d =LGS晶体3的一侧镀有对泵浦激光增透介质膜以及对振荡激光高反介质膜。这里的振荡激光是指从激光谐振腔出射的基频激光和倍频激光。Nd =LGS晶体3的面向第一平凹镜2和第二平凹镜4的两个端面分别镀有对泵浦激光增透介质膜以及对振荡激光增透介质膜。第二平凹镜4面向Nd =LGS晶体3的一侧镀有对泵浦激光增透介质膜以及对振荡激光高反介质膜。第三平凹镜5面向第二平凹镜4的一侧镀有对振荡激光高反介质膜。平面输出镜7面向第一平凹镜2的一侧镀有对振荡激光高反介质膜，另一侧镀有对振荡激光增透介质膜。
[0038]当光学聚焦系统I将泵浦源输出的泵浦激光聚焦在Nd =LGS晶体3上，Nd =LGS晶体3在泵浦激光泵浦下产生激光产生所需的必要粒子数翻转，因为受激辐射的作用，在Nd:LGS晶体3中产生向各个方向发射的基频光。其中，从Nd =LGS晶体3中面向第二平凹镜4的一侧出射的基频光经由第二平凹镜4被反射至第三平凹镜5，第三平凹镜5将基频光聚焦至半导体可饱和吸收镜6，又被半导体可饱和吸收镜6反射至第三平凹镜5，再由第二平凹镜4反射至Nd =LGS晶体3中，继续激励Nd =LGS晶体3产生更多的基频光。从Nd =LGS晶体3中面向第一平凹镜2的一侧出射的基频光经第一平凹镜2反射后入射至平面输出镜7，绝大部分的基频光从平面输出镜7反射经由第一平凹镜2又入射至Nd =LGS晶体3中。这样，基频光在半导体可饱和吸收镜6和平面输出镜7之间来回振荡，并实现稳定锁模，形成超短脉冲激光，并且在振荡的过程中通过Nd =LGS晶体3的倍频效应产生超短脉冲倍频激光。基频光和倍频光的光路如图1中的实线和虚线所示。除了沿光路传播的光外，其他方向的基频光很快逸出激光谐振腔外而不形成振荡。而沿光路传播的基频光和倍频光的光强在Nd:LGS晶体3中传播时则不断增加，从而可在平面输出镜7稳定地连续地输出基频光和倍频光。
[0039]Nd =LGS晶体在泵浦激光泵浦作用下，能够辐射出1314nm，1064nm和904nm的光，并在自倍频作用下分别产生657nm，532nm和452nm的超短脉冲光。下面以运转于1064nm以及自倍频532nm的SESAM被动锁模的超短脉冲Nd =LGS绿光激光器为例，描述本发明的内容。
[0040]该激光器中，泵浦源为北京凯普林公司生产的光纤耦合输出的二极管激光器，泵浦激光的中心波长为808nm，输出功率为2W，光纤芯径为50微米，数值孔径0.22。Nd =LGS晶体3的掺杂浓度为l%at，增益尺寸3X3X8mm3，其被放置在紫铜块上面的晶体夹里面冷却，其温度控制在14°C(温度可以在10-18°C之间)，Nd:LGS晶体3的两端镀有双增透膜，即对泵浦激光增透介质膜(T>98%@808nm)以及对振荡激光增透介质膜(T>99.8%il064nm&532nm)。光学聚焦系统I将光纤输出的二极管激光器泵浦激光成像聚焦到Nd =LGS晶体3上，成像倍率为1:1，焦距为50mm，接口为SMA905标准接口，聚焦后的光斑直径约为50微米。第一平凹镜2的曲率半径R=75mm，镜片面向光学聚焦系统I 一侧面镀有对泵浦激光增透介质膜，透过率大于99.8%，面向Nd =LGS晶体3的一侧镀有对泵浦激光增透介质膜(T>98%@808nm)以及对振荡激光高反介质膜(R>99.8%il064nm&532nm)。第二平凹镜4的曲率半径R=75mm，保证Nd =LGS晶体3上的激光束腰与泵浦光的模式匹配，第二平凹镜4与第一平凹镜2的凹面相对，焦点重合，两者光轴之间的具有5度的小角度夹角。第二平凹镜4的凹面镀有对振荡激光的高反介质膜(R>99.8%il064nm&532nm)。第三平凹镜5为曲率半径为10mm的凹面反射镜，凹面镀有对振荡激光高反介质膜(R>99.8%il064nm&532nm)，用来聚焦半导体可饱和吸收镜6上的振荡光斑，使半导体可饱和吸收镜6工作在饱和状态，保证激光器的稳定锁模。半导体可饱和吸收镜6为商用的SESAM，调制深度4%，中心波长在振荡激光1064nm处，对振荡激光1064nm和532nm高反。平面输出镜7面向激光谐振腔内的一面镀有在振荡激光处输出稱合率为0.5%的介质膜,另一面镀有对振荡激光的增透介质膜(T>99.8%il064nm&532nm)。平面输出镜7和半导体可饱和吸收镜6构成了激光谐振腔的两个端镜。激光谐振腔的腔长为0.86m，对应重复频率173.7MHz。用AB⑶矩阵计算得到Nd:LGS晶体3上的束腰为46 μ m, SESAM上的束腰为60 μ m。
[0041]在平面输出镜7后用棱镜或其他分光镜将基频激光和倍频激光分开，并采用CCD正对着倍频激光出射方向拍摄的倍频激光光斑图像如图2所示。从图2中可以看出激光光斑的光束质量较好。采用光谱仪获得倍频光的光谱图如图3所示，在532nm处有强度很高的脉冲峰值，这直接证实了本发明的激光器能够输出倍频光脉冲。
[0042]在平面输出镜7后用棱镜或其他分光镜将基频激光和倍频激光分开，采用光电探头分别探测基频激光和倍频激光的输出激光脉冲，得到如图4a和4b所示的脉冲序列。其中，图4a和4b中下图的横坐标的最小刻度为微秒，上图的横坐标的最小刻度为纳秒(相当于下图的最小刻度的长度放大16倍)。从图4a的下图可知，该基频激光强度在长时间范围内几乎没有波动，稳定性很好。从图4a的上图可以看到较清晰的序列图，证明被动锁模的基频激光比较稳定。类似地，从图4b的上下图可知输出的倍频激光也很稳定。并且基频激光和倍频激光的序列图中重复频率一致，进一步证明了超短脉冲倍频激光器确实同时产生了基频激光和倍频激光。
[0043]采用强度自相关仪(商用测量仪器)获得的激光自相关信号如图5所示。从该信号中可以得到基频激光脉冲的宽度(半峰全宽)为11皮秒，证明获得激光为超短脉冲激光。
[0044]在本发明中，若需要获得运转于1314nm以及自倍频657nm的SESAM被动锁模的超短脉冲Nd:LGS红光激光器,只需将对振荡激光高反介质膜和对振荡激光的增透介质膜的对应波长设置为1314nm和657nm即可。
[0045]若需要获得运转于904nm以及自倍频452nm的SESAM被动锁模的超短脉冲Nd: LGS蓝光激光器，只需将对振荡激光高反介质膜和对振荡激光的增透介质膜的对应波长设置为904nm 和 452nm 即可。
[0046]本领域技术人员可以理解，除了图1中示出的激光谐振腔外，本发明的激光器还可以采用包含Nd:LGS激光自倍频晶体的不同类型的激光谐振腔。
[0047]至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
【主权项】
1.一种倍频兀件，由Nd尚子惨杂的La3Ga5S114晶体形成。
2.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。
3.一种激光自倍频元件，由Nd离子掺杂的La3Ga5S114晶体形成。
4.Nd离子掺杂的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。
5.一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，其特征在于，所述激光自倍频晶体为Nd离子掺杂的La3Ga5S114晶体。
6.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，还包括: 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； 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 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。
7.根据权利要求5或6所述的激光器，其特征在于，所述激光谐振腔沿光路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端镜。
8.根据权利要求7所述的激光器，其特征在于， 所述第一平凹镜面向所述泵浦源的侧面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镀有对振荡激光闻反介质月旲; 所述平面输出镜面向所述第一平凹镜的一侧镀有对振荡激光高反介质膜，另一侧镀有对振荡激光增透介质膜。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的激光器，其特征在于，所述激光自倍频晶体的工作温度为10-18 °C。
10.根据权利要求5-9中任一项所述的激光器，其特征在于，所述激光自倍频晶体为掺杂浓度l%at的Nd尚子惨杂的La3Ga5S114晶体。
【专利摘要】本发明提供了一种掺钕硅酸镓镧自倍频超短脉冲激光器。所述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，所述激光自倍频晶体为Nd离子掺杂的La3Ga5SiO14晶体。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，可广泛应用于显示、医疗、信息传输、科研等领域，具有很好的应用前景和商业价值。
【IPC分类】H01S3-08, H01S3-098, H01S3-11, H01S3-109, H01S3-16
【公开号】CN104659648
【申请号】CN201310603654
【发明人】魏志义, 刘家兴, 王兆华, 王庆, 张治国
【申请人】中国科学院物理研究所
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月25日