一种小型化固体飞秒激光振荡器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种固体激光振荡器，包括一个聚焦透镜、一个激光晶体、两个对泵浦激光增透、对飞秒振荡激光宽带全反的双色介质膜凹面反射镜、三个小角度宽带全反镜、一个垂直宽带全反镜、一个平面输出镜、两个石英棱镜、一个爬高镜、一个镀金镜及一个底座。该实用新型专利技术结构小巧，输出激光脉宽窄，光谱宽，锁模启动简易，具有脉宽可调、双向输出、自动补偿空间色散、易于重复生产组装、可靠性高、成本低等优点，因此具有广泛的应用前景。（*该技术在2011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】
本技术涉及激光
，特别是涉及一种固体自锁模激光振荡器。在激光技术研究中，超短激光脉冲作为人类所能控制的时间极限的标志及其在微观世界揭示物质瞬态动力学的独特特性，一直是最热门的激光研究内容之一。目前，人们借助脉冲压缩技术在实验室所能获得的最短脉冲宽度已接近4fs(1fs＝10-15秒)，其应用研究渗透到了物理学、化学、生物学、通讯等学科的最前沿课题，并进而导致了许多新学科，如强场物理、飞秒化学、超高速大容量光通讯等学科的形成和发展。1999年，美国科学家A.Zewail因其用飞秒激光研究化学反应的开创性工作而获诺贝尔化学奖。正是由于飞秒激光无处不在的应用，许多科学家将其形容为“寻找答案的钥匙”。用于产生超短激光脉冲最主要的技术手段是激光锁模技术。从激光问世至今，锁模先后经历了主动锁模、被动锁模、同步泵浦锁模、碰撞锁模、耦合腔锁模(附加脉冲锁模)、克尔透镜锁模等主要锁模方式，所用的激光介质由最初的窄带固体激光、宽带染料激光发展到今天的宽带固体激光材料，脉宽在不到四十年的时间里从纳秒(10-15秒)量级进展到近光周期(~3飞秒)。但是，飞秒激光真正意义上成为实用可靠的应用研究工具，应该归功于90年代初掺钛蓝宝石激光自锁模技术，即克尔透镜技术的发现(文献1，D.E.Spence，P.N.Kean，W.Sibbert；Opt Lett.Vol.16(1991)42)，这一技术的问世，不仅使得原有飞秒激光仅数十毫瓦的功率输出提高了近两个量级而达到实用性的程度，而且与传统锁模激光复杂的技术要求相比，其结构几乎与普通激光一样简单，这种革命性的突破，为飞秒激光向产品化发展提供了成熟的技术基础。基于飞秒激光广泛的应用研究需要及实用可靠的研究成果，美国光谱物理公司(S-P)(文献2，http//www.splasers.com/)、相干公司(文献3，http//www.coherentinc.com/)早在1994年起就开发推出了脉宽100多飞秒的棱镜对色散补偿飞秒钛宝石激光产品及相关产品说明所示，虽然S-P最新的产品输出又进一步缩短到了35飞秒，但与目前实验室最好结果相比(~5fs)(文献4，G.Steinmeyer，D.H.Sutter，L.Gallmann，N.Matuschek，U.Keller；Science，Vol.286(1999)1507)，两者都存在较大的差距，特别是体积庞大、不便搬动。针对这些缺点，近年来奥地利维也纳技术大学、瑞士工业技术大学分别在其啁啾镜补偿色散技术、半导体饱和吸收反射镜启动锁模技术研究的基础上，先后通过注册FemtolasersProduktions GmbH公司(奥地利)(文献5，http//www.femtolasers.com/)及Time-Bandwidth公司(瑞士)(文献6，http//www.timebandwidth.com/)及相关产品的说明所示，推出了体积简化的新产品，特别是奥地利Femtolasers ProduktionsGmbH公司通过独特的啁啾镜技术，其产品脉宽仅20飞秒左右，一度是脉宽唯一小于100飞秒的实用商品，但是这种啁啾镜激光除成本昂贵、各台输出参数难以统一外，其锁模不易启动，脉宽不能调节，不利于实际操作使用。我们在多年研究锁模钛宝石激光的基础上，于1997年采用棱镜对色散补偿技术实现了脉宽13fs的稳定锁模输出(文献7，魏志义、张杰、夏江帆、冯宝华、张秀兰、邱阳；《中国科学》A，Vol.43(2000)No.10)，结果居国内领先、国际先进水平。进一步采用啁啾镜后，得到了8.5fs的结果，在此基础上，通过实用化设计，研制成功输出脉宽可调，最短达18fs的新型固体飞秒激光产品样机。本技术的目的是克服已有技术的不足，通过实用化设计，提供一种固体自锁模飞秒激光振荡器。本技术通过引入三个小角度入射平面宽带全反镜来实现，还包括一个聚焦透镜、一个激光晶体、两个凹面反射镜、一个垂直宽带全反镜、一个平面输出镜、两个石英棱镜、一个爬高镜及一个镀金镜。该技术结构小巧紧凑，脉冲宽，锁模启动简易，具有脉宽可调、双向输出、自动补偿空间色散、可靠性高、成本低等优点，因此具有广泛的应用前景。本技术的目的是这样实现的如附图说明图1所示，本技术包括一个聚焦透镜1，一个激光晶体2，两个对泵浦激光增透、对飞秒振荡激光宽带全反的双色介质膜的凹面反射镜3、4，三个小角度入射下对飞秒振荡激光宽带全反的平面镜5、6、7，一个垂直宽带全反镜及一个平面输出镜8、9，两个石英棱镜10、11，一个爬高镜12、一个平面镀金镜13及一个底板。由3-9的反射镜构成谐振腔。也可以不用爬高镜12及镀金镜13，它们的用途在于保证振荡激光束爬高一段距离后可以从谐振腔上方输出。根据不同的需要，可选择8或9作为输出镜。元件的具体参数如下底板的尺寸为550×200mm；聚焦透镜1的焦距为8~13cm；激光晶体2为布儒斯特角切割的掺钛蓝宝石晶体，尺寸为4×4×5mm；平凹反射镜3、4为曲率半径100mm，口径12.7mm，厚度6mm的K9玻璃，其中反射镜3作为泵浦镜，凹面镀有对532nm增透及700~900nm全反的双色介质膜，背面镀有532nm泵浦光的增透膜，反射镜4的凹面镀有对700~900nm波段全反的宽带介质膜；小角度入射下的宽带全反平面镜5、6、7为厚度4mm的K9玻璃基片，镀有3~10°入射角下对700~900nm全反的宽带介质膜；平面全反镜8(9)为厚度4mm的K9玻璃基片，镀有垂直入射下对700~900nm全反的宽带介质膜；平面输出镜9(8)为厚度2mm、半片切割的熔石英基片，镀有垂直入射下在750~850nm波段内透过率为10％的介质膜；棱镜10、11为布儒斯特角切割的石英棱镜，棱镜对间的相对距离为54cm；两个平面镜垂直组成的爬高器12为尺寸20×20mm的镀金镜或45°入射的700~900nm全反的宽带介质膜；镀金镜13的尺寸为20×20mm。全部元件安装在底板上，具体安装要求如下将聚焦透镜1置于可调节升降及左右位置的调节架上，并将调节架置于40×40mm的平移台上。反射镜3位于两维可调的微调架上，而反射镜4位于两维可调的微调架及平移导轨上，平凹镜3、4连同微调架固定在40×40mm的平移台上。激光晶体2位于可调节俯仰及角度的晶体调节架及水平旋转台上，调节架的两端用橡皮管接入水冷循环，旋转晶体以布儒斯特角放置在凹面反射镜3和4的共焦点上，聚焦透镜1的位置调节保证泵浦激光刚好聚焦于晶体中心。将平面全反镜8(9)及平面输出镜9(8)分别置于两维可调的微调架上；从凹面镜4到全反镜(或输出镜)8的短臂距离约为73cm，从凹面3到输出镜(或全反镜)9的长臂距离为100cm。全反镜5、6、7分别置于两维可调的微调架上，全反镜5、6、7的位置确定只需保证谐振腔两臂长分别为100cm及73cm。爬高器12置于输出镜9之后。镀金镜13置于激光振荡光路上方5mm的两维微调架上。在激光长臂端(棱镜端)的延长线上预先放一全反镜，这样在初次安装或重新调试激光振荡时，只需通过旋转激光盖外的测微头使第一棱镜10退出图1所示的光路，即可方便快速地实现激光振荡，再次复原棱镜后，就本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型化固体飞秒激光振荡器，其特征在于：包括一个聚焦透镜（１），一个激光晶体（２），两个平凹反射镜（３）、（４），三个小角度宽带全反镜（５）、（６）、（７），一个垂直宽带全反镜（８），一个平面输出镜（９），两个石英棱镜（１０）、（１１），一个爬高镜（１２），一个镀金镜（１３）及一个底板；元件的具体参数如下：底板的尺寸为５５０×２００ｍｍ，聚焦透镜（１）的焦距为８～１３ｃｍ，激光晶体（２）为布儒斯特角切割的掺钛蓝宝石晶体、尺寸为４×４×５ｍｍ，平凹反射镜（３）、（４）为曲 率半径１００ｍｍ、口径１２．７ｍｍ、厚度６ｍｍ的Ｋ９玻璃，其中反射镜（３）的凹面镀有对５３２ｎｍ增透及７００～９００ｎｍ全反的双色介质膜，背面镀有５３２ｎｍ泵浦光的增透膜，反射镜（４）的凹面镀有对７００～９００ｎｍ波段全反的宽带介质膜，小角度宽带全反镜（５）、（６）、（７）为厚度４ｍｍ的Ｋ９玻璃基片、镀有３～１０°入射角下对７００～９００ｎｍ全反的宽带介质膜，平面全反镜（８）为厚度４ｍｍ的Ｋ９玻璃基片、镀有垂直入射下对７００～９００ｎｍ全反的宽带介质膜，平面输出镜（９）为厚度２ｍｍ、半片切割的熔石英基片、镀有垂直入射下在７５０～８５０ｎｍ波段内透过率为１０％的介质膜，棱镜（１０）、（１１）为布儒斯特角切割的石英棱镜、棱镜对间的相对距离为５４ｃｍ，两个平面镜垂直组成的爬高器（１２）为尺寸２０×２０ｍｍ的镀金镜，镀金镜（１３）的尺寸为２０×２０ｍｍ；全部元件安装在底板上，具体安装要求：将聚焦透镜（１）置于可调节升降及左右位置的调节架上，并将调节架置于４０×４０ｍｍ的平移台上，反射镜（３）位于两维可调的微调架上，而反射镜（４）位于两维可调的微调架及 平移导轨上，平凹镜（３）、（４）连同微调架固定在４０×４０ｍｍ的平移台上，激光晶体（２）位于可调节俯仰及角度的晶体调节架及水平旋转台上，调节架的两端用橡皮管接入水冷循环，旋转晶体以布儒斯特角放置在平凹反射镜（３）和（４）的共焦点上，聚焦透镜（１）的位置调节保证泵浦激光刚好聚焦于晶体中心，将平面全反镜（８）及平面输出镜（９）分别置于两维可调的微调架上，从凹面镜（４）到全反镜（８）的短臂距离约为７３ｃｍ，从凹面镜（３）到输出镜（９）的长臂距离为１００ｃｍ，全反镜（５）、（６）、（７）分别置于两维可调的微调架上，反射镜（３）～（９）组成谐振腔，全反镜（５）、（６）、（７）的位置确定保证谐振腔两臂长分别为１...

【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：魏志义，吕铁铮，滕浩，张杰，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]