、聚焦镜(3)和凹面输入镜(4)后注入增益介质(5)；凹面输入镜(4)、第一凹面高反镜(6)、第二凹面高反镜(7)、锁模元件(8)、第一平面啁啾镜(9)、第二平面啁啾镜(10)和平面输出镜(11)构成激光谐振腔，/n泵浦源(1)，用于输出泵浦光，泵浦光诱发增益介质(5)粒子数反转并在激光谐振腔内形成激光振荡，最后通过耦合输出镜(11)输出飞秒锁模激光；/n增益介质(5)为无序激光晶体。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无序激光晶体的飞秒锁模激光器，其特征在于，包括：泵浦源(1)、准直镜(2)、聚焦镜(3)、凹面输入镜(4)、增益介质(5)、第一凹面高反镜(6)、第二凹面高反镜(7)、锁模元件(8)、第一平面啁啾镜(9)、第二平面啁啾镜(10)和耦合输出镜(11)；泵浦源(1)输出的泵浦光依次经过准直镜(2)、聚焦镜(3)和凹面输入镜(4)后注入增益介质(5)；凹面输入镜(4)、第一凹面高反镜(6)、第二凹面高反镜(7)、锁模元件(8)、第一平面啁啾镜(9)、第二平面啁啾镜(10)和平面输出镜(11)构成激光谐振腔，
泵浦源(1)，用于输出泵浦光，泵浦光诱发增益介质(5)粒子数反转并在激光谐振腔内形成激光振荡，最后通过耦合输出镜(11)输出飞秒锁模激光；
增益介质(5)为无序激光晶体。


2.根据权利要求1所述的基于无序激光晶体的飞秒锁模激光器，其特征在于，增益介质(5)为Tm:GYAP、Tm:CLNGG、Tm:CNNGG、Tm:CALYO、Tm,Ho:CLNGG、Tm,Ho:CNGG、Tm,Ho:CALGO中的任意一种。


3.根据权利要求1所述的基于无序激光晶体的飞秒锁模激光器，其特征在于，泵浦源(1)为高功率高光束质量的分布布拉格反射锥形半导体激光器。


4.根据权利要求1所述的基于无序激光晶体的飞秒锁模激光器，其特征在于，锁模元件(8)为可饱和吸收镜、石墨烯和单璧碳纳米管饱和吸收体中的任意一种。


5.根据权利要求4所述的基于无序激光晶体的飞秒锁模激光器，其特征在于，若锁模元件(8)为石墨烯和单...

【专利技术属性】
技术研发人员：代世波，朱思祁，张沛雄，尹浩，李真，陈振强，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44