[发明专利]一种同时输出纳秒和皮秒脉冲的激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种同时输出纳秒和皮秒脉冲的激光器。

背景技术

纳秒和皮秒脉冲构成的激光束在高精度材料加工领域有重要应用，这种激光可以同时结合皮秒和纳秒脉冲的优点完成材料加工的过程。皮秒激光加工热影响区小，脉冲宽度小于10ps，激光直接升华材料的刻蚀烧蚀效应占主导位置，将获得无明显热影响区的“冷加工”效果属于冷加工激光范畴，但是刻蚀效率较低，大大增加了加工时间；纳秒脉冲可以实现高效加工，但是由于脉冲宽度较宽，等离子体屏蔽严重，热影响区大，降低了加工精度。实际操作中两种脉冲结合使用，可以提取不同脉宽的优势，实现高效、高精度的微型加工。获得比单纯皮秒激光加工高数十倍的刻蚀深度和刻蚀率，为高效微加工电介质材料提供了一种可行的手段。实际上，不仅仅在微加工领域可以借助多脉宽结合实现良好的加工效果，在其他的研究领域，如等离子激发和激发态操纵、控制化学反应、激发特种辐射等过程中都可以通过不同脉宽组合来操纵，多脉宽组合的激光束在科学研究和实际应用中有着重要的意义。

目前两种或多种脉宽组合输出主要是通过同步控制技术控制两台或多台激光器实现的，实现脉冲同步控制的方法有两种，一种是通过精确的电路控制技术，这种技术需要复杂的外光路设计，通常存在较大的时间抖动和随机时间延迟；第二种是利用全光控制来实现光束的同步，其主要实现原理是将两束光同时利用介质的交叉相位调制实现两种光束同步调制，这种技术需要两种激光器共用同一激光介质，增益竞争使得同步脉冲的不稳定性增加，而且共用谐振腔设计复杂，失配长度小，外界环境的变化会引起不稳定因素增加。上述两种同步技术均是在两台激光器的基础上完成和实现的，激光器具有完全独立的谐振腔结构、脉冲重复频率和脉冲宽度，需要通过光路设计实现两束激光的空间同束和时域同步，系统增加了不稳定性和复杂性。

专利“双脉宽输出激光器”，专利号，CN201075571，发表日期2008年6月，该专利中提出了双脉宽输出激光器，分别采用长脉冲电路和短脉冲电路驱动普克尔盒获得双脉冲宽度的激光输出。但是，这种激光器属于电光Q技术，获得脉冲宽度分别为纳秒和微秒，不属于超快激光范畴，不适合在高精细加工的场合应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种同时输出纳秒和皮秒脉冲的激光器，将再生放大和腔倒空技术集中到一个激光器中实现，在同一激光束中获得皮秒和纳秒脉冲序列。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种同时输出纳秒和皮秒脉冲的激光器，该激光器包括：信号源，用于供激光器的种子信号；信号隔离系统，用于隔离返回的放大光，防止再生放大激光返回影响信号源的稳定性；以及放大器，用于完成皮秒信号的往返放大，并实现纳秒脉冲能量的积累。

上述方案中，所述信号源为皮秒脉冲信号源，输出光的偏振方向为水平偏振，输出功率为100mW～500mW，脉冲重复频率为50～100MHz，脉冲宽度为1～20ps。

上述方案中，所述信号隔离系统包括第一普克尔盒151、平面反射镜133、第二偏振片172、法拉第旋转器18、λ/2波片162和第一偏振片171，其中：第一普克尔盒151为电光普克尔盒，通光孔径10mm，半波(λ/2)电压为8kV，四分之一波(λ/4)电压为4kV；平面反射镜133镀有1064nm的高反膜；第一偏振片171和第二偏振片172为1064nm波长偏振片，偏振比大于10000∶1；法拉第旋转器18为45度法拉第旋转器；λ/2波片162为1064nm波长的二分之一(λ/2)波片。

上述方案中，所述放大器包括泵浦源11、整形系统12、双色镜131和平面反射镜132构成激光谐振腔、激光晶体14、λ/4波片161和第二普克尔盒152，其中：泵浦源11为808nm脉冲泵浦源，其泵浦脉冲宽度为250μs，泵浦重复频率为1kHz，泵浦平均功率为8～10W，耦合输出光纤400μm；整形系统12为1∶2泵浦光整形系统，泵浦光经整形系统12到达激光晶体14的光斑约为800μm；双色镜131镀有808nm增透和1064nm高反的双色膜，平面反射镜132镀有1064nm高反射膜；激光晶体14为Nd:YAG、Nd:YVO₄或Nd:YLF激光晶体，尺寸为4×4×12mm³；λ/4波片161为1064nm波长的四分之一(λ/4)波片；第二普克尔盒152为电光普克尔盒，通光孔径10mm，半波(λ/2)电压为8kV，四分之一波(λ/4)电压为4kV。