用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件及其使用方法技术

本发明专利技术属于激光技术领域，具体公开了用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件及其使用方法，包括透明体，透明体的形状为等腰三棱柱，三角形的两腰所在的两个侧面为透光面，其余面为不透光面；光线从一个透光面进入透明体，并从另一个透光面出射；透明体的内部能够对不同波长的光进行吸收并产生分光；透明体具有快速驰豫时间特性和慢速驰豫时间特性。元件可以单独使用，也可以成对使用。本方案将可饱和吸收、波长调谐两种功集成在一个元件上或将可饱和吸收、产生负色散、波长调谐三种功集成在一个元件上，有效减小了脉冲激光器谐振腔中光学元件的个数，使激光器的结构更加简单紧凑，调节更加方便容易，能显著增加激光器的稳定性、可靠性和便携性。靠性和便携性。靠性和便携性。

【技术实现步骤摘要】
用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件及其使用方法


[0001]本专利技术属于激光
，尤其涉及一种用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件及其使用方法。

技术介绍

[0002]与连续激光相比，脉冲激光具有单脉冲能量大、峰值功率高等特殊优点，在激光加工、医疗卫生、国防军事、生命科学、极端条件科学研究等众多领域具有非常广泛的应用。比如调Q激光的单脉冲能量很大，被普遍应用在激光切割和打孔打标等工业加工场景。锁模产生的皮秒脉冲峰值功率高，在微电子相关的微纳加工方面具有显著的优势。锁模产生的飞秒量级的激光器则具有更高的峰值功率，是眼科手术的理想工具，同时也是前场物理研究中必不可少的仪器设备。此外，像光谱学、激光精密测量等应用中，还需要激光器能够对输出波长进行一定程度的调谐，以达到应用要求。
[0003]因为结构的相对简单，高的稳定性和可靠性，以及高的性价比，被动调Q和被动锁模是目前获得调Q激光和锁模激光的主要方式。在传统的被动调Q和被动锁模中，都需要一个可饱和吸收元件，来启动调Q和锁模的机制。特别是，如果要在锁模激光中产生飞秒量级的脉冲，则还需要在激光谐振腔中加入专门的能够提供负色散的所谓色散补偿元件，才能得到稳定的飞秒脉冲。此外，如果要对激光的输出波长进行调谐，那么，还得在激光谐振腔中再加入波长调谐元件。显然，谐振腔内元件个数越多，则激光器的结构就越加复杂，调节也就越加困难，激光器的稳定性和可靠性也将受到越多的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件及其使用方法，以解决现有技术中谐振腔内元件个数多，造成激光器结构复杂，调节困难，激光器的稳定性和可靠性受到影响的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的第一种技术方案为：用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件，包括透明体，所述透明体的形状为等腰三棱柱，三角形的两腰所在的两个侧面为透光面，其余三个面为不透光面；光线从一个透光面进入所述透明体，并从另一个透光面出射；所述透明体的内部能够对不同波长的光进行吸收并产生分光；所述透明体具有快速驰豫时间特性和慢速驰豫时间特性；所述快速驰豫时间特性能够启动激光中的锁模过程，形成锁模脉冲输出；所述慢速驰豫时间特性能够启动激光中的调Q过程，形成调Q脉冲输出。
[0006]进一步，所述透明体包括透明外壳，所述透明外壳内注满能够吸收不同波长的光的液体物质。
[0007]进一步，所述透明体为能够吸收不同波长的光的掺杂晶体。
[0008]进一步，所述多功能可饱和吸收元件能够成对使用，两组所述多功能可饱和吸收元件并排设置，且两组所述多功能可饱和吸收元件的顶角朝向相反的方向；两组所述多功能可饱和吸收元件能够提供负色散。
[0009]本技术方案的工作原理在于：光线从透明体的一个透光面进入元件，从另一个透光面出射。光在元件内通过一段光程，使元件对光产生一定的吸收。通过改变元件与入射光束的相对位置，可以改变光在元件内所通过光程的大小，从而调节元件对光的吸收。
[0010]光线从透明体的一个透光面进入元件时，发生一次折射，从另一个透光面出射时，再次发生折射。两次折射过程中，都是长波长的光发生的偏转角小，短波长的光发生的偏转角大，因此在两次折射后，光束中不同波长的部分在空间上按顺序排列，形成分光。
[0011]元件单独使用，元件对入射光产生一定的吸收，利用元件内液体物质或掺杂物质的慢速驰豫时间特性，可以启动激光中的调Q过程，形成调Q脉冲输出。利用元件内液体物质或掺杂物质的快速驰豫时间特性，可以启动激光中的锁模过程，形成一般锁模脉冲输出。元件单独使用，元件对通过它的光束产生分光作用，再结合光阑，或者调节激光谐振腔内其它元件，可对激光波长进行调谐。
[0012]元件成对使用时，让光束通过第一个元件的顶角顶部，经过折射后通过第二个元件。光束在两个元件中通过一段总的光程，元件对光束产生一定的吸收。通过改变第二个元件与光束的相对位置，可以改变光束在两个元件中总的光程，从而调节元件对光的吸收。光束在经过两个元件后，将使长波长部分经历更长的光程，短波长部分经历更短的光程，即对光带来负色散。通过调节第二个元件相对于光束的插入量，可以改变长波长部分和短波长部分的光程差，从而对负色散进行调节。光束在连续经过两个元件之后，光束中不同波长部分的光，在空间上按顺序排列，形成分光，再结合光阑，或者调节激光谐振腔内其它元件，可对激光波长进行调谐。两个元件对光产生一定的吸收，利用元件内液体物质或掺杂物质的慢速驰豫时间特性，可以启动激光中的调Q过程，形成调Q脉冲输出；利用元件内液体物质或掺杂物质的快速驰豫时间特性，可以启动激光中的一般锁模过程，形成锁模脉冲输出。在元件吸收启动了一般锁模过程之后，元件提供的负色散可以补偿激光谐振腔中的正色散，对脉冲进行窄化，最后获得自启动的，时间宽度在飞秒量级的锁模脉冲。
[0013]为达到上述目的，本专利技术的第二种技术方案为：用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的使用方法，将所述多功能可饱和吸收元件安装在脉冲激光器的光路中，脉冲激光器包括泵浦光源、激光芯片、光阑和输出镜，所述泵浦光源将泵浦光发射至所述激光芯片，所述激光芯片将泵浦光转化为激光后反射至多功能可饱和吸收元件的一个透光面，激光经过多功能可饱和吸收元件的两个透光面的两次折射后，射出波长在空间按顺序排列的光束；光束依次经过所述光阑和输出镜后射出。
[0014]进一步，调节所述多功能可饱和吸收元件的位置，激光芯片射出的激光从所述多功能可饱和吸收元件的一个透光面的不同位置射入，改变光束在所述多功能可饱和吸收元件中的长度，从而改变光束被吸收的大小，最终实现调Q状态或者锁模状态的改变。
[0015]本技术方案的工作原理在于：
[0016]单独使用时，光束从第一个透光面进入元件，从第二个透光面出射。通过元件的光束部分会被液体物质或掺杂晶体一定程度地吸收。当液体物质或掺杂晶体的慢速弛豫时间特性起作用时，上述吸收可以启动激光器的调Q过程，从而产生调Q脉冲输出。当液体物质或掺杂晶体的快速弛豫时间特性起作用时，上述吸收可以启动激光器的锁模过程，从而获得锁模脉冲输出。平移元件，可以改变光束在元件中的部分的长度，从而改变光束被液体物质或掺杂晶体吸收的大小，进一步改变调Q或者锁模的状态，并形成稳定的调Q或锁模激光脉
冲输出。
[0017]单独使用时，由于元件的横截面是等腰三角形，对于波长在空间上无法分辨的入射光束，在经过元件第一个透光面和第二个透光面的两次折射后，因为不同波长的光在液体物质或掺杂晶体中会经历不同的折射率，所以出射光束将变成波长在空间按顺序排列的光束。再结合光阑或调节激光谐振腔内的其它相关光学元件，即可对激光波长进行调谐。
[0018]为达到上述目的，本专利技术的第三种技术方案为：用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的使用方法，将两组所述多功能可饱和吸收元件安装在脉冲激光器的光路中，脉冲激光器包括泵浦光源、第一反射镜、激光晶体、第二反射镜、光阑、第三反射镜和输出镜；激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件，其特征在于：包括透明体(1)，所述透明体(1)的形状为等腰三棱柱，三角形的两腰所在的两个侧面为透光面(3)，其余三个面为不透光面(4)；光线从一个透光面(3)进入所述透明体(1)，并从另一个透光面(3)出射；所述透明体(1)的内部能够对不同波长的光进行吸收并产生分光；所述透明体(1)具有快速驰豫时间特性和慢速驰豫时间特性；所述快速驰豫时间特性能够启动激光中的锁模过程，形成锁模脉冲输出；所述慢速驰豫时间特性能够启动激光中的调Q过程，形成调Q脉冲输出。2.根据权利要求1所述的用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件，其特征在于：所述透明体(1)包括透明外壳(5)，所述透明外壳(5)内注满能够吸收不同波长的光的液体物质(6)。3.根据权利要求1所述的用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件，其特征在于：所述透明体(1)为能够吸收不同波长的光的掺杂晶体(7)。4.根据权利要求1
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3任一项所述的用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件，其特征在于：所述多功能可饱和吸收元件(2)能够成对使用，两组所述多功能可饱和吸收元件(2)并排设置，且两组所述多功能可饱和吸收元件(2)的顶角朝向相反的方向；两组所述多功能可饱和吸收元件(2)能够提供负色散。5.权利要求1
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3任一项所述的用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的使用方法，其特征在于：将所述多功能可饱和吸收元件(2)安装在脉冲激光器的光路中，脉冲激光器包括泵浦光源(13)、激光芯片(14)、光阑(15)和输出镜(16)，所述泵浦光源(13)将泵浦光发射至所述激光芯片(14)，所述激光芯片(14)将泵浦光转化为激光后反射至多功能可饱和吸收元件(2)的一个透光面(3)，激光经过多功能可饱和吸收元件(2)的两个透光面(3)的两次折射后，射出波长在空间按顺序排列的光束；光束依次经过所述光阑(15)和输出镜(16)后射出。6.根据权利要求5所述的用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件的使用方法，其特征在于：调节所述多功...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，朱仁江，王涛，蒋丽丹，
申请(专利权)人：重庆师范大学，
类型：发明
国别省市：