一种飞秒涡旋激光的产生装置及产生方法与流程

本发明涉及激光，尤其涉及一种飞秒涡旋激光的产生装置及产生方法。

背景技术：

1、涡旋激光(laguerre-gaussian beams，lg)在波前具有相位奇点，表现出甜甜圈形状的强度分布。飞秒涡旋激光被广泛应用于材料加工、光通信、光镊、超分辨显微镜、荧光显微镜等领域。

2、飞秒涡旋激光具有较宽的频谱带宽。为了产生超快光涡旋，所有的光谱分量都需要很好地嵌入它们的相位奇点。传统的利用螺旋相位板和全息图产生飞秒旋涡的方法需要引入校正元件来补偿由超短光脉冲带来的宽频带引起的拓扑电荷色散。离轴泵浦技术，是利用泵浦光与激光传播方向不共轴，在腔内直接产生hg模式，再通过柱面透镜把hg模转换成lg模式，这需要额外的组件，可能会增加群延迟色散到第二脉冲中，并增加了激光系统的复杂性。

3、现有技术中在腔内直接产生飞秒激光的方法有三种：(1)利用特殊设计的腔镜，如腔内光斑缺陷镜片；(2)利用特殊设计的环形泵浦光束，选择性激发不同拓扑荷数的涡旋激光；(3)利用激光晶体的热透镜效应，通过高功率泵浦获得涡旋激光。方法(1)和方法(2)需要在激光系统中附加专门设计的组件，而方法(3)需要高功率泵浦获得强热透镜效应。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种飞秒涡旋激光的产生装置及产生方法，该产生装置利用双离轴泵浦技术，通过改变z型谐振腔的腔长改变hg01模式和hg10模式之间的古依相位，使hg01模式和hg10模式合成lg01模式的涡旋激光，通过半导体可饱和吸收镜锁模，输出飞秒涡旋激光。结构简单，不需要较高的泵浦功率，不需要添加额外组件，减少其他器件带来的色散。

2、根据本发明的一方面，提供了一种飞秒涡旋激光的产生装置，包括：

3、泵浦源和z型谐振腔，所述z型谐振腔包括平面双色镜、激光晶体、至少一个平面反射镜、至少一个凹面反射镜、半导体可饱和吸收镜和平面输出镜，所述激光晶体位于所述平面双色镜和所述平面反射镜之间；

4、所述泵浦源用于输出泵浦光，所述泵浦光经过所述平面双色镜透射后入射至所述激光晶体，激发产生的激光在所述z型谐振腔内单次振荡时两次经过所述激光晶体，且所述激光两次经过所述激光晶体时均与所述泵浦光的光轴具有预设夹角，在所述z型谐振腔内同时产生hg01模式和hg10模式，调整所述z型谐振腔的腔长以使hg01模式和hg10模式合成lg01模式的涡旋激光；

5、所述涡旋激光经过所述半导体可饱和吸收镜锁模，输出飞秒涡旋激光。

6、可选地，还包括泵浦光调节模块，所述泵浦光调节模块位于所述泵浦源和所述平面双色镜之间，所述泵浦光调节模块用于将所述泵浦光会聚至所述激光晶体。

7、可选地，所述泵浦光调节模块包括准直透镜组和聚焦透镜组，所述准直透镜组和所述聚焦透镜组均包括至少一片正透镜，所述准直透镜组用于将所述泵浦光准直后传输至所述聚焦透镜组，所述聚焦透镜组用于将准直后的所述泵浦光会聚至所述激光晶体。

8、可选地，所述准直透镜组和所述聚焦透镜组的透镜表面均镀有对应所述泵浦光的中心波长的增透膜。

9、可选地，所述z型谐振腔包括一个平面反射镜、第一凹面反射镜、第二凹面反射镜和第三凹面反射镜，所述半导体可饱和吸收镜和所述平面输出镜位于所述z型谐振腔的两端，所述z型谐振腔内的激光单次振荡的过程为：

10、所述半导体可饱和吸收镜反射的激光，经过所述第一凹面反射镜反射、所述平面反射镜反射后入射至所述激光晶体，经过所述激光晶体透射后入射至所述平面双色镜反射，再次入射至所述激光晶体，经过所述激光晶体透射后依次经过所述第二凹面反射镜反射、所述第三凹面反射镜反射至所述平面输出镜；或者

11、所述平面输出镜反射的激光，经过所述第三凹面反射镜反射、所述第二凹面反射镜反射后入射至所述激光晶体，经过所述激光晶体透射后入射至所述平面双色镜反射，再次入射至所述激光晶体，经过所述激光晶体透射后依次经过所述平面反射镜反射、所述第一凹面反射镜反射至所述半导体可饱和吸收镜。

12、可选地，调整所述半导体可饱和吸收镜和所述第一凹面反射镜的距离，或者调整所述平面输出镜与所述第三凹面反射镜的距离，以调整所述z型谐振腔的腔长。

13、可选地，所述预设夹角大于或等于2°，小于或等于5°。

14、可选地，所述激光晶体的入射面和出射面均镀有对应所述泵浦光和所述激光的增透膜；

15、所述激光晶体掺杂有钕离子、镱离子、铒离子、铥离子、钬离子中的至少一种。

16、可选地，hg01模式和hg10模式合成lg01模式的涡旋激光时，hg01模式和hg10模式的相位差为的奇数倍。

17、根据本发明的另一方面，提供了一种飞秒涡旋激光的产生方法，包括：

18、泵浦源输出泵浦光，所述泵浦光经过平面双色镜透射后入射至激光晶体；

19、激光晶体吸收所述泵浦光，激发产生的激光在所述z型谐振腔内振荡，其中单次振荡时两次经过所述激光晶体，且所述激光两次经过所述激光晶体时均与所述泵浦光的光轴具有预设夹角；

20、所述激光在所述z型谐振腔内同时产生hg01模式和hg10模式，调整所述z型谐振腔的腔长以使hg01模式和hg10模式合成lg01模式的涡旋激光；

21、所述涡旋激光经过半导体可饱和吸收镜锁模，输出飞秒涡旋激光。

22、本发明实施例提供的一种飞秒涡旋激光的产生装置及产生方法，泵浦源输出的泵浦光经激光晶体吸收后激发产生的激光在z型谐振腔内振荡，振荡经过激光晶体时与泵浦光的光轴具有预设夹角，产生双离轴泵浦，离轴泵浦减少光学元件的损伤和热效应，提高激光器的稳定性和寿命。通过改变z型谐振腔的腔长改变hg01模式和hg10模式之间的古依相位，使hg01模式和hg10模式合成lg01模式的涡旋激光，通过半导体可饱和吸收镜锁模，输出飞秒涡旋激光。结构简单，不需要添加额外组件，直接在谐振腔内产生飞秒涡旋激光，减少其他器件带来的色散。

23、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种飞秒涡旋激光的产生装置，其特征在于，包括泵浦源和z型谐振腔，所述z型谐振腔包括平面双色镜、激光晶体、至少一个平面反射镜、至少一个凹面反射镜、半导体可饱和吸收镜和平面输出镜，所述激光晶体位于所述平面双色镜和所述平面反射镜之间；

2.根据权利要求1所述的飞秒涡旋激光的产生装置，其特征在于，还包括泵浦光调节模块，所述泵浦光调节模块位于所述泵浦源和所述平面双色镜之间，所述泵浦光调节模块用于将所述泵浦光会聚至所述激光晶体。

3.根据权利要求2所述的飞秒涡旋激光的产生装置，其特征在于，所述泵浦光调节模块包括准直透镜组和聚焦透镜组，所述准直透镜组和所述聚焦透镜组均包括至少一片正透镜，所述准直透镜组用于将所述泵浦光准直后传输至所述聚焦透镜组，所述聚焦透镜组用于将准直后的所述泵浦光会聚至所述激光晶体。

4.根据权利要求3所述的飞秒涡旋激光的产生装置，其特征在于，所述准直透镜组和所述聚焦透镜组的透镜表面均镀有对应所述泵浦光的中心波长的增透膜。

5.根据权利要求1所述的飞秒涡旋激光的产生装置，其特征在于，所述z型谐振腔包括一个平面反射镜、第一凹面反射镜、第二凹面反射镜和第三凹面反射镜，所述半导体可饱和吸收镜和所述平面输出镜位于所述z型谐振腔的两端，所述z型谐振腔内的激光单次振荡的过程为：

6.根据权利要求5所述的飞秒涡旋激光的产生装置，其特征在于，调整所述半导体可饱和吸收镜和所述第一凹面反射镜的距离，或者调整所述平面输出镜与所述第三凹面反射镜的距离，以调整所述z型谐振腔的腔长。

7.根据权利要求1所述的飞秒涡旋激光的产生装置，其特征在于，所述预设夹角大于或等于2°，小于或等于5°。

8.根据权利要求1所述的飞秒涡旋激光的产生装置，其特征在于，所述激光晶体的入射面和出射面均镀有对应所述泵浦光和所述激光的增透膜；

9.根据权利要求1所述的飞秒涡旋激光的产生装置，其特征在于，hg01模式和hg10模式合成lg01模式的涡旋激光时，hg01模式和hg10模式的相位差为的奇数倍。

10.一种飞秒涡旋激光的产生方法，其特征在于，由权利要求1～9任一所述的产生装置产生飞秒涡旋激光，所述产生方法包括：

技术总结
本发明公开了一种飞秒涡旋激光的产生装置及产生方法。产生装置包括泵浦源和Z型谐振腔，Z型谐振腔包括平面双色镜、激光晶体、至少一个平面反射镜、至少一个凹面反射镜、半导体可饱和吸收镜和平面输出镜；泵浦源用于输出泵浦光，泵浦光经过平面双色镜透射后入射至激光晶体，激发产生的激光在Z型谐振腔内单次振荡时两次经过激光晶体，且激光两次经过激光晶体时均与泵浦光的光轴具有预设夹角，在Z型谐振腔内同时产生HG<subgt;01</subgt;模式和HG<subgt;10</subgt;模式，调整Z型谐振腔的腔长以使HG<subgt;01</subgt;模式和HG<subgt;10</subgt;模式合成LG<subgt;01</subgt;模式的涡旋激光；涡旋激光经过半导体可饱和吸收镜锁模，输出飞秒涡旋激光。本发明结构简单，不需要添加额外组件。

技术研发人员：高庆港,相宇阳,陈剑,俞胜武
受保护的技术使用者：无锡卓海科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6