專利名稱：雙波長飛秒激光器定向插心的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體激光器技術(shù)領(lǐng)域，涉及雙波長超短激光器定向插芯的制作。
目前，飛秒激光技術(shù)的發(fā)展幾乎都依賴于對(duì)固體激光材料的研究，并使得固體飛秒激光器在很大程度上取代了染料激光器。象摻鈦蘭寶石激光器、摻鉻氟化鋁鍶鋰激光器等都有很寬的調(diào)諧范圍，都能產(chǎn)生飛秒激光脈沖。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單脈沖序列的超短脈沖激光器的應(yīng)用受到了限制，甚至在某些應(yīng)用領(lǐng)域中無能為力。如在高等植物光合作用的原初反應(yīng)機(jī)理、多激發(fā)態(tài)光譜學(xué)、程控飛秒化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、選擇性生化反應(yīng)等研究方面，都需要雙波長或多波長的超短激光脈沖，才能有效地進(jìn)行諧振激勵(lì)和有序激發(fā)探測。有人曾利用基波及其倍頻光脈沖進(jìn)行泵浦探測，同樣受到了限制。所以雙波長飛秒激光器的研制越來越受到人們的重視，從九十年代開始很多國家開展了這方面的研制工作。J.M.Evans et al,Optics letters,Vol.18,No.13(1993)1074, M.R.X.deBarros et al,SPIE Vol.2116,(1994)37；A.leitenstorfer et al,OplicsIetters,Vol.20,No.5(1995)916。在這些研究中只有美國貝爾實(shí)驗(yàn)室所提供的技術(shù)指標(biāo)較全，其雙波長脈寬55-65fs，中心波長間隔90nm，雙波長脈沖間的同步精度小于20fs，用8w514nm氬離子激光泵浦的輸出功率為240mW；其他的報(bào)導(dǎo)只有幾個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)，德國的最窄脈寬在28-64fs之間，雙波長脈沖間同步精度為1.7fs，用兩組藕合輸出器才有100nm的調(diào)諧范圍。
雙波長超短激光器的構(gòu)成有泵浦源、聚光透鏡、諧振腔，諧振腔的前部有內(nèi)置激光晶體的折疊腔，中部有彌散補(bǔ)償棱鏡，后部有狹縫光欄和藕合輸出鏡。本發(fā)明所稱定向插芯是指從輸入光到折疊腔這一范圍內(nèi)光學(xué)元器件的集合，并把這些光學(xué)元器件固定裝置于一體成為定向插芯，而所構(gòu)成雙波長飛秒激光器的其他部件可以根據(jù)需要進(jìn)行更換或裝置。
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種雙波長飛秒激光器的定向插芯，能做為激光器的專用部件，用于多種雙波長超短激光器之中，并使得激光器的綜合技術(shù)指標(biāo)超過現(xiàn)有技術(shù)。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案如下，所設(shè)計(jì)的雙波長飛秒激光器定向插芯的結(jié)構(gòu)為，在由兩只凹面反射鏡構(gòu)成的折疊腔內(nèi)置有激光晶體，在折疊腔前外端有藕合透鏡，其能將輸入光聚焦于激光晶體，在其前端設(shè)置有輸入光反射鏡，能將輸入光反射至藕合透鏡，并將這些光學(xué)器件固定裝置于一體成為定向插芯；其中在輸入光反射鏡的背面鍍有寬帶全反射激光硬膜，其正面鍍有寬帶定比分束激光硬膜；在藕合透鏡的兩面鍍有高增透激光硬膜；在折疊腔前凹面鏡的平面端鍍有高增透激光硬膜，在凹面端鍍有選則性激光硬膜；在折疊腔后凹面鏡的凹面鍍有高反射激光硬膜。本發(fā)明的特征還在于折疊腔的兩只凹面鏡是由石英玻璃制作，其中后凹面鏡鍍膜的反射率＞99.9％；前凹面鏡的選擇性鍍膜對(duì)輸入光能夠透過，透過率＞85％，而對(duì)激光晶體被激發(fā)后所產(chǎn)生的光譜則全反射，反射率＞99.9％；另外藕合透鏡鍍膜的透過率＞98％，輸入光反射鏡反射膜的反射率＞99％，定比分束膜的分束比約50％。
雙波長飛秒激光器的關(guān)鍵是適當(dāng)限制不同波長激光束之間的增益競爭，這樣才能達(dá)到交叉鎖模、輸出穩(wěn)定的雙波長飛秒激光脈沖。本發(fā)明采用定比分束、寬帶膜系、調(diào)整偏振，實(shí)現(xiàn)增益分配；利用雙光束分別自鎖，調(diào)節(jié)內(nèi)腔群速彌散，獲得雙波長光束同步傳播，達(dá)到交叉鎖模；采用像差補(bǔ)償藕合透鏡，匹配泵浦，有效降低激光閾值、彌補(bǔ)增益損耗。所以本發(fā)明設(shè)計(jì)的定向插芯不僅適用于多種雙波長飛秒激光器，而且使激光器的綜合技術(shù)指標(biāo)超過了現(xiàn)有技術(shù)。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方案和使用效果。
附

圖1為本發(fā)明所設(shè)計(jì)定向插芯在一種雙波長飛秒激光器實(shí)例中使用的光學(xué)結(jié)構(gòu)原理圖。圖中1為泵浦激光，2為輸入光反射鏡，3為藕合透鏡，4為折疊腔前凹鏡，5為激光晶體，6為折疊腔后凹鏡，7為反射鏡，8為彌散補(bǔ)償棱鏡，9為反射鏡，10為彌散補(bǔ)償棱鏡，11為狹縫光欄，12為藕合輸出鏡。其中2、3、4、5、6構(gòu)成本發(fā)明的定向插芯。
參見附圖，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的雙波長飛秒激光器定向插芯的結(jié)構(gòu)為，在由兩只凹面反射鏡4和6構(gòu)成的折疊腔內(nèi)置有激光晶體摻鈦蘭寶石5，凹面鏡4和6由石英玻璃制作，曲率半徑為100mm，其中在凹面鏡6的凹面鍍有740-920nm波長的高反射激光硬膜，反射率為99.95％，在凹面鏡4的平面端鍍有450-540nm波長的高增透激光硬膜，在凹面鏡4的凹面端鍍有選擇性激光硬膜，要求對(duì)740-920nm波長的反射率為99.95％，對(duì)450-540nm波長的透過率為87％；在折疊腔前外端有藕合透鏡3能將輸入光聚焦于激光晶體5，其透鏡3的兩面都鍍有440-560nm波長的高增透激光硬膜，透過率為99％；在透鏡3的前端設(shè)置有輸入光反射鏡2能將輸入光反射至藕合透鏡3，在反射鏡2的背面鍍有通帶450-540nm波長的高反激光硬膜，反射率為99.9％，在反射鏡2的正面鍍有通帶450-540nm波長的定比分束激光硬膜，反射率為49.9％；并將這些光學(xué)器件2、3、4、5、6固定裝置于一體成為定向插芯。其中所述的各種激光硬膜都是已有技術(shù)。
把本發(fā)明的定向插芯裝置在如圖所示的雙波長飛秒激光器中，其中泵浦激光1采用氬離子激光器，并在藕合輸出鏡12鍍有740-920nm波長的高反激光硬膜，反射率為97％。其工作原理為從氫離子激光器1射出的全譜線光束，由輸入反射鏡2定比分束為兩束，由藕合透鏡3聚焦通過雙波長折疊腔反射鏡4，聚焦進(jìn)摻鈦蘭寶石激光晶體5，產(chǎn)生強(qiáng)自聚焦效應(yīng)，激光晶體5發(fā)射出的光譜光束，分別由反射鏡4和6收集并反射進(jìn)激光腔內(nèi)，經(jīng)多次往反獲得增益，達(dá)到交叉鎖模閾值，經(jīng)光欄11和藕合輸出鏡12射出兩束序列激光脈沖。由于克爾效應(yīng)的產(chǎn)生，并適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行內(nèi)腔彌散補(bǔ)償，則激光器進(jìn)入交叉鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)整光欄狹縫即可獲得所需的雙波長飛秒激光脈沖。該激光器在7W的全線氬離子激光束泵浦下，輸出雙波長脈寬26-39fs，中心波長間隔95nm，采用兩組藕合輸出器有140nm的調(diào)諧范圍，雙波長脈沖間的同步精度約1fs，輸出脈沖平均功率大于200mW。由于本發(fā)明具有控制激光膜間增益競爭的特點(diǎn)，在雙波長交叉束間的相互作用及藕合效應(yīng)變得越小，更容易得到穩(wěn)定的輸出，從而使雙波長脈沖序列間的相對(duì)跳動(dòng)趨於更小。
本發(fā)明定向插芯的使用，激光器其他元件的選擇和放置應(yīng)根據(jù)需求和腔型結(jié)構(gòu)而異，如彌散補(bǔ)償棱鏡8可用兩個(gè)棱鏡進(jìn)行擴(kuò)譜；激光晶體5的尺寸并不影響定向插芯的作用，插芯各元件位置的調(diào)整用準(zhǔn)直光束確定；對(duì)激光腔的要求并不太嚴(yán)格，原則上能夠單波長運(yùn)轉(zhuǎn)的鈦寶石飛秒激光器都可適用，適當(dāng)?shù)卦鰷p其他元件是需要的。為了獲得穩(wěn)定的交叉鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)，仔細(xì)調(diào)節(jié)內(nèi)腔彌散補(bǔ)償是必要的，并使兩條回路光束盡可能在同一平面內(nèi)往返振蕩。移動(dòng)光欄11上兩狹縫的相對(duì)位置，能達(dá)到波長調(diào)諧的目的。
權(quán)利要求
1．一種雙波長飛秒激光器定向插芯，采用有聚光透鏡、兩只凹面反射鏡構(gòu)成的折疊腔，其內(nèi)置有激光晶體，以及激光硬膜的鍍膜技術(shù)，其特征在于，在所述置有激光晶體的折疊腔前外端設(shè)置藕合透鏡，其能將輸入光聚焦于激光晶體，在其前端設(shè)置有輸入光反射鏡，能將輸入光反射至藕合透鏡，并將這些光學(xué)器件固定裝置于一體成為定向插芯；其中輸入光反射鏡背面鍍有寬帶全反射激光硬膜，其正面鍍有寬帶定比分束激光硬膜；在藕合透鏡的兩面鍍有高增透激光硬膜；折疊腔前凹面鏡的平面端鍍有高增透激光硬膜，其凹面端鍍有選則性激光硬膜；折疊腔后凹面鏡的凹面鍍有高反射激光硬膜。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的插芯，其特征在于，折疊腔的兩只凹面鏡由石英玻璃制作，其后凹面鏡鍍膜的反射率＞99.9％，前凹面鏡的選則性鍍膜對(duì)輸入光的透過率＞85％，而對(duì)激光晶體被激發(fā)后所產(chǎn)生光譜的反射率＞99.9％；藕合透鏡的高增透鍍膜的透過率＞98％；輸入光反射鏡反射膜的反射率＞99％，定比分束膜的分束比約50％。
全文摘要
一種雙波長飛秒激光器的定向插芯,是在置有激光晶體的折疊腔前外端設(shè)置耦合透鏡,其能將輸入光聚焦于激光晶體,在其前端設(shè)有輸入光反射鏡能將輸入光反射至耦合透鏡,并將這些光學(xué)器件固定裝置于一體。從而使本發(fā)明可以適用于多種雙波長飛秒激光器,并能使激光器的綜合技術(shù)指標(biāo)超過現(xiàn)有技術(shù)。
文檔編號(hào)H01S3/08GK1212488SQ97108659
公開日1999年3月31日 申請(qǐng)日期1997年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月24日
發(fā)明者王水才 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所