[发明专利]克尔透镜自锁模Yb:LSO激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光器技术领域，特别是涉及一种克尔透镜自锁模用Yb:LSO激光器。 

背景技术

LD(Laser Diode，激光二极管)泵浦全固体激光器集二极管激光器和固体激光器的优点于一身，且弥补了两者的不足，使得LD泵浦的全固态激光器优于灯泵固态激光器和二极管激光器本身，具有以下优点，如总体效率高；稳定性好；光束质量高、发散角小，具有高的空间相干性；结构紧凑、小型化；可靠性高、寿命长；易实现单频运转；峰值功率高；波长覆盖范围宽等，因此其各项性能指标以及在实现产业化等方面都取得了很大的进步。 

1981年，美国贝尔实验室成功研制出碰撞锁模染料激光器，实现了飞秒(fs，10-15s)量级的激光输出，其极短的脉冲宽度和极高的峰值功率使得飞秒超快激光技术成为激光研究领域的一大热点。 

基于半导体泵浦的全固态激光器以结构紧凑、成本低、性能稳定等优点在高技术工业领域具有广泛的应用前景，但直到20世纪90年代，波长在0.9～1.0μm的高功率InGaAs激光二极管(LD)出现，使适合此波段泵浦的Yb³⁺激光器受到人们的重视，掀起了基于掺Yb³⁺介质全固态飞秒激光器的研究热潮。 

LD泵浦的全固态飞秒激光器由于具有成本低廉，结构简单紧凑等优点，已经成为目前近红外1～2μm波段较为主流的研究方向。而且由于采用LD泵浦具有亮度高、功率大等优点，有利于高功率飞秒激光的获得，在国防、工业、医疗及科研等领域都具有非常重要的用途。在1μm波段，随着高功率、高亮度的LD的出现，越来越多的基于Yb³⁺掺杂的激光晶体、陶瓷材料被应用于飞秒激光器的研究当中，这主要归功于掺杂Yb³⁺的晶体或陶瓷拥有非常优良的特性，例如无激发态的吸收，无交叉弛豫，不存在浓度淬灭，具有较高的量子效率，很长的荧光寿命以及很宽的发射带宽。作为众多的Yb³⁺掺杂的激光介质中重要的一族，Yb³⁺掺杂的硅酸盐晶体在近几年来得到了大家广泛的关注。由于Yb³⁺掺杂的硅酸盐晶体中Yb³⁺的基态能级斯塔克分裂较大，使得受激辐射产生 激光过程属于准四能级结构，降低了产生激光的泵浦阈值，而且Yb³⁺掺杂的硅酸盐晶体均具有较宽的发射光谱，理论上可以支持小于100fs的超短脉冲产生。 

目前，大多数Yb³⁺掺杂的全固态激光器都采用SESAM(semiconductor saturable absorber mirror,半导体可饱和吸收镜)启动的被动锁模方式，然而受限于SESAM本身带宽的因素，使得产生飞秒激光脉冲的脉冲宽度大都在100fs以上。而1μm波段小于100fs的脉冲宽度的飞秒脉冲在很多领域诸如光频标以及原子分子瞬态动力学等方面具有十分重要的应用。克尔透镜锁模法能够直接产生亚100fs脉冲输出，所谓的克尔透镜锁模是指谐振腔内不需要任何锁模元件，仅利用激光晶体增益介质本身的克尔效应作为可饱和吸收体，在一定条件下实现自锁模运转。虽然克尔透镜锁模可以实现宽光谱亚100fs的锁模脉冲输出，但是无法自启动是其致命缺点，而且由于容易受环境影响，克尔透镜锁模一般只能维持几个小时，锁模掉了以后需要给予一定的外界扰动才能重新建立锁模。 

因此，如何建立一种可以自启动的克尔透镜锁模的亚100fsYb³⁺掺杂的全固态激光器成为目前亟需解决的问题。 

发明内容

本发明的目的旨在提供一种克尔透镜自锁模Yb:LSO激光器，该激光器实现了自启动的克尔透镜锁模，且输出镜直接输出的飞秒脉冲的脉冲宽度可以达到61fs。 

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种克尔透镜自锁模Yb:LSO激光器，用于输出经锁模的激光，包括：泵浦源，用于提供泵浦激光；由Yb:LSO材料形成的激光晶体，同时用作增益介质和克尔介质；由多个光学元件构成的光学系统，其布置成能够与泵浦源和激光晶体一起以克尔透镜锁模机制工作；其中，光学系统包括用于形成激光的往返光路的谐振腔，激光晶体设置在往返光路中；谐振腔具有设置在往返光路的第一端部处的用于反射激光的第一端镜；其中，第一端镜为半导体可饱和吸收镜，用于启动与稳定所述克尔透镜锁模。 

进一步地，谐振腔具有设置在所述往返光路的第二端部处的用作输出镜的第二端镜，用于部分反射和部分透射激光。