【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于中红外超快激光，具体涉及一种基于高阶时间孤子的掺er固体超快激光产生系统及方法。
技术介绍
1、激光器被用在很多不同的工业应用中，一些激光器系统能够在一个装置中执行多个材料加工任务，例如，切割、钻孔、测量和/或焊接。具有较短波长、较短脉冲持续时间和高光束质量的激光器系统在微机械加工应用中变得越来越重要，在所述微机械加工应用中，逐渐变得更小且更复杂的几何结构需要更复杂的制造工艺。
2、当前的超短脉冲激光源如ti:sapphire材料，在1.6和3微米波段的输出能量有限。目前的1.6/3微米掺er激光源存在以下问题：一、光谱窄：掺er激光在1.6/3微米波段的发射光谱通常比较窄，呈现多个尖峰的分布，限制了超短脉冲输出技术方案的实现。二、脉冲品质受限：由于光谱窄且呈现多个尖峰，脉冲的时间相干性和信噪比受到限制，难以实现高功率和高峰值功率脉冲的产生。掺er离子介质具有较窄的发射截面，尤其在3微米波段表现突出，然而，常用的基底材料如yag具有较高的声子能量，影响了超快激光的基础效率和能量输出。为满足在1.6和3微米波段上获得大能量、宽光谱输出的需求，亟需提供一种新的超短脉冲激光产生系统及方法。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于高阶时间孤子的掺er固体超快激光产生系统及方法，该系统结构简单、稳定性好、可靠性高，且具有优良散热性能，可满足在1.6和3微米波段上获得大能量、宽光谱输出的需求，能解决er3+离子介质发射截面窄、基底声子能量
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于高阶时间孤子的掺er固体超快激光产生系统，包括泵浦子系统、增益子系统、横模控制调控子系统、脉冲时域控制子系统、辅助探测子系统；
3、所述泵浦子系统包括泵浦源和准直聚焦耦合单元；
4、所述增益子系统包括增益介质，所述增益介质为掺铒单晶或陶瓷的光纤；
5、所述横模控制调控子系统包括聚焦反射镜一、聚焦反射镜二、输出耦合镜、聚焦反射镜三和聚焦反射镜四；
6、所述脉冲时域控制子系统包括可饱和吸收体、非线性晶体、棱镜一、棱镜二和二分之一波片a；
7、所述辅助探测子系统包括二分之一波片b、平面反射镜、偏振分束器、脉冲相位测量仪、bs分束器a、光谱分析仪、bs分束器b、示波器和ccd相机；
8、所述准直聚焦耦合单元、聚焦反射镜一、增益介质和聚焦反射镜二沿泵浦源的输出光路依次设置，且增益介质的一端置于聚焦耦合单元的焦点处；所述聚焦反射镜一和聚焦反射镜二均以倾斜于增益介质长度方向的方式分布于增益介质的两侧，且聚焦反射镜一的反射面中心对准增益介质的一端，聚焦反射镜二的反射面中心对准增益介质的另一端；所述聚焦反射镜三设置在聚焦反射镜一的反射光路上，所述聚焦反射镜四设置在聚焦反射镜三的反射光路上；所述非线性晶体设置在聚焦反射镜三和聚焦反射镜四之间的光路上；所述可饱和吸收体设置在聚焦反射镜四的反射光路上，用于接收激光并周期性地进行脉冲输出；所述二分之一波片a设置在聚焦反射镜二的反射光路上；所述棱镜二和棱镜一组成色散补偿棱镜对，并设置在二分之一波片a的透射光路上；所述输出耦合镜设置在色散补偿棱镜对的输出光路上；所述二分之一波片b设置在输出耦合镜的输出光路上；所述平面反射镜设置在二分之一波片b的透射光路上；所述偏振分束器设置在平面反射镜的反射光路上；所述脉冲相位测量仪设置在偏振分束器的透射光路上；所述bs分束器a设置在偏振分束器的反射光路上；所述光谱分析仪设置在bs分束器a的反射光路上；所述bs分束器b设置在bs分束器a的透射光路上；所述示波器设置在bs分束器b的反射光路上；所述ccd相机设置在bs分束器b的透射光路上。
9、作为一种优选，所述准直聚焦耦合单元由平凸透镜一和平凸透镜二组成，其中，平凸透镜一的凸面和平凸透镜二的凸面轴对称地设置，并一起组成一个望远镜子系统；所述平凸透镜一的表面镀有976nm高透的介质膜，平凸透镜二的表面镀有1470nm高透的介质膜。
10、作为一种优选，所述准直聚焦耦合单元由聚焦反射镜五和聚焦反射镜六组成；所述聚焦反射镜五设置在泵浦源的输出光路上，且其倾斜于泵浦源的输出光路方向；所述聚焦反射镜六以相对的方式设置在聚焦反射镜五的反射光路上，并和聚焦反射镜五组成无色散、无像差反射聚焦子系统；所述聚焦反射镜五的表面镀有976nm的900～1600nm高反射的介质膜，聚焦反射镜六的表面镀有1470nm的900～1600nm高反射的介质膜。
11、进一步，所述增益介质为er：yap或er：yag或er：cayalo4，其两端面均倾斜角度抛光，且抛光角度平面相互平行；其中抛光角度为57°。使增益介质的两端面以布儒斯特角度57°进行抛光，可以有效减少光增益并补偿腔镜折叠造成的像散，也可为球面和非球面端面提高耦合效率高。
12、作为一种优选，所述聚焦反射镜一的表面镀有976～1470nm波段范围内的增透膜，还镀有1600～1700nm波段和2650～2950nm波段范围内的高反膜；
13、所述聚焦反射镜二、聚焦反射镜三和聚焦反射镜四的表面均镀有1600～1700nm波段范围内的高反膜和1500～1600nm范围内的增透膜，或者表面均镀有2650～2950nm波段范围内的高反膜和965～980nm范围内的增透膜。
14、进一步，所述棱镜一和棱镜二均为caf2楔形棱镜。楔形镜的优点在于其结构紧凑且易于与光纤系统集成，同时可以实现高精度的色散控制。通过将色散补偿棱镜对与上述色散管理单元中的光学元件结合使用，可以进一步优化激光的色散特性，从而获得更精确的脉冲形状和更窄的脉冲宽度。
15、进一步，为了方便调节可饱和吸收体的位置和角度，所述可饱和吸收体安装在三维调整架上。
16、本专利技术中，在泵浦源的输出光路上设置准直聚集耦合单元，可以对泵浦激光器输出的激光进行聚焦准直，在此基础上，再配合掺铒的单晶光纤，可以通过泵浦er离子在1.6微米和2.7微米范围的级联发射实现两个波段激光波长和切换和同步输出，级联发射可提高2.7微米激光的效率，实现激光功率的逐级累积，并放大输出。单晶光纤利用其晶体结构中分子间的对称性，通过选择特定的晶面切割方向和光传播方向，实现对光的色散进行精细管理。具体来说，单晶光纤通过选择合适的晶面切割方向，可以实现高阶模的色散系数为0,即实现高阶模的色散为零。这意味着高阶模不需要进行精确的平衡就能实现负色散。而1645nm和2700nm正好位于单晶晶格的负色散区内，因此这两个波长的光在单晶光纤内都能实现负色散传播。所以单晶光纤的独特结构和色散管理机制，使其能够在1645nm和2700nm实现高效率的负色散传播，这是传统光纤无法比拟的优势。将聚焦反射镜一和聚焦反射镜二设置在增益光纤的两侧，并将聚焦反射镜三设置在聚焦反射镜一的反射光路上，将聚焦反射镜四设本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于高阶时间孤子的掺Er固体超快激光产生系统，包括泵浦子系统(1)，其特征在于，还包括增益子系统(2)、横模控制调控子系统(3)、脉冲时域控制子系统(4)、辅助探测子系统(5)；
2.根据权利要求1所述的一种基于高阶时间孤子的掺Er固体超快激光产生系统，其特征在于，所述准直聚焦耦合单元由平凸透镜一(1-2)和平凸透镜二(1-3)组成，其中，平凸透镜一(1-2)的凸面和平凸透镜二(1-3)的凸面轴对称地设置，并一起组成一个望远镜子系统；所述平凸透镜一(1-2)的表面镀有976nm高透的介质膜，平凸透镜二(1-3)的表面镀有1470nm高透的介质膜。
3.根据权利要求1所述的一种基于高阶时间孤子的掺Er固体超快激光产生系统，其特征在于，所述准直聚焦耦合单元由聚焦反射镜五(1-5)和聚焦反射镜六(1-6)组成；所述聚焦反射镜五(1-5)设置在泵浦源(1-1)的输出光路上，且其倾斜于泵浦源(1-1)的输出光路方向；所述聚焦反射镜六(1-6)以相对的方式设置在聚焦反射镜五(1-5)的反射光路上，并和聚焦反射镜五(1-5)组成无色散、无像差反射聚焦子系统；所述
4.根据权利要求1或2所述的一种基于高阶时间孤子的掺Er固体超快激光产生系统，其特征在于，所述增益介质(2-1)为Er：YAP或Er：YAG或Er：CaYAlO4，其两端面均倾斜角度抛光，且抛光角度平面相互平行；其中抛光角度为57°。
5.根据权利要求4所述的一种基于高阶时间孤子的掺Er固体超快激光产生系统，其特征在于，所述聚焦反射镜一(3-1)的表面镀有976～1470nm波段范围内的增透膜，还镀有1600～1700nm波段和2650～2950nm波段范围内的高反膜；
6.根据权利要求5所述的一种基于高阶时间孤子的掺Er固体超快激光产生系统，其特征在于，所述棱镜一(4-3)和棱镜二(4-4)均为CaF2楔形棱镜。
7.根据权利要求6所述的一种基于高阶时间孤子的掺Er固体超快激光产生系统，其特征在于，所述可饱和吸收体(4-1)安装在三维调整架上。
8.一种基于高阶时间孤子的掺Er固体超快激光产生方法，采用如权利要求1至7任一项所述的一种基于高阶时间孤子的掺Er固体超快激光产生系统，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述一种基于高阶时间孤子的掺Er固体超快激光产生方法，其特征在于，在步骤一中，通过对增益介质(2-1)长度的选择来使基于高阶时间孤子的掺Er固体超快激光产生系统工作在腔镜控制模式或波导控制模式；
10.根据权利要求9所述一种基于高阶时间孤子的掺Er固体超快激光产生方法，其特征在于，在步骤四中，通过以下方法对高阶孤子的阶数N进行定量判断：
...【技术特征摘要】
1.一种基于高阶时间孤子的掺er固体超快激光产生系统，包括泵浦子系统(1)，其特征在于，还包括增益子系统(2)、横模控制调控子系统(3)、脉冲时域控制子系统(4)、辅助探测子系统(5)；
2.根据权利要求1所述的一种基于高阶时间孤子的掺er固体超快激光产生系统，其特征在于，所述准直聚焦耦合单元由平凸透镜一(1-2)和平凸透镜二(1-3)组成，其中，平凸透镜一(1-2)的凸面和平凸透镜二(1-3)的凸面轴对称地设置，并一起组成一个望远镜子系统；所述平凸透镜一(1-2)的表面镀有976nm高透的介质膜，平凸透镜二(1-3)的表面镀有1470nm高透的介质膜。
3.根据权利要求1所述的一种基于高阶时间孤子的掺er固体超快激光产生系统，其特征在于，所述准直聚焦耦合单元由聚焦反射镜五(1-5)和聚焦反射镜六(1-6)组成；所述聚焦反射镜五(1-5)设置在泵浦源(1-1)的输出光路上，且其倾斜于泵浦源(1-1)的输出光路方向；所述聚焦反射镜六(1-6)以相对的方式设置在聚焦反射镜五(1-5)的反射光路上，并和聚焦反射镜五(1-5)组成无色散、无像差反射聚焦子系统；所述聚焦反射镜五(1-5)的表面镀有976nm的900～1600nm高反射的介质膜，聚焦反射镜六(1-6)的表面镀有1470nm的900～1600nm高反射的介质膜。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于高阶时间孤子的掺er固体超快激光产生系统，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，沈德元，王飞，
申请(专利权)人：中红外激光研究院江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：
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