專利名稱：產(chǎn)生高重復(fù)頻率周期量級飛秒脈沖的摻鈦藍(lán)寶石激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生激光的裝置，具體涉及一種產(chǎn)生高重復(fù)頻率周 期量級飛秒脈沖的摻鈦藍(lán)寶石激光器。
背景技術(shù)：
在激光技術(shù)研究中，超短脈沖激光作為人類所能控制的時(shí)間極限標(biāo) 志及其在微觀世界揭示物質(zhì)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)的獨(dú)特特性， 一直是最熱門的激 光研究內(nèi)容之一，其應(yīng)用研究滲透到物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、通訊等學(xué) 科的最前沿課題，并進(jìn)而導(dǎo)致了許多新學(xué)科，如強(qiáng)場物理、飛秒化學(xué)、
超高速大容量光通訊等學(xué)科的形成和發(fā)展。采用KLM(Kerr Lens Modelocking)技術(shù)的摻鈦藍(lán)寶石激光振蕩器(文獻(xiàn)1, D.E.Spence, P.N.Kean， W.Sibbert;OptLett.Vo1.1^42 (1991)),以其結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性 好，輸出脈沖脈寬窄等優(yōu)點(diǎn)成為科學(xué)研究的有力工具，但在許多應(yīng)用研 究領(lǐng)域，如光頻梳、泵浦探測、阿秒激光的產(chǎn)生、激光脈沖的相干合成 往往需要周期量級和(或)高重復(fù)頻率的飛秒激光脈沖。因此，追求高 重復(fù)頻率周期量級飛秒激光技術(shù)及實(shí)用器件裝置，是具有重要意義的內(nèi) 容。
目前，能夠產(chǎn)生周期量級脈沖的激光器通'常結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元器件較多， 重復(fù)頻率低，輸出功率低，而且重要元器件大多由自己設(shè)計(jì)制作。例如 MIT產(chǎn)生5fs激光脈沖的工作(文獻(xiàn)2; U. Morgner et al， Opt丄ett,24， 4i 1， (1999)),采用自行設(shè)計(jì)的雙啁嗽鏡片，重復(fù)頻率在90MHz。輸出平均功 率200mW。奧地利Femtolaser^^司的Rainbow (http:〃www.femtolasers. com/)超短激光器脈寬短于7fs，但是腔內(nèi)元件多，包括輸出鏡在內(nèi)有8 片鏡片，且重復(fù)頻率為80MHz。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)⒏咧貜?fù)頻率和短脈寬兩方面結(jié)合起來，可以在降低元器件的要求，簡化腔結(jié)構(gòu) 的同時(shí)使激光穩(wěn)定性得以大大提高的高重復(fù)頻率激光器，它能夠滿足頻 梳所需要的高重復(fù)頻率、寬帶寬等要求。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種產(chǎn)生高重復(fù)頻率周期量級飛秒脈 沖的摻鈦藍(lán)寶石激光器，包括一個(gè)聚焦透鏡， 一個(gè)激光增益晶體，兩個(gè) 平凹寬帶啁啾全反鏡，分別為第一平凹寬帶啁啾全反鏡、第二平凹寬帶 啁啾全反鏡，兩對小角度寬帶平面啁啾全反鏡，分別為第一小角度寬帶 平面啁啾全反鏡、第二小角度寬帶平面啁啾全反鏡、第三小角度寬帶平 面啁啾全反鏡、第四小角度寬帶平面啁啾全反鏡， 一對小角度尖劈，一
個(gè)寬帶低色散薄輸出鏡；所述聚焦透鏡用來將入射光束聚焦于所述增益
晶體中心；所述增益晶體以布儒斯特角分別放置在平凹啁啾全反鏡的共
同焦點(diǎn)上；所述第一小角度寬帶平面啁啾全反4細(xì)來將第二平凹寬帶啁 啾全反鏡反射的光線反射到第二小角度寬帶平面啁啾全反鏡并使光線沿 原路返回；所述一對小角度尖劈位于第一小角度寬帶平面啁啾全反鏡與 第二小角度寬帶平面啁啾全反鏡的光路之間，以布儒斯特角放置，用來 精確調(diào)節(jié)腔內(nèi)色散；所述寬帶低色散薄輸出4M于使由第一平凹寬帶啁 啾全反4tX射的光線一部分透射到第四小角度寬帶平面啁啾全反鏡，其 余沿原路反射回第一平凹寬帶啁啾全反鏡；第三小角度寬帶平面啁啾全 反鏡與第四小角度寬帶平面啁啾全反鏡平行放置，與第四小角度寬帶平 面啁，秋全反鏡一起對由寬帶低色散薄輸出鏡透射的光線進(jìn)行壓縮脈沖。
進(jìn)一步，所述聚焦透鏡的焦距為50mm, 口徑為25.4mm;所述增益 晶體為布儒斯特角切割的摻鈥藍(lán)寶石晶體，尺寸為3x2.8xl.85mm;平凹 寬帶啁褲大全反鏡為曲率半徑為50mm, 口徑為12.7mm，厚度為6.35mm 的熔石英玻璃，凹面鍍有對503—535nm波4爻增透及700~950nm波段高 反的雙色介質(zhì)膜，且提供680^940nrn波段二階色散(GVD) -50fs2，背 面鍍有503—535nm波段的增透膜；所述小角度寬帶平面啁啾全反鏡為厚 度6.35mm, 口徑為25.4mm的熔石英基片，第一、第二小角度寬帶平面 啁啾全反鏡鍍有對650—980nm波段高反，650~980nm波段提供二階色散 -40fs2，第三、第四小角度寬帶平面啁啾全反鏡鍍有580—1020nm波4殳高 反，620~1000nm波段提供二階色散-50fs 所述小角度尖劈為尺寸 30x20mm,角度2。48，，最薄處200pm的熔石英基片；所述寬帶低色散薄輸出鏡為口徑12.7mm，厚度為lmm的熔石英基片，鍍有660—920nm 波段內(nèi)透過率為10%的介質(zhì)膜。
進(jìn)一步，所述增益晶體通光長度1.85mm,所述寬帶低色散薄輸出鏡 厚度為lmm。
進(jìn)一步，所述小角度尖劈通過步進(jìn)電機(jī)來調(diào)節(jié)尖劈插入量。 本發(fā)明僅用5片鏡片， 一塊增益晶體組成諧振腔，且所有鏡片采用 商用即可，解決了此前必須采用特殊啁啾鏡的限制。由于采用元器件減 少，使得腔結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。在5W的泵浦激光下，可獲得平均功率大于 500mW的輸出，典型脈寬可小于8fs,重復(fù)頻率可達(dá)350MHz,光譜覆蓋 范圍600-1000nm。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊小巧(尺寸400x250mm),鎖模調(diào)節(jié) 簡單容易。其高重復(fù)頻率以及周期量級脈寬特性為差頻光梳提供了一個(gè)
可靠的光源。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明 圖1為本發(fā)明一種產(chǎn)生高重復(fù)頻率周期量級飛秒脈沖的摻鈥藍(lán)寶石 激光器的原理圖2為用光鐠儀測量得到的由本發(fā)明激光器產(chǎn)生的激光脈沖的光譜
涉自相關(guān)曲線。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:
如圖1所示，本發(fā)明提供一種產(chǎn)生高重復(fù)頻率周期量級飛秒脈沖的 摻鈦藍(lán)寶石激光器，包括一個(gè)聚焦透鏡l, 一個(gè)激光增益晶體2，兩個(gè)平 凹寬帶啁嗽全反鏡，分別為第一平凹寬帶啁畔大全反鏡3、第二平凹寬帶啁 啾全反鏡4，兩對小角度寬帶平面啁啾全反鏡，分別為第一小角度寬帶平 面啁啾全反鏡5、第二小角度寬帶平面啁啾全反鏡6、第三小角度寬帶平 面啁啾全反鏡7、第四小角度寬帶平面啁啾全反鏡8， 一對小角度熔石英 尖劈，分別為第一尖劈9、第二尖劈IO， 一個(gè)寬帶低色散薄輸出鏡ll,一個(gè)底板。
第一平凹寬帶啁啾全反鏡3、第二平凹寬帶啁嗽全反鏡4、第一小角 度寬帶平面啁啾全反鏡5、第二小角度寬帶平面啁啾全反鏡6及寬帶低色 散薄輸出鏡11構(gòu)成了諧振腔。第三小角度寬帶平面啁啾全反4竟7、第四 小角度寬帶平面啁啾全反鏡8構(gòu)成腔外壓縮。
根據(jù)不同需要，諧振腔可以選擇第二小角度寬帶平面啁嗽全反鏡6 或?qū)拵У蜕⒈≥敵鲧R11做為輸出鏡。
元件的具體參數(shù)如下底板尺寸為400x250mm,聚焦透鏡l的焦距 為50mm, 口徑為25.4mm;激光增益晶體2為布儒斯特角切割的摻鈦藍(lán) 寶石晶體，尺寸為3x2.8x1.85mm;第一平凹寬帶啁啾全反鏡3、第二平 凹寬帶啁嗽全反鏡4為曲率半徑為50mm, 口徑為12.7mm，厚度為6.35mm 的熔石英玻璃，凹面鍍有對503—535nm波段增透及700—950nm波段高 反的雙色介質(zhì)膜，且提供680—940nm波段二階色散GVD-50fs2,背面鍍 有503—535nm波段的增透膜；四個(gè)小角度寬帶平面啁啾全反鏡均為厚度 6.35mm, 口徑為25.4mm的熔石英基片，第一小角度寬帶平面啁嗽全反 鏡5、第二小角度寬帶平面啁啾全反鏡6鍍有對650—980nm波段高反介 質(zhì)膜，650""980nm波段提供二階色散-40fs2。第三小角度寬帶平面啁啾全 反鏡7、第四小角度寬帶平面啁啾全反鏡8鍍有580—1020nm波段高反介 質(zhì)膜，620—1000nm波辜殳提供二階色散-50fs2。小角度尖劈9, 10為 30x20mm,角度為2°48，，最薄處為200nm的熔石英基片。寬帶低色散 薄輸出鏡11為口徑12.7mm,厚度為lmm的熔石英基片，鍍有660~920nm 波段內(nèi)透過率為10%的介質(zhì)膜。
全部元件安裝在底板上，整個(gè)激光振蕩光路^^i反的高度為6cm。
具體安裝要求如下
將聚焦透鏡1置于可調(diào)節(jié)升降及左右位置的調(diào)節(jié)架上，并將調(diào)節(jié)架 置于40x40的平移臺上。激光增益晶體2位于可調(diào)節(jié)俯仰及角度的晶體 調(diào)節(jié)架及水平旋轉(zhuǎn)臺上。調(diào)節(jié)架的兩端用橡膠管接入水冷循環(huán)，旋轉(zhuǎn)晶 體以布儒斯特角分別放置在第一平凹寬帶啁啾全反鏡3、第二平凹寬帶啁 啾全反鏡4的共同焦點(diǎn)上。聚焦透鏡1的位置調(diào)節(jié)保證泵浦激光剛好聚 焦于激光增益晶體2中心。將小角度寬帶平面啁啾全反鏡5， 6, 7， 8及 寬帶低色散薄輸出鏡ll分別放置于二維可調(diào)的微調(diào)鏡架上。第一小角度寬帶平面啁啾全反鏡5及其調(diào)節(jié)架放置在40x40的平移臺上。小角度尖 劈9， 10置于二維可調(diào)的微調(diào)鏡架上，第一小角度尖劈9及其鏡架由步 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以便于在不打開器件外殼的情況下可以調(diào)節(jié)尖劈插入量。 調(diào)節(jié)尖劈，使得其以布儒斯特角放置。
調(diào)節(jié)第二小角度寬帶平面啁啾全反鏡6和寬帶低色散薄輸出鏡11， 使入射光線沿原路返回，可實(shí)現(xiàn)鈦寶石激光的連續(xù)振蕩。進(jìn)一步優(yōu)化泵 浦光的聚焦透鏡l、第一平凹寬帶啁啾全反鏡3、第二平凹寬帶啁啾全反 鏡4和激光增益晶體2位置，可以實(shí)現(xiàn)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)。激光從連續(xù)到鎖膜的 跳躍可借助第一小角度寬帶平面啁啾全反鏡5的縱向運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。
在實(shí)現(xiàn)鎖模的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)尖劈的插入量，并微調(diào)第一平凹寬帶啁 啾全反鏡3及激光增益晶體2的位置以便輸出光語最寬。
如圖2所示，從用光譜儀測量得到的由本發(fā)明激光器產(chǎn)生的激光脈 沖的光譜曲線可以看出其覆蓋了從600nm 1050nm的超寬光譜范圍。
如圖3所示，用干涉自相關(guān)儀測得的由本發(fā)明激光器產(chǎn)生的激光脈 沖的干涉自相關(guān)曲線，顯示脈沖寬度小于8fs，對應(yīng)約3個(gè)光學(xué)振蕩周期。
本發(fā)明所提出的一種產(chǎn)生高重復(fù)頻率周期量級飛秒脈沖的摻鈦藍(lán)寶 石激光器與傳統(tǒng)的飛秒激光器相比，無需棱鏡對補(bǔ)償色散，而是采用啁 啾鏡鎖模補(bǔ)償色散。另外，本發(fā)明所使用的元件均是商用可購得到的， 與其他同類裝置中鏡片需自行設(shè)計(jì)鍍膜相比，這有利于該類激光系統(tǒng)的 批量生產(chǎn)和推廣。歸結(jié)起來，本發(fā)明的主要特點(diǎn)有
1、 重復(fù)頻率高，可達(dá)350MHz。
2、 脈寬短，可達(dá)8fs以下。
3、 由于本發(fā)明的脈寬短，光譜寬，可用于差頻頻#<。
4、 使用鏡片均是進(jìn)口和國內(nèi)生產(chǎn)的商用鏡片。
8
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生高重復(fù)頻率周期量級飛秒脈沖的摻鈦藍(lán)寶石激光器，其特征在于，包括一個(gè)聚焦透鏡，一個(gè)激光增益晶體，兩個(gè)平凹寬帶啁啾全反鏡，分別為第一平凹寬帶啁啾全反鏡、第二平凹寬帶啁啾全反鏡，兩對小角度寬帶平面啁啾全反鏡，分別為第一小角度寬帶平面啁啾全反鏡、第二小角度寬帶平面啁啾全反鏡、第三小角度寬帶平面啁啾全反鏡、第四小角度寬帶平面啁啾全反鏡，一對小角度尖劈，一個(gè)寬帶低色散薄輸出鏡；所述聚焦透鏡用來將入射光束聚焦于所述增益晶體中心；所述增益晶體以布儒斯特角分別放置在平凹啁啾全反鏡的共同焦點(diǎn)上；所述第一小角度寬帶平面啁啾全反鏡用來將第二平凹寬帶啁啾全反鏡反射的光線反射到第二小角度寬帶平面啁啾全反鏡并使光線沿原路返回；所述一對小角度尖劈位于第一小角度寬帶平面啁啾全反鏡與第二小角度寬帶平面啁啾全反鏡的光路之間，以布儒斯特角放置，用來精確調(diào)節(jié)腔內(nèi)色散；所述寬帶低色散薄輸出鏡用于使由第一平凹寬帶啁啾全反鏡反射的光線一部分透射到第四小角度寬帶平面啁啾全反鏡，其余沿原路反射回第一平凹寬帶啁啾全反鏡；第三小角度寬帶平面啁啾全反鏡與第四小角度寬帶平面啁啾全反鏡平行放置，與第四小角度寬帶平面啁啾全反鏡一起對由寬帶低色散薄輸出鏡透射的光線進(jìn)行壓縮脈沖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的產(chǎn)生高重復(fù)頻率周期量級飛秒脈沖的摻鈦藍(lán)寶 石激光器，其特征在于，所述聚焦透鏡的焦距為50mm， 口徑為 25.4mm;所述增益晶體為布儒斯特角切割的摻鈦藍(lán)寶石晶體，尺寸為 3x2.8xl.85mm;平凹寬帶啁嗽全反鏡為曲率半徑為50mm, 口徑為 12.7rmn,厚度為6.35mm的熔石英玻璃，凹面鍍有對503—535nm波 段增透及700—950nm波段高反的雙色介質(zhì)膜，且提供680—940nm波 段二階色散(GVD)-50fs2,背面鍍有503—535nm波段的增透膜；所 述小角度寬帶平面啁嗽全反鏡為厚度6.35mm， 口徑為25.4mm的熔石 英基片，第一、第二小角度寬帶平面啁啾全反鏡鍍有對650^98Qnm 波段高反，650—980nm波段提供二階色散-40fs2，第三、第四小角度 寬帶平面啁嗽全反鏡鍍有580~1020nm波段高反，620~1000nm波段提供二階色散-50fs人所述小角度尖劈為尺寸30x20mm,角度2。48'， 最薄處20(Him的熔石英基片；所述寬帶低色散薄輸出鏡為口徑 12.7mm，厚度為lmm的熔石英基片，鍍有660~920nm波l殳內(nèi)透過率 為10%的介質(zhì)膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生高重復(fù)頻率周期量級飛秒脈沖的摻鈦藍(lán)寶 石激光器，其特征在于，所述增益晶體通光長度1.85mm，所述寬帶 低色散薄輸出IW度為lmm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的產(chǎn)生高重復(fù)頻率周期量級飛秒脈沖的摻鈦藍(lán)寶 石激光器，其特征在于，所述小角度尖劈通過步進(jìn)電機(jī)來調(diào)節(jié)尖劈插 入量。
全文摘要
本發(fā)明公開一種產(chǎn)生高重復(fù)頻率周期量級飛秒脈沖的摻鈦藍(lán)寶石激光器，包括一個(gè)聚焦透鏡，一個(gè)激光增益晶體，兩個(gè)平凹寬帶啁啾全反鏡，分別為第一平凹寬帶啁啾全反鏡、第二平凹寬帶啁啾全反鏡，兩對小角度寬帶平面啁啾全反鏡，分別為第一小角度寬帶平面啁啾全反鏡、第二小角度寬帶平面啁啾全反鏡、第三小角度寬帶平面啁啾全反鏡、第四小角度寬帶平面啁啾全反鏡，一對小角度尖劈，一個(gè)寬帶低色散薄輸出鏡。本發(fā)明通過具有特殊色散的寬帶啁啾反射鏡補(bǔ)償增益晶體中所產(chǎn)生的自相位調(diào)制效應(yīng)，而產(chǎn)生周期量級脈沖的激光。結(jié)構(gòu)緊湊小巧，鎖模調(diào)節(jié)簡單容易。其高重復(fù)頻率以及周期量級脈寬特性為差頻光梳提供了一個(gè)可靠的光源。
文檔編號H01S3/08GK101621172SQ200810115910
公開日2010年1月6日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者煒 張, 青 張, 浩 滕, 趙研英, 韓海年, 魏志義 申請人:中國科學(xué)院物理研究所