一种用于保障微片激光器频率稳定性的装置及方法与流程

本发明属于固体激光技术领域，尤其是涉及一种用于保障微片激光器频率稳定性的装置及方法。

背景技术：

微片激光器具有全固化、体积小、结构简单、适合批量化生产的特点，可以获得线偏振、脉冲频率可调、光束质量好、发散角小、脉冲幅度稳定、波长可选的激光。在许多领域得到了广泛应用，具有很高的性价比。

如公开号为cn110854658a的中国专利文献公开了高重复频率1.5um人眼安全调q微片激光器，其包括依序设置的半导体泵浦源；耦合系统；第一腔镜；增益介质；调q晶体；第二腔镜；其中泵浦源发射的泵浦光，经耦合系统和第一腔镜，进入到增益介质，增益介质激发的光被调q晶体部分吸收，在由第一腔镜和第二腔镜组成的激光腔内形成了调q脉冲激光振荡输出。

公开号为cn107528202a的中国专利文献公开了一种微片激光器，包括：泵浦源，具有一个激光输出端，光束变换聚焦装置，具有一个准直透镜和一个同轴设置的聚焦透镜，以及激光介质；光束变换聚焦装置相对所述泵浦源和激光介质的轴向间距可调节地设置于两者之间，激光输出端输出的激光光束顺次经过所述准直透镜和所述聚焦透镜进入所述激光介质中。

由于微片激光器采用被动调q的方式工作，相较于主动调q，由于没有外加调q电源，其频率稳定性较差，无法满足在需要精确时间时序方面的应用，这成为制约微片激光器发展的重要因素。而造成频率稳定性较差的主要因素包括模式间的竞争、横模之间的拍频以及连续抽运功率的稳定性；同时，输出激光频率与泵浦功率相关，更大的泵浦功率会导致脉冲频率变得更加不稳定，从而难以获得某些应用需要的稳定频率。

技术实现要素：

针对现有微片激光器频率稳定性差的不足，本发明提供了一种用于保障微片激光器频率稳定性的装置。

一种用于保障微片激光器频率稳定性的装置，包括沿光路顺次布置的连续泵浦源、第一准直透镜、光束耦合透镜和微片，还包括脉冲光纤泵浦源和第二准直透镜，所述的第一准直透镜和光束耦合透镜之间设有偏振分光棱镜；所述脉冲光纤泵浦源出射激光时，激光光束依次经过第二准直透镜、偏振分光棱镜和光束耦合透镜后会聚到微片上。

本发明的装置，通过在连续泵浦的基础上叠加频率可控的脉冲泵浦光，可实现对微片激光器的自调q可控脉冲输出，从而保证输出激光频率的稳定性及可调节性。

所述连续光纤泵浦源的输出功率可调，可以输出100mw到2w的808nm激光。

所述连续光纤泵浦源的输出光纤可以为单模光纤或者多模光纤，单模光纤芯径为6-10μm，多模光纤芯径为100-400μm。

所述脉冲光纤泵浦源的输出光纤是单模保偏光纤，输出功率可调，用于输出10mw到100mw的808nm激光；输出的激光脉冲频率从1khz到500khz调谐。

所述的偏振分光棱镜用于对808nm波长激光进行分光，对于p光的透过率＞95％，对于s光的透过率＜1％，对于s光的反射率＞99％，对于p光的反射率＜5％。

所述的第一准直透镜与光束耦合透镜相互配合，将连续光纤泵浦源输出的激光聚焦在微片上，焦点处的光斑直径为20μm～80μm；所述的第二准直透镜与光束耦合透镜相互配合，将脉冲光纤泵浦源输出的激光聚焦在微片上，焦点处的光斑直径与连续泵浦光的光斑直径相等。

所述的微片由可饱和吸收体和掺杂钕离子的钒酸钇晶体构成，通过在微片两端镀膜，使整个微片形成一个谐振腔，可以吸收808nm的泵浦光，并发射1064nm的激光。

本发明还提供了一种利用上述装置保障微片激光器频率稳定性的方法，包括以下步骤：

(1)缓慢增加连续光纤泵浦源的输出功率，使得微片介质中的反转粒子数接近激光振荡的阈值水平；

(2)打开脉冲光纤泵浦源，将泵浦脉冲的重复频率设置为所需要的激光输出频率，缓慢增加脉冲光纤泵浦源的输出功率，使谐振腔内反转粒子数快速超过阈值，介质吸收荧光跳到激发态，谐振腔损耗骤降而q值猛增，腔内光辐射密度急剧增加并瞬间形成激光振荡；在1％～50％的范围内调节泵浦脉冲的占空比，直到获得稳定的调q脉冲激光输出；

(3)输出激光脉冲后，连续光纤泵浦源重新将反转粒子数泵浦到接近阈值的水平，根据需要调谐脉冲光纤泵浦源的脉冲重复频率，为下一个激光脉冲做准备。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过脉冲光纤泵浦源叠加连续光纤泵浦源的方式保障微片激光器激光输出的频率稳定性。

2、本发明通过对脉冲光纤泵浦源的频率和脉冲宽度的控制实现对微片激光器输出脉冲频率和波形的可控操作。

3、本发明的装置结构简单，操作方便。

附图说明

图1为本发明一种用于保障微片激光器频率稳定性的装置结构及光路示意图；

图2为本发明实施例中脉冲泵浦源的调制信号示意图；

图3为本发明实施例中微片激光器输出的100khz激光信号的示意图；

图4为本发明实施例中微片激光器输出的50khz激光信号示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1所示，一种用于保障微片激光器频率稳定性的装置，包括连续泵浦源1、脉冲光纤泵浦源2、偏振分光棱镜3、第一准直透镜4、第二准直透镜5、光束耦合透镜6和微片7。

连续泵浦源1出射的激光光束依次经过第一准直透镜4、偏振分光棱镜3和光束耦合透镜6后汇聚到微片7上；脉冲光纤泵浦源2出射的激光光束依次经过第二准直透镜5、偏振分光棱镜3和光束耦合透镜后汇聚到微片7上。

连续泵浦源1的功率可调，可以输出100mw到2w的808nm激光，输出光纤为单模光纤或者多模光纤，单模光纤芯径为6～10μm，多模光纤芯径为100～400μm。

脉冲光纤泵浦源2的输出光纤是单模保偏光纤，脉冲频率可调，可以从1khz到500khz变化，可以输出10mw到100mw的808nm激光。

第一准直透镜4与光束耦合透镜6以及第二准直透镜5与光束耦合透镜6两两配合达到将两束激光以20μm到80μm的光斑大小会聚到微片。

偏振分光棱镜3可以对808nm波长激光进行分光，对于p光的透过率＞95％，对于s光的透过率＜1％，对于s光的反射率＞99％，对于p光的反射率＜5％。

微片7由可饱和吸收体和掺杂钕离子的钒酸钇晶体构成，可以吸收808nm的泵浦光，并发射1064nm的激光。

实现保障微片激光器频率稳定性的方法步骤如下：

1)先利用连续光纤泵浦源将微片中介质反转粒子数泵浦到接近阈值的水平，此时自发荧光较弱，介质的吸收系数很大而谐振腔的q值很小，不能形成激光振荡；

2)此时，叠加脉冲光纤泵浦源使谐振腔内反转粒子数快速超过阈值，介质吸收荧光跳到激发态，谐振腔损耗骤降而q值猛增，腔内光辐射密度急剧增加并瞬间形成激光振荡，输出激光脉冲；

3)随后腔内光子数和反转粒子数迅速减少，连续泵浦重新将反转粒子数泵浦到接近阈值的水平，为下一个激光脉冲做准备。

实施例

本实施例中，连续泵浦源1是输出波长为808nm的单模保偏光纤耦合半导体激光二极管，输出功率为120mw，光纤芯径10μm。脉冲光纤泵浦源2是输出波长为808nm的单模保偏光纤耦合半导体激光二极管，输出功率为40mw，光纤芯径10μm，脉冲重频为50khz-100khz可调。

偏振分光棱镜3的大小为8×8×8mm，可以对808nm波长激光进行分光，对于p光的透过率＞95％，对于s光的透过率＜1％，对于s光的反射率＞99％，对于p光的反射率＜5％。

第一准直透镜4为非球面透镜，透镜焦距为7.6mm；第二准直透镜5为非球面透镜，透镜焦距为7.6mm；光束耦合透镜6为非球面透镜，透镜焦距为38mm。第一准直透镜4距离光纤端面7.6mm，距离光束耦合透镜6距离为100mm，第二准直透镜5距离光纤端面7.6mm，距离光束耦合透镜6距离为100mm。

微片7为德国batop公司生产，由可饱和吸收体和掺杂钕离子的钒酸钇晶体构成，可以吸收808nm的泵浦光，并发射1064nm的激光，其尺寸大小为3×3×1mm。泵浦光在微片晶体表面的光斑直径大小为50μm。

经实验测量，在本实施例的装置下，通过连续泵浦叠加脉冲泵浦源的方式，保障了微片的输出频率稳定性，在连续泵浦120mw，脉冲泵浦30mw、100khz的情况下，微片输出功率为10mw，频率为100khz。

如图2所示，是脉冲泵浦控制信号的波形，频率为100khz，占空比为50％；在此情况下，得到100khz的稳定脉冲激光输出，如图3所示；通过对脉冲波形控制信号频率的改变，实现对脉冲激光输出频率的改变，如图4所示，得到频率50khz稳定激光脉冲输出。

激光的工作通常可以有连续方式和脉冲方式两种，微片激光器中的泵浦光通常为连续方式工作，本发明的特点是在连续激光上叠加一个微小的脉冲激光。本发明的装置，通过一个偏振分光棱镜，将一束连续泵浦光与一束重复频率和占空比可调的脉冲泵浦光耦合到一起，利用连续泵浦叠加脉冲泵浦的方式，实现对微片激光器脉冲重复频率的稳定可控输出。通过利用本发明的装置及连续泵浦与脉冲泵浦混合的方法既保留微片激光器作为一种被动调q、亚纳秒激光、高峰值功率的微型固体激光器所具有线性偏振、脉冲频率可调、光束质量好、发散角小、脉冲幅度稳定的优点，又通过简单装置改善其由于被动调q的原因，所具有重复频率不稳定的缺点。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。