双波长飞秒激光器定向插芯制造技术

一种双波长飞秒激光器的定向插芯，是在置有激光晶体的折叠腔前外端设置耦合透镜，其能将输入光聚焦于激光晶体，在其前端设有输入光反射镜能将输入光反射至耦合透镜，并将这些光学器件固定装置于一体。从而使本发明专利技术可以适用于多种双波长飞秒激光器，并能使激光器的综合技术指标超过现有技术。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于固体激光器
，涉及双波长超短激光器定向插芯的制作。目前，飞秒激光技术的发展几乎都依赖于对固体激光材料的研究，并使得固体飞秒激光器在很大程度上取代了染料激光器。象掺钛兰宝石激光器、掺铬氟化铝锶锂激光器等都有很宽的调谐范围，都能产生飞秒激光脉冲。随着科学技术的发展，单脉冲序列的超短脉冲激光器的应用受到了限制，甚至在某些应用领域中无能为力。如在高等植物光合作用的原初反应机理、多激发态光谱学、程控飞秒化学反应动力学、选择性生化反应等研究方面，都需要双波长或多波长的超短激光脉冲，才能有效地进行谐振激励和有序激发探测。有人曾利用基波及其倍频光脉冲进行泵浦探测，同样受到了限制。所以双波长飞秒激光器的研制越来越受到人们的重视，从九十年代开始很多国家开展了这方面的研制工作。J.M.Evans et al,Optics letters,Vol.18,No.13(1993)1074, M.R.X.deBarros et al,SPIE Vol.2116,(1994)37；A.leitenstorfer et al,OplicsIetters,Vol.20,No.5(1995)916。在这些研究中只有美国贝尔实验室所提供的技术指标较全，其双波长脉宽55-65fs，中心波长间隔90nm，双波长脉冲间的同步精度小于20fs，用8w514nm氩离子激光泵浦的输出功率为240mW；其他的报导只有几个单项指标，德国的最窄脉宽在28-64fs之间，双波长脉冲间同步精度为1.7fs，用两组藕合输出器才有100nm的调谐范围。双波长超短激光器的构成有泵浦源、聚光透镜、谐振腔，谐振腔的前部有内置激光晶体的折叠腔，中部有弥散补偿棱镜，后部有狭缝光栏和藕合输出镜。本专利技术所称定向插芯是指从输入光到折叠腔这一范围内光学元器件的集合，并把这些光学元器件固定装置于一体成为定向插芯，而所构成双波长飞秒激光器的其他部件可以根据需要进行更换或装置。本专利技术的目的在于设计一种双波长飞秒激光器的定向插芯，能做为激光器的专用部件，用于多种双波长超短激光器之中，并使得激光器的综合技术指标超过现有技术。为实现本专利技术目的所采用的技术方案如下，所设计的双波长飞秒激光器定向插芯的结构为，在由两只凹面反射镜构成的折叠腔内置有激光晶体，在折叠腔前外端有藕合透镜，其能将输入光聚焦于激光晶体，在其前端设置有输入光反射镜，能将输入光反射至藕合透镜，并将这些光学器件固定装置于一体成为定向插芯；其中在输入光反射镜的背面镀有宽带全反射激光硬膜，其正面镀有宽带定比分束激光硬膜；在藕合透镜的两面镀有高增透激光硬膜；在折叠腔前凹面镜的平面端镀有高增透激光硬膜，在凹面端镀有选则性激光硬膜；在折叠腔后凹面镜的凹面镀有高反射激光硬膜。本专利技术的特征还在于折叠腔的两只凹面镜是由石英玻璃制作，其中后凹面镜镀膜的反射率＞99.9％；前凹面镜的选择性镀膜对输入光能够透过，透过率＞85％，而对激光晶体被激发后所产生的光谱则全反射，反射率＞99.9％；另外藕合透镜镀膜的透过率＞98％，输入光反射镜反射膜的反射率＞99％，定比分束膜的分束比约50％。双波长飞秒激光器的关键是适当限制不同波长激光束之间的增益竞争，这样才能达到交叉锁模、输出稳定的双波长飞秒激光脉冲。本专利技术采用定比分束、宽带膜系、调整偏振，实现增益分配；利用双光束分别自锁，调节内腔群速弥散，获得双波长光束同步传播，达到交叉锁模；采用像差补偿藕合透镜，匹配泵浦，有效降低激光阈值、弥补增益损耗。所以本专利技术设计的定向插芯不仅适用于多种双波长飞秒激光器，而且使激光器的综合技术指标超过了现有技术。以下结合附图详细说明本专利技术的具体实施方案和使用效果。附附图说明图1为本专利技术所设计定向插芯在一种双波长飞秒激光器实例中使用的光学结构原理图。图中1为泵浦激光，2为输入光反射镜，3为藕合透镜，4为折叠腔前凹镜，5为激光晶体，6为折叠腔后凹镜，7为反射镜，8为弥散补偿棱镜，9为反射镜，10为弥散补偿棱镜，11为狭缝光栏，12为藕合输出镜。其中2、3、4、5、6构成本专利技术的定向插芯。参见附图，本专利技术所设计的双波长飞秒激光器定向插芯的结构为，在由两只凹面反射镜4和6构成的折叠腔内置有激光晶体掺钛兰宝石5，凹面镜4和6由石英玻璃制作，曲率半径为100mm，其中在凹面镜6的凹面镀有740-920nm波长的高反射激光硬膜，反射率为99.95％，在凹面镜4的平面端镀有450-540nm波长的高增透激光硬膜，在凹面镜4的凹面端镀有选择性激光硬膜，要求对740-920nm波长的反射率为99.95％，对450-540nm波长的透过率为87％；在折叠腔前外端有藕合透镜3能将输入光聚焦于激光晶体5，其透镜3的两面都镀有440-560nm波长的高增透激光硬膜，透过率为99％；在透镜3的前端设置有输入光反射镜2能将输入光反射至藕合透镜3，在反射镜2的背面镀有通带450-540nm波长的高反激光硬膜，反射率为99.9％，在反射镜2的正面镀有通带450-540nm波长的定比分束激光硬膜，反射率为49.9％；并将这些光学器件2、3、4、5、6固定装置于一体成为定向插芯。其中所述的各种激光硬膜都是已有技术。把本专利技术的定向插芯装置在如图所示的双波长飞秒激光器中，其中泵浦激光1采用氩离子激光器，并在藕合输出镜12镀有740-920nm波长的高反激光硬膜，反射率为97％。其工作原理为从氢离子激光器1射出的全谱线光束，由输入反射镜2定比分束为两束，由藕合透镜3聚焦通过双波长折叠腔反射镜4，聚焦进掺钛兰宝石激光晶体5，产生强自聚焦效应，激光晶体5发射出的光谱光束，分别由反射镜4和6收集并反射进激光腔内，经多次往反获得增益，达到交叉锁模阈值，经光栏11和藕合输出镜12射出两束序列激光脉冲。由于克尔效应的产生，并适当地进行内腔弥散补偿，则激光器进入交叉锁模运转，调整光栏狭缝即可获得所需的双波长飞秒激光脉冲。该激光器在7W的全线氩离子激光束泵浦下，输出双波长脉宽26-39fs，中心波长间隔95nm，采用两组藕合输出器有140nm的调谐范围，双波长脉冲间的同步精度约1fs，输出脉冲平均功率大于200mW。由于本专利技术具有控制激光膜间增益竞争的特点，在双波长交叉束间的相互作用及藕合效应变得越小，更容易得到稳定的输出，从而使双波长脉冲序列间的相对跳动趋於更小。本专利技术定向插芯的使用，激光器其他元件的选择和放置应根据需求和腔型结构而异，如弥散补偿棱镜8可用两个棱镜进行扩谱；激光晶体5的尺寸并不影响定向插芯的作用，插芯各元件位置的调整用准直光束确定；对激光腔的要求并不太严格，原则上能够单波长运转的钛宝石飞秒激光器都可适用，适当地增减其他元件是需要的。为了获得稳定的交叉锁模运转，仔细调节内腔弥散补偿是必要的，并使两条回路光束尽可能在同一平面内往返振荡。移动光栏11上两狭缝的相对位置，能达到波长调谐的目的。权利要求1．一种双波长飞秒激光器定向插芯，采用有聚光透镜、两只凹面反射镜构成的折叠腔，其内置有激光晶体，以及激光硬膜的镀膜技术，其特征在于，在所述置有激光晶体的折叠腔前外端设置藕合透镜，其能将输入光聚焦于激光晶体，在其前端设置有输入光反射镜，能将输入光反射至藕合透镜，并将这些光学器件固定装置于一体成为定向插芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双波长飞秒激光器定向插芯，采用有聚光透镜、两只凹面反射镜构成的折叠腔，其内置有激光晶体，以及激光硬膜的镀膜技术，其特征在于，在所述置有激光晶体的折叠腔前外端设置藕合透镜，其能将输入光聚焦于激光晶体，在其前端设置有输入光反射镜，能将输入光反射至藕合透镜，并将这些光学器件固定装置于一体成为定向插芯；其中输入光反射镜背面镀有宽带全反射激光硬膜，其正面镀有宽带定比分束激光硬膜；在藕合透镜的两面镀有高增透激光硬膜；折叠腔前凹面镜的平面端镀有高增透激光硬膜，其凹面端镀有选则性激光硬膜；折叠腔后凹面镜的凹面镀有高反射激光硬膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：王水才，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]