掺钕硅酸镓镧自倍频超短脉冲激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种掺钕硅酸镓镧自倍频超短脉冲激光器。
【背景技术】
[0002]硅酸镓镧(La3Ga5S114，简写为LGS)晶体是一种多功能材料，其良好的压电特性、电光特性以及电介质特性已经得到了广泛的应用。作为压电材料，由于其巨大的应用潜力，已成为世界各国的研究热点，其中在声学表面波的应用中，它是为数不多能同时满足多项技术要求的晶体；作为电光材料，其作为电光Q开关在激光器中已经得到广泛应用；作为电介质材料，其优良的特性也引起了广泛关注与研究。在作为激光增益介质方面，钕(Nd)离子掺杂的La3Ga5S114晶体目前已成功实现了连续和调Q脉冲运转。因此，充分挖掘该晶体所具备的功能特性与应用前景具有很重要的意义与价值。
[0003]全固态超短脉冲激光是通过锁模技术获得的脉冲持续时间小于皮秒量级(10_12)超短脉冲激光，它在国防、工业、医疗、以及科研等领域有着极为广泛的应用价值。其中具有高光束质量的稳定可靠的皮秒振荡器可以成为大功率全固态皮秒激光放大器的种子源，是广泛应用的基础。通过倍频效应而产生的红蓝绿超短脉冲激光更是在激光显示与激光成像等领域具有极为重要的意义。
[0004]—般而言,一台激光器往往输出一种特定波长的激光。目前，扩展激光波长范围最常用的办法是使用非线性光学晶体，利用位相匹配技术，通过倍频、和频、差频和参量等效益实现。近年来，也有利用拉曼位移晶体，将激光变换至某些特定波段。这些方法丰富了激光波长，以满足不同方面的需求。激光自倍频晶体(Self-frequency doubling crystal,简称SFD晶体)是一类同时具有激光和非线性效应的复合功能晶体。以激光自倍频晶体制作的全固态激光器具有体积小，调整方便，稳定性高等优点。
[0005]在激光技术领域，通过饱和吸收体(SESAM)实现的被动锁模是获得增益介质超短脉冲振荡器的最主要手段。由于SESAM类似于一个反射镜，用做被动锁模元件时，只能是谐振腔的一个端镜。因此在使用SESAM作为锁模器件的同时，获得单向输出的方法是用晶体作为输出端，这也是目前商用激光器的通常做法。但是，考虑到高功率泵浦时，激光晶体存在热透镜效应，因此用晶体作为输出端的激光器的光束质量不够好，具有较大的发散角。
【发明内容】
[0006]La3Ga5S114晶体作为激光增益介质被广泛使用。本申请的发明人在研究中发现，Nd掺杂La3Ga5S114晶体具有倍频效应，可以作为倍频元件在光倍频过程中使用。由于其既可以作为激光增益介质，又可以作为倍频晶体，可以作为自倍频超短脉冲激光器的激光自倍频晶体。利用其具有倍频效应的特点，本发明的一个目的是要提供一种倍频元件。本发明的另一个目的是要提供Nd离子掺杂的La3Ga5S114晶体作为倍频晶体在光倍频过程中的应用。利用其具有激光自倍频效应的特点，本发明的再一个目的是要提供一种激光自倍频元件。本发明的又一个目的是提供Nd掺杂La3Ga5S114晶体作为激光自倍频晶体在自倍频超短脉冲激光器中的应用。本发明的还一个目的在于提供一种利用Nd掺杂La3Ga5S114晶体作为激光自倍频晶体的自倍频超短脉冲激光器。
[0007]为了实现本发明的一个目的，本发明提供了一种倍频元件，由Nd离子掺杂的La3Ga5S114晶体形成。
[0008]为了实现本发明的另一个目的，本发明提供了 Nd离子掺杂的La3Ga5S11^s体作为倍频晶体在光倍频过程中的应用。
[0009]为了实现本发明的又一个目的，本发明提供了一种激光自倍频元件，由Nd离子掺杂的La3Ga5S114晶体形成。
[0010]为了实现本发明的再一个目的，本发明提供了 Nd离子掺杂的La3Ga5S11^s体作为激光自倍频晶体在自倍频超短脉冲激光器中的应用。
[0011]为了实现本发明的还一个目的，本发明提供了一种自倍频超短脉冲激光器，用于直接输出基频和倍频激光，包括同时作为所述激光器的增益介质和倍频晶体的激光自倍频晶体，其中，所述激光自倍频晶体为Nd离子掺杂的La3Ga5S114晶体。
[0012]在一种实施方式中，本发明的激光器还可以包括:
[0013]泵浦源，用于提供泵浦激光；可选地，所述泵浦源为半导体激光器；
[0014]激光谐振腔，用于获得振荡激光，其中，所述激光自倍频晶体设置在所述激光谐振腔内；以及
[0015]光学聚焦系统，设置在所述泵浦源和所述激光谐振腔之间，用于将泵浦激光成像聚焦到所述激光自倍频晶体上。
[0016]在一种实施方式中，所述激光谐振腔沿光路可以依次包括平面输出镜、第一平凹镜、第二平凹镜、第三平凹镜以及半导体可饱和吸收镜，所述第一平凹镜和所述第二平凹镜曲率相同，凹面相对且共焦设置，所述激光自倍频晶体设置在所述第一平凹镜和所述第二平凹镜的焦点处；所述平面输出镜和所述半导体可饱和吸收镜作为所述激光谐振腔的两个立而镜。
[0017]在一种实施方式中，所述第一平凹镜和所述第二平凹镜的光轴之间可以具有大于O度且小于10度的小角度夹角。
[0018]在一种实施方式中，所述第一平凹镜面向所述泵浦源的侧面可以镀有对泵浦激光增透介质膜，面向所述激光自倍频晶体的一侧可以镀有对泵浦激光增透介质膜以及对振荡激光高反介质膜；所述激光自倍频晶体的面向所述第一平凹镜和所述第二平凹镜的两个端面分别可以镀有对泵浦激光增透介质膜以及对振荡激光增透介质膜；所述第二平凹镜面向所述激光自倍频晶体的一侧可以镀有对泵浦激光增透介质膜以及对振荡激光高反介质膜；所述第三平凹镜面向所述第二平凹镜和所述半导体可饱和吸收镜的一侧可以镀有对振荡激光高反介质膜；所述平面输出镜面向所述第一平凹镜的一侧可以镀有对振荡激光高反介质膜，另一侧可以镀有对振荡激光增透介质膜。
[0019]在一种实施方式中，所述激光自倍频晶体的工作温度可以为10_18°C。
[0020]在一种实施方式中，所述激光自倍频晶体可以为掺杂浓度l%at的Nd离子掺杂的La3Ga5S114 晶体。
[0021]本申请的发明人首次发现La3Ga5S114晶体掺杂钕离子后，作为一种激光晶体，具有激光自倍频效应，并且以此为基础获得了全固态超短脉冲自倍频激光器。与现有技术相t匕，本发明至少具有以下优点:
[0022]I)本发明采用Nd离子掺杂的La3Ga5S114作为增益介质，通过SESAM的被动锁模，输出超短脉冲基频激光，同时无需在腔内或者腔外加入倍频晶体即可实现其自倍频超短脉冲激光直接输出。
[0023]2)本发明用于被动锁模的元件SESAM以及第三凹面镜不需要微调即可实现稳定的连续锁模。打开泵浦激光器电源以及增加功率即可实现锁模运转。
[0024]3)本发明的激光器使用平面镜作为输出端，相比晶体输出端，不会在高功率时因发热而影响稳定性。
[0025]4)本发明的激光器为全固态激光器，泵浦激光可以为体积小的半导体激光器；其次，本发明采用自倍频晶体输出倍频激光，腔内或者腔外无需加入倍频晶体；再者，本发明谐振腔使用元件数量少，谐振腔总长度较短，振荡器的尺寸较为小巧紧凑。
[0026]5)本发明采用的自倍频超短脉冲激光技术，使得谐振腔直接输出皮秒自倍频激光。同时所用激光自倍频晶体为多功能材料，具有很好的交叉应用潜力。在医疗、激光显示与成像、信息传输等领域具有广泛的应用前景。
[0027]6)本发明的激光器具有很好的可操作性与稳定性，结构紧凑小巧、系统简单、成本较低、基频与自倍频超短脉冲激光输出、高重复频率、皮秒量级的脉冲宽度以及高光束质量等优点。
[0028]根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
【附图说明】
[0029]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
[0030]图1是根据本发明一个实施例的自倍频超短脉冲激光器的示意性光路图；
[0031]图2是本发明一个实施例的自倍频超短脉冲激光器输出的倍频激光CCD图像；
[0032]图3是本发明一个实施例的自倍频超短脉冲激光器用光谱仪测得的光谱图；
[0033]图4a和4b分别是本发明一个实施例的自倍频超短脉冲激光器测得的稳定锁模输出的基频和倍频脉冲序列；
[0034]图5是本发明一个实施例的自倍频超短脉冲激光器用强度自相关仪测得的脉冲宽度信号。
【具体实施方式】
[0035]本申请的发明人发现Nd掺杂La3Ga5S114晶体具有激光自倍频效应，利用该性质将其应用到自倍频超短脉冲激光器中。
[0036]本发明的自倍频超短脉冲激光器，采用Nd离子掺杂的La3Ga5S114晶体(以下简写为Nd =LGS晶体)同时作为激光器的增益介质和倍频晶体，能够同时在谐振腔中产生基频和倍频激光并稳定输出。本发明的激光器一般性地可包括泵浦源，光学聚焦系统，以及激光谐振腔，Nd:LGS晶体设置在激光谐振腔中。泵浦源用于提供泵浦激光，光学聚焦系统设置在泵浦源和激光谐振腔之间，用于将泵浦激光成像聚焦到Nd =LGS晶体上。激光谐振腔用于获得振荡激光，Nd =LGS晶体在泵浦激光泵浦下产生激光产生所需的必要粒子数翻转，产生基频光并将部分基频光转换为倍频光。基频光和倍频光在激光谐振腔中振荡，获得稳定的基频和倍频激光输出。
[0037]图1示出了根据本发明一个实施例的自倍频超短脉冲激光器的示意性光路图。如图1所示，激光器一般性地可包括泵浦源(图中未示出)，光学聚焦系统I和激光谐振腔。泵浦源可以选为半导体激光器。激光谐振腔沿光路依次包括平面输出镜7、第一平凹镜2、第二平凹镜4、第三平凹镜5以及半导体可饱和吸收镜6。第一平凹镜2和第二平凹镜4的曲率相同，其凹面相对且焦点重合地设置，组成对称共焦式结构。Nd =LGS晶体3设置在对称共焦式结构的中心(也就是第一平凹镜2和第二平凹镜4共同焦点)处。平面输出镜7和半导体可饱和吸收镜6作为激光谐振腔的两个端镜。其中，第一平凹镜2和第二平凹镜4的光轴之间具有大于O度且小于10度的小角度夹角，这样激光转换效率较高。第一平凹镜2面向泵浦源的侧面镀有对泵浦激光增透介质膜，面向N