一种长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器的制作方法

本实用新型涉及激光领域，具体涉及一种长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器。

背景技术：

自钛宝石激光器问世以来，激光器直接输出的脉冲宽度在不断地刷新，目前钛宝石激光器直接输出的激光脉冲宽度可达7fs，为2～3个光学周期，称脉冲宽度为几个光学周期的激光脉冲为周期量级激光脉冲。在脉冲宽度小于15fs的周期量级的钛宝石激光器中，由于激光脉冲宽度短，峰值功率较高，增益晶体上功率密度高，长时间运行激光易造成激光晶体损伤。

技术实现要素：

针对以上现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器。

本实用新型的长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器包括：泵浦源、泵浦聚焦透镜、第一和第二啁啾凹面反射镜、端面平面反射镜、输出耦合镜、钛宝石晶体和二维平移台；其中，泵浦源发出泵浦光，经泵浦聚焦透镜汇聚，透过第一啁啾凹面反射镜，聚焦到钛宝石晶体上，提供粒子数反转；第一啁啾凹面反射镜、钛宝石晶体和第二啁啾凹面反射镜位于同一条直线上；第一啁啾凹面反射镜对应长臂，光路的终端为端面平面反射镜，在第一啁啾凹面反射镜与端面平面反射镜之间放置0～5个啁啾平面反射镜；第二啁啾凹面反射镜对应短臂，光路的终端为输出耦合镜，在第二啁啾凹面反射镜与输出耦合镜之间放置0～5个啁啾平面反射镜；短臂的光程小于长臂的光程；第一和第二啁啾凹面反射镜、端面平面反射镜、输出耦合镜以及啁啾平面反射镜构成线性腔，在线性腔中产生激光，最终从输出耦合镜输出；钛宝石晶体放置在二维平移台上，二维平移台控制钛宝石晶体周期性地沿着宽度或高度的方向移动，使得激光和泵浦光的光斑辐照在钛宝石晶体上的位置发生周期性的移动，保证钛宝石晶体不在长时间固定辐照同一位置；并且，通过二维平移台控制钛宝石晶体移动，使得泵浦光的光斑辐照在钛宝石晶体的中心区域，泵浦光的光斑不辐照钛宝石晶体边框的位置；针对不同的激光脉冲宽度，钛宝石晶体移动的周期不同，激光脉冲宽度越短，移动的周期越短；移动的步长大于泵浦光的光斑直径。

在钛宝石激光器中，在钛宝石晶体上，泵浦光与钛宝石振荡光即激光重叠，且在钛宝石晶体上，泵浦光直径大于激光的直径。

第一和第二啁啾凹面反射镜采用高反射率的啁啾凹面反射镜，带宽600～1000nm的反射率大于99％，同时带宽532nm±20nm透过率大于90％。啁啾平面反射镜和端面平面反射镜采用高反射率的啁啾平面反射镜，带宽600～1000nm的反射率大于99％。输出耦合镜为带宽650～1000nm透过率为2％～20％的输出耦合镜。

钛宝石晶体的通光长度为1～4mm。

针对不同的激光脉冲宽度，钛宝石晶体移动的周期不同，激光脉冲宽度为12～15fs，钛宝石晶体一天移动一次；激光脉冲宽度为8～12fs，钛宝石晶体每4～8小时移动一次；激光脉冲宽度为＜8fs，钛宝石晶体每1～3小时移动一次。

泵浦光和激光只辐照在钛宝石晶体的中心区域，保留边框的位置不被辐照，从而保证泵浦光不会射到钛宝石晶体外的区域。边框的宽度为泵浦光的光斑直径的4～6倍。

二维平移台采用电动平移台，移动通过电控移动。

第二啁啾凹面反射镜对应的短臂的光程为0.7～1m。第一啁啾凹面反射镜对应的长臂的光程为1～1.2m。

本实用新型的优点：

本实用新型将钛宝石晶体放置在二维平移台上，通过二维平移台控制钛宝石晶体沿长度或宽度方向移动，使得钛宝石晶体不会在长时间被辐照在同一位置；并且，针对不同的激光脉冲宽度，钛宝石晶体移动的周期不同，激光脉冲宽度越短，移动的周期越短；从而保障长时间运行激光不会对钛宝石晶体造成损伤。

附图说明

图1为本实用新型的长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器的一个实施例的光路图；

图2为本实用新型的长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器的一个实施例的钛宝石晶体的运行轨迹的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，本实施例的长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器包括：泵浦源1、泵浦聚焦透镜2、第一啁啾凹面反射镜7、第二啁啾凹面反射6、端面平面反射镜11、输出耦合镜4、钛宝石晶体3和二维平移台；其中，泵浦源1发出532nm的泵浦光，经泵浦聚焦透镜2汇聚，透过第一啁啾凹面反射镜7，聚焦到钛宝石晶体2上，提供粒子数反转；第一啁啾凹面反射镜7、钛宝石晶体3和第二啁啾凹面反射镜6位于同一条直线上；第一啁啾凹面反射镜对应长臂，光路的终端为端面平面反射镜，在第一啁啾凹面反射镜与端面平面反射镜之间放置第一啁啾平面反射镜8、第二啁啾平面反射镜9和第三平面啁啾平面反射镜10；第二啁啾凹面反射镜6对应短臂，光路的终端为输出耦合镜4，在第二啁啾凹面反射镜与输出耦合镜之间放置第四啁啾平面反射镜5；短臂的光程为0.7～1m。

本实施例中，第一啁啾凹面反射镜7和第二啁啾凹面反射6为带宽600～1000nm反射率大于99.8％，同时带宽532nm±20nm透过率大于90％的凹面啁啾平面反射镜；端面平面反射镜11以及第一至第四啁啾平面反射镜8、9、10和5为带宽600～1000nm反射率大于99.8％的啁啾平面反射镜；输出耦合镜4为带宽650～1000nm透过率2％～20％的输出耦合镜；钛宝石晶体的通光面为4mm×4mm，即钛宝石晶体的高4mm，钛宝石晶体的宽4mm。

如图2所示，钛宝石晶体的通光面为4mm×4mm，因此可让钛宝石晶体沿着高和宽的方向移动，每次移动0.2mm，为泵浦光的光斑直径的二倍，边缘各留1mm，即钛宝石晶体被辐照的中心区域为中心2mm×2mm。通过二维平移台控制钛宝石晶体先沿着宽的方向移动，移动满2mm以后沿着高度方向移动一步，即移动0.2mm，继续沿着宽度方向移动2mm，如此往返蛇形移动，当钛宝石晶体的中心区域完成一次扫描辐照后，钛宝石晶体再沿着原路方向返回移动。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本实用新型，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本实用新型不应局限于实施例所公开的内容，本实用新型要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

技术特征：

1.一种长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器，其特征在于，所述长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器包括：泵浦源、泵浦聚焦透镜、第一和第二啁啾凹面反射镜、端面平面反射镜、输出耦合镜、钛宝石晶体和二维平移台；其中，泵浦源发出泵浦光，经泵浦聚焦透镜汇聚，透过第一啁啾凹面反射镜，聚焦到钛宝石晶体上，提供粒子数反转；第一啁啾凹面反射镜、钛宝石晶体和第二啁啾凹面反射镜位于同一条直线上；第一啁啾凹面反射镜对应长臂，光路的终端为端面平面反射镜，在第一啁啾凹面反射镜与端面平面反射镜之间放置0～5个啁啾平面反射镜；第二啁啾凹面反射镜对应短臂，光路的终端为输出耦合镜，在第二啁啾凹面反射镜与输出耦合镜之间放置0～5个啁啾平面反射镜；短臂的光程小于长臂的光程；第一和第二啁啾凹面反射镜、端面平面反射镜、输出耦合镜以及啁啾平面反射镜构成线性腔，在线性腔中产生激光，最终从输出耦合镜输出；钛宝石晶体放置在二维平移台上，二维平移台控制钛宝石晶体周期性地沿着宽度或高度的方向移动，使得激光和泵浦光的光斑辐照在钛宝石晶体上的位置发生周期性的移动，保证钛宝石晶体不在长时间固定辐照同一位置；并且，通过二维平移台控制钛宝石晶体移动，使得泵浦光的光斑辐照在钛宝石晶体的中心区域，泵浦光的光斑不辐照钛宝石晶体边框的位置；针对不同的激光脉冲宽度，钛宝石晶体移动的周期不同，激光脉冲宽度越短，移动的周期越短；移动的步长大于泵浦光的光斑直径。

2.如权利要求1所述的长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器，其特征在于，所述第一和第二啁啾凹面反射镜采用带宽600～1000nm的反射率大于99％，同时带宽532nm±20nm透过率大于90％的啁啾凹面反射镜。

3.如权利要求1所述的长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器，其特征在于，所述啁啾平面反射镜和端面平面反射镜采用带宽600～1000nm的反射率大于99％的啁啾平面反射镜。

4.如权利要求1所述的长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器，其特征在于，所述输出耦合镜为带宽650～1000nm透过率为2％～20％的输出耦合镜。

5.如权利要求1所述的长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器，其特征在于，所述钛宝石晶体的通光长度为1～4mm。

6.如权利要求1所述的长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器，其特征在于，激光脉冲宽度为12～15fs，钛宝石晶体一天移动一次；激光脉冲宽度为8～12fs，钛宝石晶体每4～8小时移动一次；激光脉冲宽度为＜8fs，钛宝石晶体每1～3小时移动一次。

7.如权利要求1所述的长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器，其特征在于，不辐照钛宝石晶体边框的宽度为泵浦光的光斑直径的4～6倍。

8.如权利要求1所述的长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器，其特征在于，所述二维平移台采用电动平移台，移动通过电控移动。

9.如权利要求1所述的长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器，其特征在于，所述第二啁啾凹面反射镜对应的短臂的光程为0.7～1m。

10.如权利要求1所述的长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器，其特征在于，所述第一啁啾凹面反射镜对应的长臂的光程为1～1.2m。

技术总结
本实用新型公开了一种长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器。本实用新型的长寿命周期量级脉宽钛宝石飞秒激光器包括：泵浦源、泵浦聚焦透镜、第一和第二啁啾凹面反射镜、端面平面反射镜、输出耦合镜、钛宝石晶体和二维平移台；本实用新型将钛宝石晶体放置在二维平移台上，通过二维平移台控制钛宝石晶体沿长度或宽度方向移动，使得钛宝石晶体不会在长时间被辐照在同一位置；并且，针对不同的激光脉冲宽度，钛宝石晶体移动的周期不同，激光脉冲宽度越短，移动的周期越短；从而保障长时间运行激光不会对钛宝石晶体造成损伤。

技术研发人员：李汉明
受保护的技术使用者：北京明睿光谱科技有限公司
技术研发日：2019.12.19
技术公布日：2020.06.02