[发明专利]克尔透镜锁模的固态薄片激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种克尔透镜锁模的固态薄片激光器。

背景技术

激光二级管泵浦的全固态薄片激光器具有结构紧凑，效率高，稳定性好等优点，是目前激光器研究的热点之一。目前的固体激光器大多采用半导体可饱和吸收镜(SESAM)的被动锁模方式。SESAM被动锁模受限于SESAM本身的带宽及色散等因素，不仅使得产生的激光脉冲宽度很难达到优于100fs的水平，而且本身易损坏，制约着该激光的使用寿命及长期稳定性。

而克尔透镜锁模是一种不受限于本身带宽的被动锁模方式，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，仅利用增益介质本身的克尔效应作为可饱和吸收体，在一定结构下即可实现稳定的自锁模运转。

现有的克尔透镜锁模的固体激光器存在着一些问题，如输出功率仅为100mW的数量级，低功率的克尔透镜锁模固体激光器严重制约着其发展。因此，如何寻找一种能够输出高功率的稳定锁模激光脉冲成为目前克尔透镜锁模的激光器所亟需解决的问题。

发明内容

现有的克尔透镜锁模的固体激光器输出功率低的一个主要原因可能是由于固体激光晶体的结构所导致的。如现有激光晶体一般是厚度较大的块状结构，如长方体和立方体，这些块状结构的激光器导致其散热不均匀，存在热透镜和热应力等效应。其中，热透镜效应的存在，不仅限制了激光器的输出功率，而且还导致了输出激光光束质量的下降。除此之外，晶体内部存在的热应力还会损坏晶体。因此，本申请的发明人认为热效应的存在成为限制固体激光器向高功率方向发展的重要因素。

为了解决上述问题，本发明提供了一种克尔透镜锁模的固态薄片激光器，能够输出高功率的稳定锁模激光脉冲。

根据本发明的一个方面，提供了一种克尔透镜锁模的固态薄片激光器，用于输出经锁模的激光，包括：泵浦源，用于提供泵浦激光；由多个光学元件限定的谐振腔，用于提供一往返光路，以在谐振腔内形成振荡激光；用作增益介质的片状结构激光晶体和相对于振荡激光以布儒斯特角布置的克尔介质，均设置在位于谐振腔内的往返光路中；激光晶体面向泵浦源的一面镀有对泵浦激光和振荡激光高透的介质膜，激光晶体背向泵浦源的一面镀有对泵浦激光和振荡激光高反的介质膜；其中，片状结构激光晶体的厚度为100～400μm。

进一步地，片状结构激光晶体的厚度为200～230μm，优选为220μm。

进一步地，片状结构激光晶体是由Yb:YAG材料形成的。

进一步地，片状结构激光晶体呈圆形或椭圆形；优选地，片状结构激光晶体为厚度220μm和直径9mm的圆形Yb:YAG激光晶体(20)。

进一步地，克尔透镜锁模的固态薄片激光器还包括用于将泵浦源发出的泵浦激光聚焦到片状结构激光晶体上的泵浦模块。

进一步地，谐振腔具有设置在往返光路的第一端部处用于反射激光的第一端镜；第二端镜，设置在往返光路的第二端部处用作输出镜，用于部分反射和部分透射所述激光；第一高色散镜，用作补偿激光晶体和克尔介质所引入的非线性相移。

进一步地，谐振腔还具有沿往返光路设置在第一端镜和第二端镜之间的第一凹面镜和第二凹面镜；并且布置成使得泵浦源发出的泵浦激光经过泵浦模块聚焦到片状结构激光晶体上，产生的增益激光起振后入射到第一高色散镜上，并被第一高色散镜反射至第一端镜，第一端镜将激光原路返回，到达第一凹面镜，并被第一凹面镜反射后透过克尔介质入射到第二凹面镜上，最终被第二凹面镜反射到第二端镜上，透过第二端镜输出经锁模的高功率稳定激光脉冲。

进一步地，第一凹面镜和第二凹面镜面向谐振腔的一面镀有对振荡激光高反的介质膜。

进一步地，第二端镜为平面输出镜。

进一步地，第二端镜面向谐振腔的一面镀有在振荡激光处输出耦合率为2.5％的介质膜；第二端镜背向谐振腔的一面镀有对振荡激光增透的介质膜。