具有双z字形激光谐振腔的飞秒激光振荡器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于飞秒激光振荡器领域，具体涉及一种具有双Z字形的激光谐振腔的飞 秒激光振荡器。
【背景技术】
[0002] 用于工业、医疗及科研中的激光器都应具有高稳定性、易于调试的特点。但随着 激光器运转时间的增加或者环境的变化，激光器的输出能量往往会有所下降，输出功率不 稳定。这是由于激光器的激光谐振腔中的光学元件因温度等环境变化发生了位置偏移，这 些位置偏移包括光学元件的位置移动和俯仰角度的改变。在飞秒激光振荡器中，由于激光 腔较长，一般都在一米左右甚至更长，激光腔内光学元件的位置移动和光学元件的俯仰角 度改变对激光输出的影响更加明显，微小的偏移就很可能造成激光器输出功率下降并停止 连续锁模，严重影响激光器使用，甚至对激光器造成致命的损伤。为了避免上述问题发生， 往往需要对飞秒激光器进行机械设计或者引入功率反馈系统的方法。机械设计的方法是 指对激光器外壳进行精密巧妙的机械结构设计，以降低激光器外壳由于环境变化造成的畸 变，从而降低环境变化对激光器输出的影响；但对飞秒激光器进行机械设计复杂繁琐，且对 激光器输出稳定性的提高有限。所述引入功率反馈系统方法是指对激光器输出功率实时监 控，然后通过电路反馈系统，改变加在栗浦光源上的电流，从而以改变栗浦光源的输出，进 而以稳定激光器的输出。该方法可以非常有效地降低环境对激光器输出稳定性的影响，但 对探测器系统的准确度要求非常高，且电路系统非常复杂，成本亦较高。
[0003] 经本课题组研究分析与实验，提出一种激光谐振腔具有特别形状的飞秒激光振荡 器，以克服其激光腔较长使置于腔内的光学元件因温度等环境改变的微小位置移动和光学 元件的俯仰角度的改变发生的微小偏移造成激光器输出功率下降并停止连续锁模，对激光 器造成致命的损伤等缺陷，这正是本发明的任务所在。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有技术中所存在的缺陷和不足，提供一种具有双Z字形 的激光谐振腔的飞秒激光振荡器，该飞秒激光振荡器是通过对其腔型进行改进设计，从而 能够降低其腔内光学元件因温度等环境变化的微小位置移动或光学元件的俯仰角度的改 变的微小偏移对飞秒激光振荡器输出稳定性的影响，同时简化设计，降低了成本。
[0005] 本发明所述具有双Z字形的激光谐振腔的飞秒激光振荡器，包括栗浦光源、由第 一透镜和第二透镜组成的栗浦耦合装置、以及飞秒激光谐振腔；所述飞秒激光谐振腔包括 第一凹面镜、第二凹面镜、第三凹面镜、激光增益介质、负色散啁嗽镜、第一可饱和吸收体和 耦合输出镜，还包括第四凹面镜、第二可饱和吸收体；
[0006] 按光路描述：由栗浦光源发出的栗浦光经光纤进入栗浦耦合装置，所述第一透镜 位于栗浦光源经光纤发出的栗浦光的光路上，用于准直栗浦光，所述第二透镜位于经第一 透镜准直后的光束的光路上，用于将该光束汇聚，所述激光增益介质位于经第二透镜汇聚 形成的汇聚光束的束腰处，用于形成增益激光并使增益激光向其左右两边传播，所述第二 凹面镜位于增益激光向右传输的光路上，用于将该束增益激光反射，所述第三凹面镜位于 第二凹面镜形成的反射光束的光路上，用于将该光束反射；所述第一可饱和吸收体位于第 三凹面镜形成的反射光束的光路上，并与该光路垂直，用于调制入射的增益激光并使该增 益激光原路返回；所述激光增益介质、第二凹面镜、第三凹面镜、第一可饱和吸收体形成飞 秒激光谐振腔的第一个Z字形；
[0007] 所述第一凹面镜位于激光增益介质发出的增益激光向左传输的光路上，用于将该 束增益激光反射，所述负色散啁嗽镜位于第一凹面镜形成的反射光束的光路上，用于将该 光束反射，所述耦合输出镜位于负色散啁嗽镜形成的反射光束的光路上，用于将入射的增 益激光部分透射部分反射，所述第四凹面镜位于耦合输出镜形成的反射光束的光路上，用 于将该光束反射，所述第二可饱和吸收体位于第四凹面镜形成的反射光束的光路上，并与 该光路垂直，用于将入射的增益激光调制并使该增益激光原路返回；所述负色散啁嗽镜、耦 合输出镜、第四凹面镜、第二可饱和吸收体形成飞秒激光谐振腔的第二个Z字形。
[0008] 上述具有双Z字形的激光谐振腔的飞秒激光振荡器，所述第一凹面镜、第二凹面 镜、第三凹面镜、第四凹面镜的凹面上均镀有对增益激光具有的高反介质膜。
[0009] 上述具有双Z字形的激光谐振腔的飞秒激光振荡器，所述第一凹面镜、第二凹面 镜、第三凹面镜、第四凹面镜的两面均镀有对栗浦光具有的高透介质膜。
[0010] 上述具有双Z字形的激光谐振腔的飞秒激光振荡器，所述耦合输出镜邻谐振腔的 一面镀有对增益激光部分透过的介质膜，另一面镀有对增益激光的增透介质膜。
[0011] 上述具有双Z字形的激光谐振腔的飞秒激光振荡器，所述负色散啁嗽镜邻谐振腔 的一面镀有对增益激光具有负色散的高反介质膜。
[0012] 本发明使激光器能够保持连续锁模状态是保证激光器输出稳定的必要条件，本发 明所述具有双Z字形激光谐振腔的飞秒激光振荡器，其特征就是通过增加第二可饱和吸收 体和第四凹面镜，对飞秒激光振荡器的腔型做改进设计，其目的以获得更大的可容忍腔臂 长度变化量，即可保持激光器处于连续锁模状态的激光腔臂长度变化量，和更大的光学元 件的可容忍失调角度，又可保持激光器处于连续锁模状态的光学元件俯仰角度的变化量， 从而使飞秒激光振荡器在环境改变时也能保持连续锁模的状态，保证其输出稳定性，降低 了环境改变对激光器输出稳定性的影响，其原理如下：
[0013] 一方面，新增加的激光腔臂，即第二可饱和吸收体与第四凹面镜之间的激光腔臂 和第四凹面镜与耦合输出镜之间的激光腔臂，可以辅助第一可饱和吸收体实现连续锁模状 态。为了获得连续锁模状态，激光器腔内的激光能量需要大于一个临界能量值，该能量值与 在增益介质和可饱和吸收体上的激光光斑大小相关。光斑越大，该临界能量值越大，激光器 获得连续锁模状态需要的能量也越大，因此越难获得连续锁模状态，并且激光器输出功率 下降对连续锁模状态及激光器性能的影响越大。本发明所述飞秒激光振荡器在激光腔中增 加了第二可饱和吸收体，增益介质不变，其临界能量值由第一和第二两个可饱和吸收体上 的光斑较小的一个决定。所述飞秒激光振荡器中对光斑大小起决定性作用的为第一凹面 镜、第二凹面镜、第三凹面镜、第四凹面镜的位置。由激光腔ABCD矩阵计算可知，当四个凹 面镜的位置分别发生移动的时候，即相应激光腔的腔臂长度发生改变时，会出现第一可饱 和吸收体上光斑增大，而同时第二可饱和吸收体上的光斑减小的现象，因此第二可饱和吸 收体可以在第一可饱和吸收体由于腔臂长度发生变化无法保持连续锁模的时候，有效地协 助第一可饱和吸收体实现并保持激光腔的连续锁模状态。因而相比现有飞秒激光振荡器能 够获得更大的可容忍腔臂长度变化量，使激光器在环境改变时保持连续锁模状态。
[0014] 另一方面，新增加的第四凹面镜对激光有汇聚作用，当增益激光由于光学元件俯 仰角度改变引起传播角度发生改变的时候，增加的第四凹面镜可通过汇聚作用减小该传播 角度的改变，也就等效于增大了光学元件的可容忍失调角度，使激光器能够在环境改变时 保持输出功率相对稳定和连续锁模状态。
[0015] 与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益的技术效果：
[0016] 1、本发明所述具有双Z字形的激光谐振腔的飞秒激光振荡器，为解决环境改变对 飞秒激光振荡器输出稳定性的影响提供了一种新的，其结构更简单的设计。
[0017] 2、本发明所述具有双Z字形的激光谐振腔的飞秒激光振荡器，通过增加第二可饱 和吸收体和第四凹面镜来新增激光腔臂，对飞秒激光振荡器的腔型做改进设计，获得更大 的可容忍腔臂长度变化量，和更大的光学元件的可容忍失调角度，从而使飞秒激光振荡器 在环境改变时能保持相对稳定的输出功率，保持连续锁模的状态，从而降低了环境改变对 飞秒激光振荡器输出稳定性的影响。
[0018] 3、本发明所述具有双Z字形的激光谐振腔的飞秒激光振荡器，其结构和调试简 单，避免了复杂的激光器机械设计，更容易实现稳定激光器的输出和具体操作，且成本低。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明所述具有双Z字形的激光谐振腔的飞秒激光振荡器的结构示意图。
[0020] 图2是本发明实施例所述具有双Z字形的激光谐振腔的飞秒激光振荡器的功率输 入输出曲线。
[0021] 图3是本发明实施例所述具有双Z字形的激光谐振腔的飞秒激光振荡器的激光输 出光谱图。
[0022] 图4是本发明实施例所述具有双Z字形的激光谐振腔的飞秒激光振荡器的输出脉 冲串序列图。
[0023] 图中，1一栗浦光源，2-栗浦耦合装置，2-1-第一透镜，2-2-第二透镜，3-第一 凹面镜，4一第二凹面镜，5-第三凹面镜，6-第四凹面镜，7-激光增益介质，8-负色散啁 嗽镜，9 一第一可饱和吸收体，10-第二可饱和吸收体，11 一親合输出镜。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图并通过【具体实施方式】对本发明所述具有双Z字形的激光谐振腔的 飞秒激光振荡器作进一步说明，但并不意味着是对本发明所述内容的任何限定。
[0025] 本实施例所述具有双Z字形的激光谐振腔的飞秒激光振荡器其结构如图1所示， 包括栗浦光源1、由第一透镜2-1和第二透镜2-2组成的栗浦耦合装置2和飞秒激光谐振 腔，所述飞秒激光谐振腔由第一凹面镜3、第二凹面镜4、第三凹面镜5、第四凹面镜6、激光 增益介质7、负色散啁嗽镜8、第一可饱和吸收体9、第二可饱和吸收体10和親合输出镜11 组成。
[0026] 按光路描述：由栗浦光源1发出的栗浦光经光纤进入栗浦耦合装置2,栗浦耦合装 置2中所述第一透镜2-1位于栗浦光源1经光纤发出的栗浦光的光路上，用于准直栗浦光， 所述第二透镜2-2位于经第一透镜2-1准直后的光束的光路上，用于将该光束进行汇聚；所 述激光增益介质7位于经第二透镜2-2汇聚形成的汇聚光束的束腰处，用于将增益激光向 其左右两边传播，所述第二