[发明专利]一种亚纳秒激光脉冲和脉冲串的产生装置及其产生方法

说明书

本发明涉及一种亚纳秒激光脉冲和脉冲串的产生装置及其产生方法，包括沿光路依次设置的半导体激光器、准直聚焦系统、键合或胶合晶体、滤波片；所述键合或胶合晶体前后端面镀膜构成激光谐振腔。本发明通过优化激光晶体的长度、Cr:YAG晶体的小信号透过率T₀和泵浦光占空比，来实现1μm波段亚纳秒激光输出；再通过优化泵浦光的脉冲宽度和能量，提高泵浦强度，实现1‑20个脉冲串模式的亚纳秒激光脉冲输出。并且输出的亚纳秒激光脉冲和脉冲串高能量(5mJ)、高重频(可达1kHz)、高效率、高光束质量的，满足高效率、高精度激光加工需求，大大提高激光加工的效率和质量。

技术领域

本发明涉及一种亚纳秒激光脉冲和脉冲串的产生装置及其产生方法，属于全固态激光技术领域。

背景技术

激光是二十世纪最著名的四大发明之一，具有方向性好、亮度高、单色性好等优点，在工业、医疗、科研和国防领域都展现出重要的应用前景。特别的，亚纳秒激光在激光测距、激光雷达、激光加工、生物医疗、激光诱导、拉曼光谱检测、质谱及科研等领域具有非常广泛且重要的应用。尤其在工业加工领域，亚纳秒激光被广泛应用于切割、划线、打标、焊接、和打孔等应用场景。

调Q技术是产生亚纳秒激光脉冲最主要的技术手段。中国专利文献CN201726032U和CN107706733B公开了利用电光主动调Q技术产生亚纳秒脉冲激光的方法，可得到重复频率达kHz的亚纳秒激光脉冲，但是振荡级的输出能量较低，且电光Q开关需要高压驱动，结构复杂、成本较高。中国专利文献CN202695968U、CN104701719B、CN113889829A等专利公开了被动调Q激光器及其产生方法，但脉冲宽度一般在纳秒量级，难以得到亚纳秒激光脉冲，且分离光学元件给激光器安装调试以及器件可靠性带来了挑战。调Q激光器产生脉冲宽度与腔长成正比，可以通过压缩激光器腔长获得亚纳秒激光脉冲。

目前，亚纳秒激光脉虽然能够达到mJ甚至～10mJ量级，但是重复频率较低，小于100Hz，限制了其在激光加工领域的应用。并且，现有技术产生的亚纳秒激光都是单脉冲输出，而研究表明“脉冲串”(burstmode)模式的激光脉冲应用于激光加工具有更高的去除效率、更好的加工质量和精度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种亚纳秒激光脉冲和脉冲串的产生装置及产生方法，本发明采用脉冲半导体激光器泵浦键合/胶合晶体，利用高重频(1-1kHz)电驱动模块，优化晶体镀膜和掺杂浓度，实现同时输出高能量(5mJ)、高重频(可达1kHz)、高效率、高光束质量(M²1.5)的亚纳秒激光脉冲和脉冲串(1-20个脉冲)，满足高效率、高精度激光加工需求。

术语解释：

1.Cr:YAG：掺铬的钇铝石榴石。

本发明的技术方案为：

一种亚纳秒激光脉冲和脉冲串的产生装置，包括沿光路依次设置的半导体激光器、准直聚焦系统、键合或胶合晶体和滤波片；

所述键合或胶合晶体包括Nd或Yb掺杂的激光晶体与Cr:YAG晶体，并且Nd或Yb掺杂的激光晶体的后端面与Cr:YAG晶体的前端面进行键合或胶合；Nd或Yb掺杂的激光晶体的前端面镀膜和Cr:YAG晶体的后端面镀膜构成谐振腔；

所述半导体激光器的工作波长为808nm、880nm、940nm、976nm，并且半导体激光器的电驱动模块的占空比可调；

所述半导体激光器输出的脉冲泵浦光经过所述准直聚焦系统的准直后，脉冲泵浦光入射激光晶体进行泵浦，在谐振腔内形成光振荡，Cr:YAG晶体作为饱和吸收体被动调Q开关对激光振荡进行调制，当Cr:YAG晶体的增益大于损耗时，产生亚纳秒激光脉冲和脉冲串，并由Cr:YAG晶体的后端面镀膜耦合输出；滤波片滤掉其剩余的泵浦激光，输出1μm波段的激光。