专利名称：高重复频率超短激光脉冲产生方法
技术领域：
本发明是一种可产生高重复频率、高稳定性、高能量超短激光脉冲的方法。此方法 结合了腔倒空SESAM锁模激光技术及再生放大技术。本方法提高了主震荡器种子激光利用 率及再生放大器的稳定性，同时有效抑制了自发辐射光放大(ASE)对输出脉宽的影响。
背景技术：
基于SESAM的锁模激光器的重复频率取决于腔长，重复频率一般在20-200兆赫兹 (MHz)之间，输出功率为几百毫瓦(mW)-几十瓦(W)，但由于重复频率过高，锁模光单脉冲能 量只有几纳焦(nj)至百纳焦(nj)。不能满足应用的要求，以激光打微孔为例，美国相干公 司(Coherent Inc.)研究结果表明，激光的单脉冲能量至少要高于50微焦(uj)，甚至几百 微焦(uj)才能实现50微米(um)以上厚度材料的加工。为达到上述能量值，需将锁模光脉冲能量放大IO3 IO4倍以上，但锁模脉冲宽度 很窄，传统的行波放大方式对锁模光的单程增益很低，需要多程放大才能将锁模光能量放 大到IO3倍以上。最佳的放大方式为再生放大，与传统行波放大不同，再生放大器本身包含 谐振腔，锁模种子光在再生放大腔的两个腔镜间往返传播，通过控制往返传播的次数来控 制放大次数，可将种子光放大几十次甚至上百次，当脉冲能量达到最大时，放大光被导出再 生放大器腔外。再生放大器可将种子光的能量放大IO6被甚至更高，且输出光具有良好的 光束质量。2004 年 Opt. Express 12，pp. 759-1768 上 DSrring 和 2008 年专利 WO 2008/016^7Α1上MiWiail Grishin指出，注入种子光能量的高低会对高重复频率再生放 大器的工作状态产生重要影响。高单脉冲能量种子光注入再生放大器，输出的放大光为单 一的脉冲能量(如图2(b))，而低单脉冲能量的种子光注入再生放大器，放大光会出现一 高一低两个能量的双稳态情况(如图2(c))；采用高能量锁模激光作为种子光的另一优势 是减少了种子光在再生放大器中的放大次数，从而缩短了再生放大器内普克尔盒的开门时 间，这有利于抑制再生放大腔内激光工作物质产生的自发辐射被放大形成激光震荡(放大 的自发辐射ASE)，图1(a) (c)示出了不同能量种子光((a)图种子光能量(b)图(c)图) 注入再生放大器进行放大时，脉冲能量随时间的变化关系((a)图脉冲能量达到最大时间 为、；(b)图脉冲能量达到最大时间为t2 ； (c)图脉冲能量达到最大时间为t3 ；且t3 > t2 > 、)。即便没有锁模光注入，由于ASE效应，再生放大器本身就可以产生激光震荡，图1(d)示 出了在没有种子光注入时，再生放大腔自发辐射光的能量随时间的变化关系。普克尔盒开 门时间足够长时，ASE产生的震荡光功率甚至超过种子光注入产生再生放大光的功率。两 者区别是，ASE产生的震荡光脉宽为ns量级，腔倒空后输出激光的脉宽与再生放大腔腔长 有关，而种子注入再生放大器输出的放大光与注入种子光脉宽几乎相同(不考虑增益窄化 效应的影响)，与再生放大器腔长无关。如果在再生放大过程中不能消除掉ASE的影响，输 出光的脉冲宽度、放大光相对于背景光的对比度及脉冲稳定性将受到影响。具有大的受激 发射截面的Nd:YV04及Nd:GdV04晶体更容易产生ASE。
为提高再生放大器输出脉冲的稳定性及抑制ASE现象发生，2005年J. Kleinbauer 在Appl. Phys. B 81，163-166上报道，采用大单脉冲能量41nJ，重复频率70MHz，平均功率 2. 9W的锁模光作为种子源，获得了平均功率13W，重复频率200KHz的稳定再生放大光输出。 为防止无用的锁模光脉冲萃取再生放大器激光晶体的储能而降低再生放大效率，在锁模光 向再生放大器注入种子光的光路中加入脉冲选择器(Pulse Picker, PP)，将锁模光脉冲的 重复频率从70MHz降为200KHz。这导致锁模光的利用率仅有0.四％，即2. 9W锁模光仅有 8. ^mW被用做种子光，其余的锁模光均被浪费，系统结构如图2所示。上述方法的另一个间题是，锁模种子源激光晶体及SESAM承受较大的热负 荷，不利于延长SESAM的使用寿命。为了避免这个问题，MiWiail Grishin(专利WO 2008/016287A1)采用低功率锁模源，加预放大方法提升种子光的单脉冲能量。具体来说，锁 模源输出的单脉冲能量仅为InJ 几nj，平均输出功率IOOmW 几百mW。为了防止无用的 锁模光脉冲萃取预放大器和再生放大器中的能量，同样采用脉冲选择器从锁模脉冲序列中 选出与再生放大器频率相同的脉冲序列作为种子源。将选出的锁模光脉冲( IOOKHz)导 入预放大器进行单程或双程放大，将单脉冲能量放大至50nJ以上，再导入再生放大器进行 最终放大。与J. Kleinbauer的方法相比，MiWiail Grishin的锁模源成本低，采用3W的半导 体泵浦源便可产生百mW的锁模光，且激光晶体和SESAM的热负荷小，有利于延长SESAM的 使用寿命。低能量锁模光经过脉冲选择器后，重复频率被降低，从而有效地防止了无用的锁 模光萃取预防大器内存储的能量，这有利于提高被选出锁模激光(ΙΟΟΚΗζ)的放大倍数。但 脉冲选择器同样需要二分之一波长电压来选脉冲，其驱动电源仍承受很大压力。且后者还 需要一级预放大才能将锁模光放大到所需的单脉冲能量，系统变得更复杂，如图3所示，这 不利于提高系统的稳定性。为增大锁模激光的单脉冲能量，采用的方法还有2009年U. Wegner等人在 OPTICSEXPRESS(Vol. 17, No. 25)上报道，通过腔倒空SESAM锁模方式实现重复频率1MHz，单 脉冲能量IOuJ的皮秒激光脉冲输出，但其相对较高的单脉冲能量，尤其是在激光器启动时 的调Q锁模过程，容易导致锁模元件SESAM的损伤。目前，全光纤皮秒激光器同样可实现高功率输出，但由于损伤原因，单脉冲能量也 限制在IOuJ以下。上述获得几十Uj到更高单脉冲能量的超短激光脉冲产生方法存在如下缺点1.高功率锁模激光器内的激光晶体及SESAM锁模元件需要承受很高的热负荷，不 利于延长SESAM的寿命。2.作为脉冲选择器的普克尔盒需加半波电压，驱动电源产生的热量与加到普克尔 盒两端电压的平方成正比，即驱动电源产生半波电压时所散发的热量是产生四分之一波长 电压产生热量的四倍。这增大了脉冲选择器驱动电源的的热负荷，不利于提高激光器的重
复频率。3.锁模光极低的利用率导致整个激光系统成本增加。因此，有必要建立一种可产生高重复频率、高稳定性、高能量超短激光脉冲的方 法，此方法可克服先前技术的缺点，减小锁模激光的热负荷及电光调制电源的压力，显著提 高锁模激光的利用效率，同时有效抑制了自发辐射光放大对输出光脉宽和稳定性的影响。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种可产生高重复频率(IkHz 500kHz)、高脉冲稳定 性、高单脉冲能量(几十uj 几百uj)的全固态超短激光脉冲的方法。该方法包括下列步 骤采用半导体激光器9端面泵浦源或半导体激光器9侧面泵浦源，泵浦Nd: YAG或 Nd GdVO4 或 Nd YVO4 或 Nd YLF 或 Yb YAG 或 Yb Glass 或 Yb KYff 激光工作物质 11，通过腔 倒空SESAM锁模技术，获得单脉冲能量大于50nJ、激光脉冲宽度介于lOOfs-lns之间的激光 作为种子源8 ；将此种子光18导入与之工作频率相同的半导体激光器连续端面泵浦或半导体激 光器连续侧面泵浦的Nd:YAG或NdiGdVO4或NdiYVO4或Nd:YLF或Yb:YAG或Yb:Glass或 YbiKYff再生放大器5进行放大，从而实现超短激光脉冲输出23。上述的端面泵浦源是连续端面泵浦源或者准连续端面泵浦源，侧面泵浦源是连续 侧面泵浦源或者准连续侧面泵浦源。在上述的方法中，当所使用的半导体激光泵浦源为连续端面泵浦或者连续侧面泵 浦时，种子源8和再生放大器5工作频率的选择范围是10kHz-500kHz ；当所使用的半导体 激光泵浦源为准连续端面泵浦或者准连续侧面泵浦时，种子源8和再生放大器5工作频率 的选择范围是IkHz-IOkHz。当所使用的半导体激光泵浦源为连续端面泵浦或者连续侧面泵浦时，最终得到单 脉冲能量50uJ到200uJ的超短激光脉冲输出23 ；当所使用的半导体激光泵浦源为准连续 端面泵浦或者准连续侧面泵浦时，最终得到单脉冲能量50uJ到ImJ的超短激光脉冲输出 23。与先前技术相比，本发明方法具有如下优势1.腔倒空SESAM锁模易于产生大单脉冲能量的锁模激光脉冲，有利于高重复工作 频率的再生放大光，实现稳定的输出，并且能有效抑制自发辐射光放大(ASE)的发生。2.腔倒空SESAM锁模激光的重复频率与再生放大频率相同，腔倒空输出的每个种 子光均被放大，极大地提高了种子光的利用效率。3.腔倒空SESAM锁模激光器采用低功率泵浦源( 3W)减少了激光器成本，也减 少了激光晶体及SESAM的热负荷，有利于延长腔倒空种子源的寿命。4.腔倒空SESAM锁模激光器采用电光调制器进行腔倒空，与在锁模激光器外选脉 冲的方式相比，前者只需给电光调制晶体加四分之一波长电压或更低，将驱动电源的热负 荷降低了 3/4以上，有利于提高电光调制驱动电源的工作频率，从而提高再生放大器的重 复频率。
图1(a) (C)示出再生放大器对不同能量种子光进行放大时，再生放大腔内能量 的变化过程，即再生放大成长过程波形。图1(d)示出在没有种子光注入时，再生放大腔的增益介质产生的自发辐射在谐 振腔内能量的变化过程，即再生放大腔调Q包络。
图2(a)示出了先前技术光路示意图，利用脉冲选择器将高重复频率( 100MHz) 的锁模光频率降低到与再生放大器相同的重复频率( ΙΟΟΚΗζ)，然后导入放大腔进行放 大，防止无用的锁模光萃取放大器内增益介质的储能。图2 (b)示出了将低能量锁模激光( InJ)选脉冲后作为种子光时，再生放大输 出效果。图2 (c)示出了将高能量锁模激光( 50nJ)选脉冲后作为种子光时，再生放大输 出效果。图3 (a)示出了将低能量锁模激光( InJ)选脉冲，然后导入双通放大器进行预 放大后，获得高能量( 50nJ)种子光，再进行再生放大的光路示意图。图3 (b)示出了图3 (a)所示光路结构所获得的再生放大效果。图4 (a)示出了腔倒空SESAM锁模激光器作为种子源，直接产生重复频率与再生放 大器重复频率相同，单脉冲能量> 50nJ的种子光，直接进行再生放大的光路示意图。图4(b)和(c)示出了图4(a)所示光路结构所获得的再生放大效果。图中，1为锁模振荡源，2为脉冲选择器，3为脉冲选择器中的普克尔盒，4为光隔离 器，5为再生放大器，6为再生放大器中的普克尔盒，7为前置放大器，8为种子源，9为腔倒空 SESAM锁模激光器的泵浦源，10为泵浦源的准直聚焦镜，11为激光工作物质，12何14为凹 面反射镜，13和19为平面反射镜，15为SESAM，16为腔倒空SESAM锁模激光器中的普克尔 盒，17为偏振片，18为腔倒空SESAM锁模激光器输出的垂直偏振种子光，20为λ /4波片，21 为光隔离器，21a为法拉第旋转器，21b为λ /2波片，22为水平偏振光，23为经再生放大器 放大后输出的垂直偏振光，M为腔倒空SESAM锁模激光器腔内光在一个时间周期(1/F)内 的变化过程，25为从种子光倒出到再生放大光输出这一时间段，沈为普克尔盒16加压脉冲 时间序列，27为再生放大器普克尔盒6加压脉冲时间序列，28为再生放大腔内光脉冲成长 过程。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明图1(a)示出了腔长1.2米，注入种子光能量50nJ，采用半导体连续泵浦再生放 大器的腔内成长过程波形。采用快速光电管探测再生放大腔某个全反镜的漏光，横坐标为 种子光在再生放大器内的震荡时间，纵坐标为腔内震荡光的光强，随着震荡次数的增多(t < 150ns)，种子光逐渐被放大，A时刻，种子光被放大到极大值，如果此时撤消普克尔盒两 端的电压，放大光将被导出到腔外。如果不撤消普克尔盒两端的电压，放大光会继续在腔内 震荡，但随着时间的延长(t > 150ns)，脉冲能量会持续降低，这是因为再生放大器增益介 质内绝大部分储能已被消耗，因此对激光的增益降低，当增益小于腔内损耗时，再生放大腔 就不能对震荡光进行放大了。图1 (b)示出了注入种子光能量IOnJ时，再生放大腔成长过程波形，由于注入种子 光能量低于前者，因此需要较多的放大次数才能达到增益饱和，t2时刻，种子光被放大到极 大值。图1(c)示出了注入种子光能量为InJ时，再生放大器的成长过程波形，同样，它需要 比注入种子光能量IOnJ时更多的放大次数，在t3时刻，种子光被放大到极大值。图1(d)示出了没有种子光注入，普克尔盒加压时间足够长时，用快速光电管监视再生放大腔某个全反镜获得的腔内自发辐射光产生的调Q包络。在没有外界受激辐射时， 自发辐射需要更长的时间才能建立起激光震荡，在t4时刻，自发辐射光被放大到极大值。图1 (c)中，注入种子光能量为11^，在t3时刻单脉冲能量达到极大值，但此时腔内 已产生自发辐射光放大(ASE)，这会影响输出放大光的脉冲宽度及能量稳定性，为抑制自发 辐射光放大的产生，需要缩短普克尔盒加压时间，若想同时保证种子光的能量被放大到极 大值，需要提高注入种子光的单脉冲能量，如图1(a)和图1(c)所示。图2和图3为先前技术的示意图，采用脉冲选择器2在锁模激光器1外选出与再 生放大器5重复频率相同的脉冲序列作为种子光，或在锁模脉冲序列中选出脉冲，再经过 预放大7后在导入再生放大器进行放大。上述方法种子光利用效率低，结构复杂，且普克尔 盒3需加λ/2电压才能使种子光的偏振态旋转90°，从而和偏振片组合成脉冲选择器，这 增加了普克尔盒驱动电源的制作难度，不利于提高再生放大的重复频率。图4(a)示出了本发明的系统光路图。具体实施例一腔倒空SESAM锁模激光器8采用半导体激光器9 (连续)作为激光晶体11的泵 浦源，半导体激光经过准直镜IOa和聚焦镜IOb整形后聚焦到激光晶体11内，准直聚焦镜 10a, lib镀对泵浦波长增透，震荡激光全反的二向色膜，防止激光谐振腔的漏光经准直聚焦 镜10b，IOa聚焦后而损坏泵浦源。激光晶体朝向泵浦源的端面Ila镀对泵浦光波长增透，对 震荡光波长高反的二向色膜，激光晶体11朝向谐振腔内的端面lib镀对震荡光的增透膜， 对于皮秒激光系统，激光晶体11的材料为Nd YAG, Nd YLF, Nd YV04，Nd GdV04等，对于飞秒 激光系统，激光晶体11材料为Nd:GlaSS，Yb:YAG, %:KYW等。在高重复频率(> 100kHz) 条件工作时，最佳的晶体材料为Nd:YV04和Nd:GdV04，二者短的上能级寿命(< 90 μ s)支 持高重复频率输出；大的受激发射截面使得出光阈值低，光光转换效率高；强的自然双折 射特性保证在强泵浦情况下仍输出偏振光。但二者具有较强的热透镜效应，即使在很低的 泵浦功率下，谐振腔内都需要对热透镜效应进行补偿，谐振腔8中的凹面全反镜12即起到 补偿激光晶体热透镜效应的作用。全反镜13a，1 用来折叠激光器光路，压缩激光器体积， 凹面全反镜14用来将腔内震荡光聚焦到SESAM 15上，从而实现IOkHz 500kHz稳定锁 模，SESAM上震荡光斑半径约为lOOum。垂直于震荡光传播方向旋转激光晶体11，使腔内震 荡光的偏振方向平行于水平面，然后在谐振腔内插入允许水平偏振光透过的布儒斯特偏振 片17，由于偏振片透震方向与震荡光偏振方向平行，因此偏振片插入损耗很小。在腔内插 入电光调制普克尔盒16，通过控制普克尔盒16的加压频率来控制腔倒空输出的重复频率， 通过改变加压大小来实现腔倒空输出的倒空率，当普克尔盒16两端施加λ /4电压时，腔内 震荡的水平偏振光在往返经过普克尔盒时被完全旋转成垂直偏振光而被偏振片17反射出 谐振腔外形成腔倒空锁模激光序列18，此时对应的倒空率为100% ；若施加到普克尔盒16 两端的电压值低于λ/4电压，腔内震荡的水平偏振光在往返经过普克尔盒时被部分旋转 成垂直偏振光而输出到谐振腔外，此时对应的倒空率低于100%。腔倒空脉冲序列18被全 反镜19反射，经过λ /2波片后被旋转为水平偏振光，再经过由偏振片17，法拉第光学旋转 器21a和λ /2波片21b组成的光隔离器21后导入再生放大器5进行放大，当种子光能量 被放大到最大值时，撤销掉再生放大器内的普克尔盒6两端的λ/4电压，放大光将沿注入 光22的反方向输出，经光隔离器21后，放大光被旋转为垂直偏振光23，从而防止反馈回腔倒空锁模激光器损伤光学元件，以IOOkHz重复频率为例，其输出光效果如图4(b)所示。图4(d)示出了本发明的时序图，波形M为采用快速光电管从腔倒空锁模激光 器的某个全反镜探测漏光的得到的腔内震荡光的波形，腔内普克尔盒调制频率为F(从 IOkHz 500kHz可选)，周期为1/F。波形沈为普克尔盒加压波形序列，波形18为腔倒空 锁模激光输出单脉冲波形序列，波形27为再生放大器普克尔盒加压脉冲序列，波形观为 采用快速光电管从再生放大器的某个全反镜探测漏光得到的再生放大成长过程波形序列 波形23为再生放大输出单脉冲波形序列。虚线框25所包围部分在时间轴上的放大图如图 4(e)所示，当腔倒空锁模激光器完成一次腔倒空输出，在下一次腔倒空开始前，腔内锁模光 的幅度达到稳定值，采用此锁模光脉冲序列M作为腔倒空普克尔盒的同步时钟，通过调节 加压延迟PD1可精确控制普克尔盒16加压时锁模激光相对于普克尔盒的位置，调节普克尔 盒16加压脉冲^a的脉冲宽度PW1,使其宽度小于锁模光周期Ι/f即可实现将腔内的锁模光 脉冲Ma导出到腔外形成腔倒空输出18a，锁模光被导出腔外后，腔内锁模光幅值会降低， 如波形24b所示。精确调节普克尔盒16和普克尔盒6的加压延迟PD2,使腔倒空激光18a 在最佳的时刻导入再生放大器进行放大，通过调节再生放大器普克尔盒6加压脉冲27a的 脉冲宽度PW2来控制锁模光在再生放大器内的震荡次数。波形28a为再生放大腔内成长过 程波形，成长过程波形内的脉冲间隔t取决于再生放大器的腔长，而腔长取决于普克尔盒 加压的上升沿时间，典型的上升沿时间小于5ns，再生放大腔长值<&1，随着加压时间的延 长，腔内脉冲能量逐渐升高，当种子光能量被放大到极大值28b时，撤掉普克尔盒6两端的 电压27a，被放大到极大值的种子光脉冲28b将被导出到腔外，形成最终的单脉冲输出23a。具体实施例二 腔倒空SESAM锁模激光器8采用半导体激光器9 (准连续)作为激光晶体11的泵 浦源，半导体激光经过准直镜IOa和聚焦镜IOb整形后聚焦到激光晶体11内，准直聚焦镜 10a, lib镀对泵浦波长增透，震荡激光全反的二向色膜，防止激光谐振腔的漏光经准直聚焦 镜10b，IOa聚焦后而损坏泵浦源。激光晶体朝向泵浦源的端面Ila镀对泵浦光波长增透，对 震荡光波长高反的二向色膜，激光晶体11朝向谐振腔内的端面lib镀对震荡光的增透膜， 对于皮秒激光系统，激光晶体11的材料为Nd YAG, Nd YLF, Nd YV04，Nd GdV04等，对于飞秒 激光系统，激光晶体11材料为Nd:GlaSS，％:YAG，％:KYW等。凹面全反镜12起到补偿激光 晶体热透镜效应的作用。全反镜13a，13b用来折叠激光器光路，压缩激光器体积，凹面全反 镜14用来将腔内震荡光聚焦到SESAM 15上，从而实现IkHz IOkHz稳定锁模，SESAM上震 荡光斑半径约为lOOum。垂直于震荡光传播方向旋转激光晶体11，使腔内震荡光的偏振方 向平行于水平面，然后在谐振腔内插入允许水平偏振光透过的布儒斯特偏振片17，由于偏 振片透震方向与震荡光偏振方向平行，因此偏振片插入损耗很小。在腔内插入电光调制普 克尔盒16，通过控制普克尔盒16的加压频率来控制腔倒空输出的重复频率，通过改变加压 大小来实现腔倒空输出的倒空率，当普克尔盒16两端施加λ /4电压时，腔内震荡的水平偏 振光在往返经过普克尔盒时被完全旋转成垂直偏振光而被偏振片17反射出谐振腔外形成 腔倒空锁模激光序列18，此时对应的倒空率为100% ；若施加到普克尔盒16两端的电压值 低于λ/4电压，腔内震荡的水平偏振光在往返经过普克尔盒时被部分旋转成垂直偏振光 而输出到谐振腔外，此时对应的倒空率低于100%。腔倒空脉冲序列18被全反镜19反射， 经过λ/2波片后被旋转为水平偏振光，再经过由偏振片17，法拉第光学旋转器21a和λ/2波片21b组成的光隔离器21后导入再生放大器5进行放大，当种子光能量被放大到最大值 时，撤销掉再生放大器内的普克尔盒6两端的λ/4电压，放大光将沿注入光22的反方向输 出，经光隔离器21后，放大光被旋转为垂直偏振光23，从而防止反馈回腔倒空锁模激光器 损伤光学元件，以IkHz重复频率为例，其输出光效果如图4(c)所示。
图4(d)示出了本发明的时序图，波形M为采用快速光电管从腔倒空锁模激光 器的某个全反镜探测漏光的得到的腔内震荡光的波形，腔内普克尔盒调制频率为F(从 IkHz IOkHz可选)，周期为1/F。波形沈为普克尔盒加压波形序列，波形18为腔倒空锁 模激光输出单脉冲波形序列，波形27为再生放大器普克尔盒加压脉冲序列，波形观为采用 快速光电管从再生放大器的某个全反镜探测漏光得到的再生放大成长过程波形序列波形 23为再生放大输出单脉冲波形序列。虚线框25所包围部分在时间轴上的放大图如图4(e) 所示，当腔倒空锁模激光器完成一次腔倒空输出，在下一次腔倒空开始前，腔内锁模光的幅 度达到稳定值，采用此锁模光脉冲序列M作为腔倒空普克尔盒的同步时钟，通过调节加压 延迟PD1可精确控制普克尔盒16加压时锁模激光相对于普克尔盒的位置，调节普克尔盒16 加压脉冲26a的脉冲宽度PW1，使其宽度小于锁模光周期Ι/f即可实现将腔内的锁模光脉冲 2 导出到腔外形成腔倒空输出18a，锁模光被导出腔外后，腔内锁模光幅值会降低，如波 形24b所示。精确调节普克尔盒16和普克尔盒6的加压延迟PD2,使腔倒空激光18a在最 佳的时刻导入再生放大器进行放大，通过调节再生放大器普克尔盒6加压脉冲27a的脉冲 宽度PW2来控制锁模光在再生放大器内的震荡次数。波形28a为再生放大腔内成长过程波 形，成长过程波形内的脉冲间隔t取决于再生放大器的腔长，而腔长取决于普克尔盒加压 的上升沿时间，典型的上升沿时间小于5ns，再生放大腔长值< 2m，随着加压时间的延长， 腔内脉冲能量逐渐升高，当种子光能量被放大到极大值28b时，撤掉普克尔盒6两端的电压 27a，被放大到极大值的种子光脉冲28b将被导出到腔外，形成最终的单脉冲输出23a。
权利要求
1.高重复频率超短激光脉冲产生方法，其特征在于该方法包括下列步骤采用半导体激光器(9)端面泵浦源或半导体激光器(9)侧面泵浦源，泵浦Nd: YAG或 Nd GdVO4 或 Nd YVO4 或 Nd YLF 或 Yb YAG 或 Yb Glass 或 Yb KYff 激光工作物质(11)，通过 腔倒空SESAM锁模技术，获得单脉冲能量大于50nJ、激光脉冲宽度介于lOOfs-lns之间的激 光作为种子源(8)；将此种子光(18)导入与之工作频率相同的半导体激光器连续端面泵浦或半导体激光 器连续侧面泵浦的 Nd YAG 或 Nd GdVO4 或 Nd YVO4 或 Nd YLF 或 Yb YAG 或 ％ Glass 或 Yb KYff 再生放大器( 进行放大，从而实现超短激光脉冲输出03)。
2.根据权利要求1所述的高重复频率超短激光脉冲产生方法，其特征在于所述的端面 泵浦源是连续端面泵浦源或者准连续端面泵浦源，侧面泵浦源是连续侧面泵浦源或者准连 续侧面泵浦源。
3.根据权利要求2所述的高重复频率超短激光脉冲产生方法，其特征在于，当所使用 的半导体激光泵浦源为连续端面泵浦或者连续侧面泵浦时，种子源(8)和再生放大器(5) 工作频率的选择范围是10kHz-500kHz ；当所使用的半导体激光泵浦源为准连续端面泵浦 或者准连续侧面泵浦时，种子源(8)和再生放大器( 工作频率的选择范围是lkHz-lOkHz。
4.根据权利要求2所述的高重复频率超短激光脉冲产生方法，其特征在于，当所使用 的半导体激光泵浦源为连续端面泵浦或者连续侧面泵浦时，最终得到单脉冲能量50uJ到 200uJ的超短激光脉冲输出；当所使用的半导体激光泵浦源为准连续端面泵浦或者准 连续侧面泵浦时，最终得到单脉冲能量50uJ到ImJ的超短激光脉冲输出03)。
全文摘要
本发明提供一种获得高重复频率(1kHz～500kHz)、高脉冲稳定性、高单脉冲能量(50uJ～1mJ)的全固态超短激光脉冲方法，属于超短激光脉冲技术领域。采用腔倒空SESAM锁模与再生放大器相结合，提高了高重复频率再生放大器的稳定性，并抑制自发辐射光放大(ASE)的发生。腔倒空锁模激光种子源，其频率与再生放大频率相同，提高了种子光的利用效率。种子源采用低功率泵浦(～3W)减少了激光晶体及SESAM的热负荷，有利于延长种子源的寿命。锁模激光器外选脉冲需给电光调制晶体加λ/2电压，而腔倒空锁模激光器只需加λ/4电压或更低，将电光调制驱动电源的热负荷降低了3/4以上，有利于提高再生放大器的重复频率。
文档编号H01S3/098GK102074884SQ20101059524
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者常亮, 李港, 陈檬 申请人:北京工业大学