一种分体式飞秒激光器的制作方法

本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种分体式飞秒激光器。

背景技术：

780nm飞秒激光是一种应用非常广泛的脉冲激光，在诸如非线性光学成像、超快光谱学、太赫兹产生等领域发挥着重要作用。

产生780nm波段飞秒激光的方法多采用基于钛蓝宝石晶体的种子加二级放大技术，基于这种技术产生的780nm飞秒激光单脉冲能量高，稳定性好，但是造价高昂。因此人们希望寻找一种低成本的替代方案，近年来，基于掺铒光纤产生780nm飞秒激光的技术不断发展，逐渐成为一种极具竞争力的低成本替代方案。

目前基于掺铒光纤产生780nm飞秒激光的技术大体上分成两个部分，首先第一步由掺铒光纤产生高能量的1560nm飞秒激光，产生方式与基于钛蓝宝石产生780nm飞秒激光的方法类似，由种子和二级放大组成；之后，第二步是将高能量1560nm飞秒激光进行脉宽压缩和倍频操作，从而获得高能量780nm飞秒激光。

基于掺铒光纤产生780nm的飞秒激光器已经广泛应用在工程和科研任务中，此类激光器多采用一体设计，即将1560nm飞秒激光与脉宽压缩、倍频模块封装成一个整体。

在一般情况下，该设计并没有什么问题，但在某些特殊场合，如一些对于振动较为敏感的科研任务中(比如，激光表面处理、激光光谱实验、激光扫描等)，一体化设计往往会引入更大振动，从而增加了实验结果的不确定性。另外，现有一体设计的780nm飞秒激光器的光路设计不合理，使得飞秒激光器的体积较大。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种分体式飞秒激光器，将振动部分与无振动部分分离，可避免飞秒激光器的振动对实验结果造成影响。

具体技术方案如下：

一种分体式飞秒激光器，包括通过光纤相连的振动单元和无振动单元；

所述的振动单元包括：

散热基底；

若干个半导体发光二极管，安装在散热基底上，输出泵浦激光；

稳压电源，为分体式飞秒激光器供电；

所述的无振动单元具有两层结构，包括：

一层为光纤激光器，对所述的泵浦激光进行震荡、放大，产生种子飞秒激光；

另一层为脉宽压缩与倍频模块，对所述的种子飞秒激光进行脉宽压缩与倍频操作，产生倍频的飞秒激光。

激光器的振动主要来自于散热系统中散热风扇的转动，本实用新型的分体式飞秒激光器将产生振动的散热系统与无振动的激光产生系统分离开来，分成有振动的振动单元和无振动的无振动单元，两部分通过光纤连接，可有效避免振动单元产生的振动对无振动单元产生影响。

所述的半导体发光二极管输出980nm的泵浦激光，经所述的掺铒光纤激光器进行震荡、放大后产生1560nm的飞秒激光，最后经脉宽压缩与倍频操作后产生780nm的飞秒激光。

优选的，所述的散热基底的材质为铝合金。铝合金导热性能好，散热效果较好。

优选的，所述的振动单元包括温控器，安装在散热基底上，根据振动单元的温度控制散热风扇的运转。

优选的，所述的散热基底和稳压电源位于散热风扇的风道上。

优选的，所述的光纤激光器包括：

震荡器，含有第一光纤，所述第一光纤受到所述的泵浦激光的泵浦作用发生受激辐射，产生种子光并进入一级放大组件进行放大；

一级放大组件，含有第二光纤、环形器与光纤型啁啾光栅，所述的泵浦激光进入第二光纤作为一级放大的泵浦光，一级放大后的放大激光通过环形器与光纤型啁啾光栅进行脉冲展宽后，进入二级放大组件；

二级放大组件，与一级放大组件相同，对进入的放大激光进行二级放大，输出所述的种子飞秒激光。

优选的，所述的光纤激光器包含掺铒光纤，所述的掺铒光纤受到所述的泵浦激光的泵浦作用发生受激辐射，产生1560nm的激光。

所述的脉宽压缩与倍频模块包括：

光纤准直耦合器，将所述的种子飞秒激光转化为空间光；

透射光栅对，包括第一透射光栅和第二透射光栅，对所述的种子飞秒激光进行脉冲压缩；所述空间光依次透过第一透射光栅和第二透射光栅；

反射镜，将透过第一透射光栅和第二透射光栅的光原路返回，再依次透过第二透射光栅和第一透射光栅；

PPLN倍频晶体，透过第二透射光栅和第一透射光栅的光透过PPLN倍频晶体实现倍频操作，输出倍频的飞秒激光。

该脉宽压缩与倍频模块的光路经过了特殊优化，使得其结构紧凑、体积较小。

优选的，所述的脉宽压缩与倍频模块具有1/4玻片和第一1/2玻片；所述的空间光依次透过1/4玻片和第一1/2玻片后再进入所述的透射光栅对。

1/4玻片对空间光的线偏振性进行调整，在通过第一1/2玻片优化空间光的偏振方向，提高进入透射光栅对的空间光的质量。

优选的，所述的脉宽压缩与倍频模块具有第二1/2玻片、第一透镜、第二透镜和滤光片；透过第二透射光栅和第一透射光栅的光依次透过第二1/2玻片、第一透镜、PPLN倍频晶体、第二透镜和滤光片后，形成倍频的飞秒激光。

第二1/2玻片对透过第二透射光栅和第一透射光栅的光的偏振方向进行优化，第一透镜将优化后的光聚焦到PPLN倍频晶体进行倍频操作，产生的倍频光经第二透镜重新转换为平行光输出，滤光片将780nm以外的非必要波段激光滤除，从而输出高质量的780nm的飞秒激光。

最优选的，所述的脉宽压缩与倍频模块包括光纤准直器、1/4玻片、第一1/2玻片、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、透射光栅对、第二1/2玻片、第一透镜、第二透镜、PPLN倍频晶体以及滤光片；

其光路描述如下：所述的种子飞秒激光经光纤准直器转换为空间光；所述空间光依次透过1/4玻片和第一1/2玻片，被第一反射镜反射后进入透射光栅对；透过透射光栅对后被第二反射镜反射原路返回，透过透射光栅对后依次被第三反射镜和第四反射镜反射后，再依次透过第二1/2玻片和第一透镜，在PPLN倍频晶体上聚焦并进行倍频操作，产生的倍频光依次透过第二透镜和滤光片。

该光路结构更加紧凑，使得无振动单元的体积更小。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的分体式飞秒激光器将产生振动的散热系统与无振动的激光产生系统分离开来，分成有振动的振动单元和无振动的无振动单元，两部分通过光纤连接，可有效避免振动单元产生的振动对无振动单元产生影响；

(2)无振动单元的光路设计合理，使得无振动单元的结构非常紧凑、体积小巧。

附图说明

图1为实施例中振动单元的结构示意图；

图2为实施例中掺铒光纤激光器的结构示意图；

图3为实施例中脉冲压缩与倍频模块的结构示意图；

图4为分体式780nm飞秒激光器输出的飞秒激光的测试结果图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本实用新型所采取的技术手段及其效果，下面以分体式780nm飞秒激光器为例，结合附图对本实用新型的技术方案作进一步详细描述。

本实用新型分体式780nm飞秒激光器的一个具体实施方式为：包括振动单元和无振动单元，二者通过光纤连接。

振动单元的结构如图1所示，该单元主要包括以下组件：三个980nm半导体发光二极管(LD1、LD2、LD3)，一个温控驱动控制电路板1，一个散热铝合金基底2，两个风扇3以及两个个稳压电源4。其中半导体发光二极管、电路板1以及稳压电源4为主要产热组件，将散热铝合金基底2设计为“梳子”状结构，可以增加基底2的体表面积，使散热更有效，同时两个风扇3对着铝合金基底2吹风，进一步提升散热效率，两个稳压电源4置于风道后端，其产生的热量也可以迅速被带走。三个半导体发光二极管发出的激光将作为输出，由光纤引导进入无振动单元。

无振动单元主要分成上、两层结构，上层为1560nm掺铒光纤激光器，其产生的1560nm飞秒激光将被耦合到下层的脉宽压缩与倍频模块，通过脉宽压缩与倍频操作，产生需要的780nm飞秒激光。

无振动单元上层的1560nm掺铒光纤激光器的具体结构如图2所示。首先由振动单元传输过来的980nmLD1半导体激光通过波分复用器51耦合进入震荡器部分，第一段掺铒光纤61受到980nm激光泵浦发生受激辐射，产生1560nm种子光，可饱和吸收体7控制输出能量，再由隔离器81和82控制输出方向。经过震荡产生的1560nm激光通过分束器9输出进入一级放大单元，LD2半导体激光耦合进入第二段掺铒光纤62作为一级放大的泵浦光，一级放大后的1560nm激光通过环形器10与光纤型啁啾光栅11进行脉冲展宽后进入二级放大。与一级放大类似，LD3半导体激光作为泵浦光耦合进第三段掺铒光纤63，进行二级放大，最后输出1560nm飞秒激光。

无振动单元下层的脉冲压缩与倍频模块的具体结构如图3所示。首先，上层产生的1560nm飞秒激光由右上角的光纤准直器12耦合转化为空间光。通过一个1/4波片13调整线偏振性，再通过一个1/2波片141优化偏振方向，随后由M1反射镜反射到G1/G2透射光栅对，M4反射镜将激光高度降低后原路返回，从而完成4次经过透射光栅，实现脉冲压缩。降低高度后的1560nm飞秒激光由M2反射镜(M2的镜架最高沿需要低于M1反射镜反射到G1/G2透射光栅对的光路高度，防止挡光)、M3反射镜反射进入输出光路，首先通过一个1/2波片142优化偏振方向，再由L1透镜聚焦到PPLN倍频晶体15上产生780nm倍频光，随后由L2透镜将发散光重新转换为平行光输出，滤光片16负责滤除780nm以外的所有非必需波段激光，输出780nm激光。

本实施例的整个无振动单元的尺寸为230cm×270cm×180cm。

本实用新型的分体式780nm飞秒激光器的结构紧凑、体积小巧，其体积是现有一体式780nm飞秒激光器的一半左右。

对本实用新型的分体式780nm飞秒激光器输出的飞秒激光进行测试，其脉冲持续时间为186fs，如图4所示，达到设计标准。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施举例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。