[发明专利]使用激光二极管光学泵浦模块的飞秒激光器设备

说明书

技术领域

本公开涉及一种二极管泵浦的激光器设备。更具体地说，本公开涉及一种使用激光二极管光学泵浦模块的飞秒激光器设备，其可以提供稳定的锁模，并可以改进超快激光器(ultrafast laser)中的功率稳定性和光束稳定性。

背景技术

一般来说，超快激光脉冲具有诸如高峰值功率、大谱宽度等优良的性质，以及短的脉冲时间宽度。

超快激光器系统由于其这样的性质而已经被用于各种材料的超精度微加工、非线性光学、生物、化学、物理和医学应用等。

例如，由于使处理区域中的热扩散最小并对周围不产生残余的破坏，飞秒区域的超快激光脉冲可以处理太硬而不能被机械处理的材料。此外，由于作为基于高峰值功率的多光子吸收的非线性光学效应，超快激光脉冲甚至可以处理诸如玻璃、聚合物等透明材料的各种纳米尺度的结构。

激光稳定性指示各要素是否随着时间保持恒定不变，其中，所述要素包括施加于要施加激光的对象的功率、施加于对象的光束的位置、光束的空间传播、光束的分布图样等。

当激光必须从远处被精确地施加于目标时，例如，如激光处理中一样，激光稳定性是非常重要的。

特别地，对于诸如飞秒激光器的超快激光器，激光稳定性甚至在具有纳米级精度的超精度激光处理中更加重要。

光束稳定性指示光束是否在预定位置处稳定地传播以及在空间方面的角度是否与诸如激光处理的应用密切相关。

光束稳定性的特性可以用光束位置稳定性和光束角度稳定性来描述，光束位置稳定性与光束在对象上的形状的位置变化相关联，光束角度稳定性指示当光束聚焦在对象上时的角度变化。

光束稳定性通常被称为“光束指向稳定性”。

影响激光稳定性的因素可以包括内在因素和外在因素，例如，物理振动、机械形变、热分布的变化、共振器的不稳定、气流等。

超快激光器对这些内在因素和外在因素尤其敏感，从而，为了改进激光器的稳定性，已经作出了各种努力。

在以飞秒激光器为代表的超快激光器中，锁模是从飞秒振荡器获得超短脉冲的方法。因为锁模对光路的微小变化非常敏感，所以振荡器也对由于环境温度的变化所引起的光学支架（optical mount）的机械形变非常敏感，从而，振荡器的输出特性相应地会敏感地改变。

由于这个原因，用于稳定操作的大部分飞秒激光器被安置和操作于具有用于将环境温度稳定地保持在±0.5°内的恒温设施的无尘室中。

但是，在应用高功率泵浦光源的诸如光学泵浦相关支架、激光介质支架等的光学支架周围，或者，在由于其冷却盘（cooling pan）而放出大量热到外部的激光功率装置、冷却装置等的周围，不可避免地发生局部温度变化。

也就是说，飞秒激光器在其输出特性方面深受包含于其中的光学部件周围的局部温度变化以及安置该激光器的空间周围的环境温度的变化的影响。

因此，将飞秒激光器系统机械地构造为对温度尽可能地不敏感是非常重要的。

传统的代表性的飞秒激光器是使用Ti蓝宝石作为介质的激光器。

Ti蓝宝石由于具有100纳米的大的发射谱带而可以产生直达几飞秒的非常短的脉冲。

为了从外部泵浦能量，来自由高功率激光二极管泵浦的Nd:YVO激光器的绿色光源以几十至几百微米的大小被强烈地聚焦到Ti蓝宝石激光晶体。

泵浦光源与Ti蓝宝石在结构上相隔几米，从而，为了稳定地操作Ti蓝宝石激光器，泵浦光源的输出特性的稳定性是非常重要的。

例如，在泵浦光源的差的指向稳定性的情况下，以几十至几百微米的大小被强烈地聚焦在Ti蓝宝石激光晶体中的泵浦光源的斑点位置不恒定地改变，使得泵浦光源和激光束之间的模耦合连续地改变，从而降低激光功率稳定性。

例如，如果诸如输出功率、输出光束方向等的特性劣化，那么使用该特性的激光处理产品的质量也会劣化。

为了克服上述问题，将反射镜安置在这样的光学支架上，该光学支架安装有能够细调光束方向的控制装置。因此，通过反射镜可以控制泵浦光源的光束方向，从而控制功率稳定性。

但是，当同时控制光学部件以优化稳定性时，系统的尺寸变大，系统的结构变复杂，并且，系统的价格也增加。

因此，在一般的情况中，控制装置仅被安装一个或两个光学部件。

另一方面，如果可以通过将从半导体激光二极管输出的高功率光束直接施加于激光晶体来获得超快脉冲，那么可以克服传统的Ti蓝宝石激光器需要昂贵的泵浦激光的问题。于是，可以更容易地解决作为Ti蓝宝石激光器的缺点的价格、尺寸和稳定性的这样的问题。