一种激光发生装置的制作方法

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种激光发生装置，由其是一种超快/超短脉冲激光发生装置。

背景技术：

超短脉冲激光器在材料加工、非线性频率转换、超快光谱和医疗等行业中有广泛应用，双波长锁模飞秒激光器还可作为太赫兹辐射源。因掺钕晶体具有发射界面大、上能级寿命长等优势，当前业界主要采用掺钕晶体作为激光增益介质，譬如nd:yag晶体和nd:yvo4晶体，他们的增益线宽主要用于产生皮秒脉冲激光。尽管他们的宽增益线宽也可产生飞秒脉冲，但由于导热性差，不利于产生高功率的飞秒激光脉冲。近年来，掺yb³⁺氟化物晶体逐渐被用作飞秒激光增益介质，但其易形成自调q现象，导致锁模不稳定。可见，现有技术中，尚未有性能更优、更全面的激光增益介质出现。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种解决了激光增益介质所带来的缺陷，能够实现实现飞秒锁模脉冲或双波长皮秒锁模脉冲输出的激光发生装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种激光发生装置，包括激光器、激光增益介质、锁模器件，所述激光增益介质采用钕和缓冲离子共掺氟化钙晶体，所述锁模器件采用可饱和吸收体；

由所述激光器出射的泵浦激光激发所述激光增益介质上对应的活性部位后，形成两个波长的脉冲激光，所述锁模器件对所述脉冲激光实现被动锁模。

优选的，所述钕和缓冲离子共掺氟化钙晶体为钕镥共掺氟化钙晶体。

优选的，所述钕镥共掺氟化钙晶体中，钕的质量百分比为0.5%，镥的质量百分比为5%，或者钕的质量百分比为0.5%，镥的质量百分比为12%。

优选的，所述钕和缓冲离子共掺氟化钙晶体采用丘克拉斯基法生长而成，相对于[1,1,1]晶轴切割成双布诺斯特角。

优选的，所述可饱和吸收体为alas/gaas可饱和吸收镜或石墨烯可饱和吸收镜。

优选的，所述激光发生器还包括透镜/透镜组、凹透镜、第一凹面反射镜，第二凹面反射镜、棱镜/棱镜对、输出耦合镜；所述激光发生器中形成三部分光路，分别为传播所述泵浦激光的出射光路、传播所述脉冲激光的发射光路、用于对所述脉冲激光进行被动锁模的锁模光路；

所述激光器、所述透镜/透镜组、所述凹透镜和所述激光增益介质依次设置而形成所述出射光路；所述激光增益介质、所述凹透镜、所述棱镜/棱镜对和所述输出耦合镜依次设置而形成所述发射光路；所述激光增益介质、所述第一凹面反射镜、所述第二凹面反射镜、所述锁模器件依次设置而形成所述锁模光路。

优选的，所述凹透镜的两侧面均镀有对应所述泵浦激光的波长所在波长范围的高透膜，所述凹透镜的内侧面镀有对应所述脉冲激光的波长所在波长范围的高反膜；

所述激光增益介质上对应所述出射光路和所述发射光路的一侧面镀有对应所述泵浦激光的波长所在波长范围的增透膜和对应所述脉冲激光的波长所在波长范围的高反膜，所述激光增益介质上对应所述锁模光路的一侧面镀有对应所述脉冲激光的波长所在波长范围的增透膜；

所述第一凹面反射镜的内侧面和所述第二凹面反射镜的内侧面均镀有对应所述泵浦激光的波长所在波长范围的高反膜和对应所述脉冲激光的波长所在波长范围的高反膜。

优选的，所述激光发生器号包括设置于所述棱镜/棱镜对与所述输出耦合镜之间的滤波元件。

优选的，所述激光器为调谐激光器。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明能够实现飞秒锁模脉冲或双波长皮秒锁模脉冲输出，解决了高功率飞秒激光脉冲的产生问题和锁模不稳定的问题。

附图说明

附图1为本发明的激光器的系统结构示意图。

以上附图中：1、激光器；2、透镜/透镜组；3、凹透镜；4、激光增益介质；5、第一凹面反射镜；6、第二凹面反射镜；7、锁模器件；8、第一棱镜；9、第二棱镜；10、输出耦合镜。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例：

一种应用于激光发生装置中的激光增益介质4，采用钕和缓冲离子共掺氟化钙晶体。钕和缓冲离子共掺的氟化物晶体不仅有着较大的发射界面，而且具有很好的导热性，在用于高功率飞秒激光工作物质方面有显著优势。特别的，钕和缓冲离子共掺氟化钙晶体为钕镥共掺氟化钙晶体（caf2:nd³⁺，lu³⁺）。钕镥共掺氟化钙晶体（caf2:nd³⁺，lu³⁺）具有双活性部位，可利用两种不同波长的泵浦激光，分别实现飞秒锁模脉冲或双波长皮秒锁模脉冲输出。钕镥共掺氟化钙晶体（caf2:nd³⁺，lu³⁺）中，钕的质量百分比为0.5%，镥的质量百分比为5%，或者钕的质量百分比为0.5%，镥的质量百分比为12%。钕和缓冲离子共掺氟化钙晶体/钕镥共掺氟化钙晶体（caf2:nd³⁺，lu³⁺）采用丘克拉斯基法生长而成，相对于[1,1,1]晶轴切割成双布诺斯特角（布氏角）。

一种应用于激光发生装置中的锁模器件7，采用可饱和吸收体，如alas/gaas可饱和吸收镜或石墨烯可饱和吸收镜。

基于上述采用钕和缓冲离子共掺氟化钙晶体，尤其是钕镥共掺氟化钙晶体（caf2:nd³⁺，lu³⁺）作为激光增益介质4的方案，采用可饱和吸收体作为锁模器件7的方案，设计以下激光发生装置：

该激光发生装置包括激光器1、激光增益介质4、锁模器件7。其中，激光器1为调谐激光器，激光增益介质4采用钕和缓冲离子共掺氟化钙晶体，锁模器件7采用可饱和吸收体。进一步的，激光增益介质4采用钕镥共掺氟化钙晶体（caf2:nd³⁺，lu³⁺）。对于该钕镥共掺氟化钙晶体（caf2:nd³⁺，lu³⁺），当钕的质量百分比为0.5%，镥的质量百分比为5%，或者钕的质量百分比为0.5%，镥的质量百分比为12%时即可满足需求。在该激光发生装置中，由激光器1出射的泵浦激光激发激光增益介质4，即钕镥共掺氟化钙晶体（caf2:nd³⁺，lu³⁺）上对应的活性部位后，形成两个波长的脉冲激光，锁模器件7对脉冲激光实现被动锁模。通常泵浦激光的波长范围为780-800nm，而脉冲激光的波长范围为1000-1070nm。

此外，该激光发生装置还包括透镜/透镜组2、凹透镜3、第一凹面反射镜5，第二凹面反射镜6、棱镜/棱镜对、输出耦合镜10，它们与激光器1、激光增益介质4、锁模器件7共同构成的折叠腔锁模激光系统如附图1所示。本实施例中，棱镜/棱镜对采用包括第一棱镜8和第二棱镜9组成的棱镜对。

在该激光发生装置中，形成三部分光路，分别为传播泵浦激光的出射光路、传播脉冲激光的发射光路、用于对脉冲激光进行被动锁模的锁模光路。从而激光器1、透镜/透镜组2、凹透镜3和激光增益介质4依次设置而形成出射光路。激光增益介质4、凹透镜3、棱镜/棱镜对和输出耦合镜10依次设置而形成发射光路。激光增益介质4、第一凹面反射镜5、第二凹面反射镜6、锁模器件7依次设置而形成锁模光路。

结合附图1中所示的方位进一步说明，透镜/透镜组2设置于激光器1的左侧，凹透镜3设置于透镜/透镜组2的左侧，且凹透镜3的两侧面——平面和凹面分别位于右侧和左侧，其中的凹面为凹透镜3的内侧面，激光增益介质4设置于凹透镜3左侧。则由调谐激光器1出射的泵浦激光经过透镜/透镜组2以及凹透镜3耦合后，照射到钕镥共掺氟化钙晶体（caf2:nd³⁺，lu³⁺）的右侧面，形成传播泵浦激光的出射光路。

棱镜/棱镜对设置于凹透镜3的左下方，输出耦合镜10设置于棱镜/棱镜对的左下方。则由钕镥共掺氟化钙晶体（caf2:nd³⁺，lu³⁺）产生的脉冲激光经过凹透镜3的内侧面反射后，再经由输出耦合镜10输出，从而形成传播脉冲激光的发射光路。因此，激光增益介质4，即钕镥共掺氟化钙晶体（caf2:nd³⁺，lu³⁺）的右侧面，即为其对应出射光路和发射光路的一侧面。输出耦合镜10作为激光输出镜，其对于脉冲激光的透过率小于2%。

第一凹面反射镜5设置于激光增益介质4的左侧，第二凹面反射镜6设置于第一凹面反射镜5的由下方，锁模器件7设置于第二凹面反射镜6的左下方。则激光依次经由激光增益介质4、第一凹面反射镜5和第二凹面反射镜6的反射以及输出耦合镜10而实现锁模。激光增益介质4，即钕镥共掺氟化钙晶体（caf2:nd³⁺，lu³⁺）的左侧面，即为其对应锁模光路一侧面。

进一步的，该激光发生装置中还设置有若干增透膜、高反膜，具体包括：凹透镜3的两侧面均镀有对应泵浦激光的波长所在波长范围（780-800nm）的高透膜，凹透镜3的内侧面镀有对应脉冲激光的波长所在波长范围（1000-1070nm）的高反膜。激光增益介质4上对应出射光路和发射光路的一侧面镀有对应泵浦激光的波长所在波长范围（780-800nm）的增透膜和对应脉冲激光的波长所在波长范围（1000-1070nm）的高反膜，激光增益介质4上对应锁模光路的一侧面镀有对应脉冲激光的波长所在波长范围（1000-1070nm）的增透膜。第一凹面反射镜5的内侧面和第二凹面反射镜6的内侧面均镀有对应泵浦激光的波长所在波长范围（1000-1070nm）的高反膜和对应脉冲激光的波长所在波长范围（1000-1070nm）的高反膜。

上述方案中，球面镜（包括第一凹面反射镜5和第二凹面反射镜6）倾斜放置用于补偿激光增益介质4的晶体布氏角带来的像散。第一棱镜8和第二棱镜9构成的棱镜对用以补偿腔内色散。

实例1：

调谐激光器1的出射激光波长为797nm，激光晶体caf2:nd³⁺,lu³⁺上的nl2活性部位被激发，可实现1054nm和1059nm的同步皮秒锁模脉冲输出，并形成周期为thz的拍频调制输出。

实例2：

调谐激光器1的出射激光波长为791nm，激光晶体caf2:nd³⁺,lu³⁺上的nl1活性部位被激发，可实现1048nm和1061nm的非同步飞秒锁模脉冲输出。还可以在棱镜/棱镜对与输出耦合镜10之间，即第二棱镜9和输出耦合镜10间放入滤波元件，可实现单一的1048nm或1061nm的飞秒锁模激光脉冲输出。

由以上两个实例可以看出，上述激光发生装置，可以同时实现同步锁模双波长皮秒脉冲输出，以及双波长非同步飞秒脉冲输出。

以上方案的优点在于：

1、用钕镥共掺氟化钙晶体替代掺钕晶体和掺yb³⁺氟化物晶体，不仅有着较大的发射界面，而且具有很好的导热性，能够实现稳定的锁模超短脉冲激光输出。

2、钕镥共掺氟化钙晶体具有双活性部位，可利用两种不同波长的泵浦光，分别实现飞秒脉冲或双波长锁模脉冲输出。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。