[发明专利]同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器

说明书

本发明涉及同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器。一种钛宝石激光振荡器包括：泵浦激光源(1)，其输出泵浦激光；以及钛宝石谐振腔(4)，其包括设置于谐振腔中的钛宝石晶体(21)，所述泵浦激光对所述钛宝石晶体进行泵浦以生成输出激光，其中，所述钛宝石谐振腔的腔长是所述泵浦激光源的腔长的N倍或1/N，并且所述钛宝石谐振腔生成的输出激光的重复频率是所述泵浦激光源输出的泵浦激光的重复频率的1/N或N倍，N是正整数。本发明的特点是不需要加入任何自启动辅助材料，通过匹配钛宝石谐振腔和泵浦激光源的腔长就可以实现自启动的飞秒锁模激光的运转，同时飞秒脉冲的重复频率和泵浦激光源的重复频率成整数倍关系。

技术领域

本发明总体上涉及超快激光技术领域，更特别地，涉及一种同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器，其输出波段可以在近红外领域，该飞秒光源在时间分辨光谱学、飞秒光学频率梳测频技术、超短脉冲相干合成技术、超快光谱学等领域有着广泛的应用前景。

背景技术

飞秒激光作为一种峰值功率高，光谱范围宽，持续时间极短的以脉冲形式运转的激光，它使人们获得了飞秒量级的时间分辨。飞秒激光的迅速发展使其在物理、化学、生物、医学等领域有着广泛的应用，开辟了新的研究领域。随着晶体技术的迅速发展和日益成熟，已经成功研制了掺钛蓝宝石(Ti:Sapphire)晶体，其也称为钛宝石晶体，具有较高的熔点和热导率，硬度大，光学均匀性好，吸收光谱范围较宽，能适应于多种泵浦光源。更为重要的是，钛宝石晶体具有非常宽的荧光光谱，可以满足660-1200nm的透光范围，同时其增益带宽支持5fs(飞秒)以下的脉冲宽度。另外，由于钛宝石晶体具有较高的非线性折射率，所以当光场的振幅在横向存在某种分布(如高斯光束)时，会出现自聚焦现象，导致克尔透镜锁模效应(Kerr Lens Mode-locking—KLM)的产生。D.E.Spence等人利用钛宝石作为激光增益介质，首先研制出了固体飞秒激光器，其输出脉冲宽度达到60fs。后来随着半导体可饱和吸收镜(semiconductor mirror，SESAM)的发展日益成熟，其与啁啾镜技术相结合用于飞秒脉冲激光的产生，使得人们不仅可以获得周期量级的超短脉冲输出，同时实现了锁模状态的自启动。

为了实现钛宝石输出激光的锁模运转，传统的方式是利用钛宝石自身的KLM效应。这种方法的缺点在于，当激光器受到外界环境的干扰后，会出现失锁现象，这时激光模式由原来的脉冲光变为了连续光。想要恢复原来的锁模状态，必须重新调节振荡器腔长，维护操作比较困难。此外，脉冲激光重复频率由激光器的腔长决定，为了获得高重频的脉冲激光，需要缩短振荡器的腔长，而钛宝石的KLM效应在实现高重频的飞秒锁模激光运转时相对比较困难。

发明内容

本申请的一个方面在于提供一种同步泵浦的自启动飞秒钛宝石激光振荡器，其提供一种全新的技术方案，通过匹配钛宝石谐振腔的腔长和超快泵浦激光源的腔长，就可以实现自启动的飞秒锁模激光的运转。特别地，将钛宝石谐振腔的腔长调整为超快泵浦激光源的腔长的N倍或1/N，相对应的钛宝石谐振腔输出的飞秒激光的重复频率为超快泵浦激光源的重复频率的1/N或N倍(N为正整数)。相比于传统的基于KLM锁模的高重复频率钛宝石振荡器，该装置具有许多优点，诸如结构紧凑、价格低廉、操作简单、性能稳定等，尤其适用于高重频的超短脉冲领域。

本申请的另一方面还在于提供一种利用泵浦钛宝石晶体来生成锁模激光的方法。

根据一示例性实施例，一种钛宝石激光振荡器可包括：泵浦激光源，其输出泵浦激光；以及钛宝石谐振腔，其包括设置于谐振腔中的钛宝石晶体，所述泵浦激光对所述钛宝石晶体进行泵浦以生成输出激光，其中，所述钛宝石谐振腔的腔长是所述泵浦激光源的腔长的N倍或1/N，N是正整数。所述钛宝石谐振腔生成的输出激光的重复频率是所述泵浦激光源输出的泵浦激光的重复频率的1/N或N倍。