一种钛宝石放大器的高能量飞秒激光产生方法技术

本发明专利技术涉及高能量飞秒激光产生技术领域，具体涉及一种钛宝石放大器的高能量飞秒激光产生方法，包括一种子源、电路控制系统及时域展宽部分；用于对激光放大所需要的激光光束整形、传输、指向、聚焦、收集的种子注入光路，该种子注入光路同时为放大器激光输出光路；用于对种子光放大，选择重复频率，控制振荡次数的再生放大谐振腔。本发明专利技术改善空间利用率，并解决较长腔长需要较小泵光光斑导致的光斑衍射现象，适用于对装置体积有较严格要求的实验需求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种钛宝石放大器的高能量飞秒激光产生方法


[0001]本专利技术涉及高能量飞秒激光产生
，特别是涉及一种钛宝石放大器的高能量飞秒激光产生方法。

技术介绍

[0002]飞秒激光以其极短的脉宽、极高的峰值功率密度和极丰富的光谱成分，在光通讯、光存储、THz辐射、量子光学等光学前沿领域产生了重要推进作用，同时也为原子分子物理、强场物理、化学、生物、频率计量等学科提供了强有力的实验工具。此外，飞秒激光的优越特性也在工业方面(如微纳加工)、医疗方面(如光学相干断层成像OCT、眼部手术)体现了重要的应用价值。
[0003]获取更短的脉冲宽度、更高的峰值功率，可对激光进行放大，但是在飞秒量级的脉冲宽度下，激光放大较难实现，若直接进行放大，峰值功率密度很容易达到GW/cm2量级，光学介质中的非线性效应会显著增强，导致脉冲波前的畸变、自聚焦等一系列效应的发生，最终影响能量的放大，甚至击穿激光晶体。
[0004]飞秒激光能量放大的难题最终在啁啾脉冲放大技术出现后才真正得以解决。而基于啁啾脉冲放大技术的再生放大有光束质量好、放大效率高、能量稳定性好、光束指向稳定性高、易调节维护的优势，适合飞秒激光器的产业化要求。再生腔的腔型决定再生放大器输出激光的放大功率，光斑模式以及稳定性。目前钛宝石再生放大腔型设计一直在不断改善优化，但商业化的腔型通常以Z型腔为主，腔长通常为1.6
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1.8m。一方面由于器件大小的限制，包含两个折叠角，且折叠角度较大，因此占较大空间。另一方面根据计算与实验，该类腔型起振阈值较大，需要将泵光聚得较小的情况下才能出光，因此激光与泵光的大小匹配较为困难，容易出现衍射光斑的现象。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，可用本专利技术提供一种高能量飞秒激光。
[0006]一种改善空间利用率，并解决较长腔长需要较小泵光光斑导致的光斑衍射现象，适用于对装置体积有较严格要求的实验需求的钛宝石放大器的高能量飞秒激光产生方法。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是：一种钛宝石放大器的高能量飞秒激光产生方法，包括
[0008]一种子源、电路控制系统及时域展宽部分；
[0009]用于对激光放大所需要的激光光束整形、传输、指向、聚焦、收集的种子注入光路，该种子注入光路同时为放大器激光输出光路；
[0010]用于对种子光放大，选择重复频率，控制振荡次数的再生放大谐振腔；
[0011]脉冲压缩部分；
[0012]高能量飞秒激光产生方法包括如下步骤：
[0013]步骤S1，种子光通过种子源产生并在时域展宽部分展宽后通过种子注入光路进入
再生放大谐振部分；
[0014]步骤S2，放大后通过放大器输出进入激光光束整形、准直部分，后激光进入脉冲压缩部分，得到中心波长800nm，重复频率1kHz，单脉冲能量大于3mJ，脉宽100fs的高能量飞秒激光。
[0015]对上述方案的进一步改进为，所述种子源设有输出部分，所述输出部分为钛宝石振荡器，输出中心波长800nm，功率400mW，重复频率80MHz，脉宽40fs。
[0016]对上述方案的进一步改进为，所述步骤S1中，种子光进行传输输入时域展宽部分，经时域展宽部分展宽后为二百皮秒。
[0017]对上述方案的进一步改进为，所述种子注入光路包括第一介质膜反射镜、第二介质膜反射镜、第一格兰棱镜、法拉第旋光器、半波片、第二介质膜反射镜、第二格兰棱镜。
[0018]对上述方案的进一步改进为，所述第一介质膜反射镜对输入种子光进行整形、准直；第一格兰棱镜、法拉第旋光器、半波片选出竖直偏振光；第二格兰棱镜将种子光注入再生腔内。
[0019]对上述方案的进一步改进为，所述再生放大的腔型包括普克尔盒、四分之一波片、第一凹面反射镜、第二凹面反射镜、钛宝石及其温控系统、第三凹面反射镜、第三介质膜反射镜。
[0020]对上述方案的进一步改进为，激光在第一凹面反射镜、第二凹面反射镜、钛宝石及其温控系统、第三凹面反射镜振荡放大，普克尔盒、四分之一波片结合控制放大次数，通过偏振选出最优放大脉冲，此时脉冲为竖直偏振，由第二格兰棱镜输出。
[0021]对上述方案的进一步改进为，所述种子注入光路的输出中心波长800nm，功率4W，重复频率1kHz，脉宽为二百皮秒。
[0022]对上述方案的进一步改进为，所述再生放大谐振腔输出的激光为2mm，通过激光光斑整形部分进行扩束、准直、传输，得到10mm的激光光斑。
[0023]对上述方案的进一步改进为，所述脉冲压缩部分将整形好的激光输入脉宽压缩部分，最终得到中心波长800nm，功率3.1W，重复频率1kHz，单脉冲能量大于3mJ，脉宽100fs的高能量飞秒激光。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]对钛宝石再生放大器的腔型进行重新设计，改善空间利用率，并解决较长腔长需要较小泵光光斑导致的光斑衍射现象，最终得到中心波长800nm，功率3.1W，重复频率1kHz，单脉冲能量大于3mJ，脉宽100fs的高能量飞秒激光。适用于对装置体积有较严格要求的实验需求。
附图说明
[0026]图1为本专利技术钛宝石放大器的高能量飞秒激光产生方法的示意图；
[0027]图2为图1中钛宝石放大器的高能量飞秒激光产生方法的种子注入光路的示意图；
[0028]图3为图1中钛宝石放大器的高能量飞秒激光产生方法的再生放大谐振腔结构示意图的示意图。
具体实施方式
[0029]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0030]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0031]结合图1中的实例，本专利技术研发的紧凑型钛宝石再生放大器，具体包括，种子源1输出中心波长800nm，功率400mW，重复频率80MHz，脉宽40fs的种子激光。通过电路控制系统2中的光电探测器，将种子光部分信号转化为电信号，对电路进行触发，以此为基准，可进行整体的电信号控制。将种子光注入时域展宽部分3，将种子光的脉宽由40fs展宽至200ps并对其进行光束整形与传输。将展宽后的激光通过种子注入光路4，将种子光注入紧凑型再生放大谐振腔5，对激光进行放大。放大后的激光由种子注入光路4的另一个方向输出，注入光斑整形部分6，对激光进行扩束、准直。准直后的激光进入脉冲压缩部分7，将200ps的激光压缩至100fs左右，最后输出。
[0032]紧凑型钛宝石再生放大器中的种子注入光路4，结合配图2进行详述。图2中，虚线为种子光，其光路设计具体包括第一介质膜反射镜41、第二介质膜反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛宝石放大器的高能量飞秒激光产生方法，其特征在于：包括一种子源、电路控制系统及时域展宽部分；用于对激光放大所需要的激光光束整形、传输、指向、聚焦、收集的种子注入光路，该种子注入光路同时为放大器激光输出光路；用于对种子光放大，选择重复频率，控制振荡次数的再生放大谐振腔；脉冲压缩部分；高能量飞秒激光产生方法包括如下步骤：步骤S1，种子光通过种子源产生并在时域展宽部分展宽后通过种子注入光路进入再生放大谐振部分；步骤S2，放大后通过放大器输出进入激光光束整形、准直部分，后激光进入脉冲压缩部分，得到中心波长800nm，重复频率1kHz，单脉冲能量大于3mJ，脉宽100fs的高能量飞秒激光。2.根据权利要求1所述的钛宝石放大器的高能量飞秒激光产生方法，其特征在于：所述种子源设有输出部分，所述输出部分为钛宝石振荡器，输出中心波长800nm，功率400mW，重复频率80MHz，脉宽40fs。3.根据权利要求2所述的钛宝石放大器的高能量飞秒激光产生方法，其特征在于：所述步骤S1中，种子光进行传输输入时域展宽部分，经时域展宽部分展宽后为二百皮秒。4.根据权利要求1所述的钛宝石放大器的高能量飞秒激光产生方法，其特征在于：所述种子注入光路包括第一介质膜反射镜、第二介质膜反射镜、第一格兰棱镜、法拉第旋光器、半波片、第二介质膜反射镜、第二格兰棱镜。5.根据权利要求1所述的钛宝石放大器的高能量飞秒激光产生方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志远，何鹏，刘励强，
申请(专利权)人：广东晶启激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：