專利名稱：半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種激光器，特別是一種復合激光介質光學諧振腔腔內鎖模的低重復頻率全固態皮秒946nm波長激光器以及超短脈沖激光變頻技術。
背景技術：
半導體激光器(Diode laser，簡稱LD)泵浦的全固態皮秒激光器可以取代當今使用范圍較為廣泛的液體染料皮秒激光器，解決了以染料作為可飽和吸收體鎖模時重復性差的缺陷，也從根本上解決了有毒染料對于環境的污染，是集環保、低能耗為一體化的高科技
激光產品。 當前，全固態皮秒激光器在工業、醫療、材料加工、科學研究、非線性頻率變換等領域具有廣泛的用途，尤其是具有高峰值功率、低重復頻率的皮秒藍光激光器在生物醫療、超大規模集成電路元件封裝、芯片光刻、高密度光盤存儲、超快過程研究以及軍事等領域有著重要的應用。因此，低重復頻率全固態皮秒藍光激光器在使用上有著良好的市場前景。另外，基于半導體激光器泵浦技術發展起來的全固體激光器具有體積小、效率高、結構緊湊、性能穩定、工作安全等優點，成為了當今激光技術發展的主流，發展半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器具有重要的應用價值。
發明內容本實用新型的目的在于，提供一種半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器，該激光器采用了復合激光介質光學諧振腔腔內鎖模技術以及超短脈沖激光頻率變換技術，不僅保障了連續鎖模激光器具有重復頻率低、光束質量高等特點，而且保障了激光器整機具有結構緊湊、體積小、性能穩定的特點。為了實現上述任務，本實用新型采取如下的技術解決方案—種半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器，其特征在于，包括半導體激光器、單模光纖、光學聚焦耦合器、復合激光介質、第一平面反射鏡M1、第二平面反射鏡M2、第一凹面反射鏡M3、第三平面反射鏡M4、第四平面反射鏡M5、第二凹面反射鏡M6、半導體可飽和吸收反射鏡、稱合輸出鏡、格蘭泰勒棱鏡、法拉第旋光器、45° λ /4旋光片、凸透鏡以及I類非臨界匹配LBO晶體；其中第一條光路為半導體激光器泵浦復合激光介質光路，半導體激光器出射的泵浦光耦合進入單模光纖，由單模光纖的尾端出射，經光學聚焦耦合器，穿過第一平面反射鏡M1后，聚焦于復合激光介質的泵浦面；第二條光路為光學諧振腔內基模振蕩光路，所述的光學諧振腔由第一平面反射鏡M1、第二平面反射鏡M2、第一凹面反射鏡M3、第三平面反射鏡M4、第四平面反射鏡M5、第二凹面反射鏡M6、半導體可飽和吸收反射鏡以及耦合輸出鏡構成；該光學諧振腔為多鏡折疊腔，基模諧振光束在反射鏡處折疊，控制光學諧振腔的各折疊角都應小于5° ;當復合激光介質吸收泵浦光能量后產生受激輻射，輻射光在光學諧振腔內來回反射，形成駐波；輻射每當穿過復合激光介質時，其光強便會增強；隨著光學諧振腔內基模功率的增加，達到半導體可飽和吸收反射鏡的調制深度時，半導體可飽和吸收反射鏡的吸收體被漂白，將光學諧振腔內振蕩的基模模式鎖定，使半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態激光器處于連續鎖模狀態；光學諧振腔內鎖模皮秒脈沖激光束經I禹合輸出鏡出射；第三條光路為非線性晶體倍頻光路，連續鎖模皮秒脈沖激光經耦合輸出鏡輸出，經過格蘭泰勒棱鏡、法拉第旋光器以及45° λ /4旋光片構成了光束單向傳輸器后，被凸透鏡聚焦于I類非臨界匹配LBO晶體上，由其非線性極化倍頻效應，產生藍光皮秒脈沖激光輸出。本實用新型的半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器，是基于半導體激光器泵浦復合激光介質光學諧振腔腔內鎖模技術以及非線性晶體光學諧振腔外倍頻技術上研制出的全固態激光系統，使得低重復頻率的皮秒激光器無需受機械制造工藝的限制便可獲得穩定的連續鎖模脈沖激光輸出，而I類非臨界匹配LBO晶體的使用極大地提 高了超短脈沖激光的倍頻轉換效率。全固態皮秒藍光激光器不僅有重復頻率低，藍光轉換效率高，光束質量好等特點，而且具有結構緊湊、性能穩定的特點。整機使用操作簡便，在生物醫療、超大規模集成電路元件封裝、芯片光刻、高密度光盤存儲、超快過程研究以及軍事等領域有著重要的應用。使用復合激光介質的優點在于第一，使用了單端擴散鍵合(YAG-Nd = YAG)或雙端擴散鍵合(YAG-Nd = YAG-YAG)兩種復合激光介質；第二，YAG與Nd = YAG擴散鍵合時進行了楔角的加工與處理；第三，復合激光介質的通光端面也進行了楔角的加工與處理；第四，復合激光介質的兩個通光面鍍有特制的膜系結構；第五，復合激光介質被放置于紫銅夾塊之中。在激光器正常工作時，對復合激光介質進行了強制冷卻措施。其作用在于減小復合激光介質熱效應對于鎖模皮秒激光器的影響，以及抑制光學諧振腔內出現法布里珀羅諧振腔給鎖模帶來的影響。所使用的光學諧振腔，優點在于第一，連續鎖模皮秒激光由耦合輸出鏡沿單一方向輸出；第二，光學諧振腔經過多次折疊，其總長約達到3m 5m，有效地降低了皮秒激光器的重復頻率；第三，光學諧振腔的每個腔鏡，其表面的鍍膜都有著嚴格的要求，以保證腔內946nm波長激光振蕩，同時有效地抑制了 1064nm波長和1342nm波長的起振；第四，光學諧振腔的各折疊角都需嚴格的控制，其折疊角應小于5°，減小由于光學諧振腔的折疊引起的像散。對于使用的半導體可飽和吸收反射鏡，其優點在于第一，半導體可飽和吸收反射鏡有著特殊的參數要求；第二，半導體可飽和吸收反射鏡被焊接在紫銅冷卻塊上，在激光器正常工作時，對其強制了冷卻措施。有效地消除了光學諧振連續鎖模時高峰值功率脈沖激光對半導體可飽和吸收反射鏡的損壞；第三，半導體可飽和吸收反射鏡、紫銅冷卻塊以及其三位調整鏡架被安放于一個一維精密平移臺上，可嚴格控制入射至半導體可飽和吸收反射鏡上基模光斑的大小。對于使用的格蘭泰勒棱鏡、法拉第旋光器以及45° λ/4旋光片，其三者配合使用，構成了光束單向傳輸器，有效地消除了非線性晶體倍頻時其表面反射回溯激光對于光學諧振腔內鎖模狀態的影響。對于使用的I類非臨界匹配LBO晶體，其優點在于第一，LBO晶體按照I類非臨界匹配方式進行了切割，切割角度為Θ =90°，φ = 19.37°;第二，LBO晶體兩個通光面鍍有946nm波長和473nm波長的雙色增透膜；第三，LBO晶體安放于套筒支架中，由熱管爐加熱，并由精密控溫儀控制其溫度。此倍頻方式，不僅可以使得全固態皮秒藍光激光器獲得較高的倍頻轉換效率，較高的藍光激光光束質量，而且具有操作方便、簡單易行的特點。
圖I是本實用新型的結構示意圖。圖2是光學聚焦耦合器安裝結構圖。圖3是復合激光介質結構圖。其中，圖(a)表示梯形單端擴散鍵合YAG-NchYAG復 合激光介質，圖(b)表示平行四邊形單端擴散鍵合YAG-NchYAG復合激光介質，圖(c)表示梯形雙端擴散鍵合YAG-Nd = YAG-YAG復合激光介質，圖(d)表示平行四邊形雙端擴散鍵合YAG-NdiYAG-YAG復合激光介質。圖4是復合激光介質與其紫銅夾塊結構示意圖。圖5是半導體可飽和吸收反射鏡以及其紫銅冷卻塊結構示意圖。圖6是半導體可飽和吸收反射鏡以及其紫銅冷卻塊安裝結構圖。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
具體實施方式
眾所周知，光學諧振腔的腔長是決定鎖模脈沖激光重復頻率的重要因素之一。連續鎖模皮秒激光器輸出的脈沖激光要有低的重復頻率，其光學諧振腔的腔長要增加，也就增加了激光器的體積。另外，對于鎖模激光器而言，要獲得穩定的鎖模輸出，就必須保障光學諧振腔內的光束具有基模運轉狀態。隨著激光器體積增加，環境溫度變化以及機械擾動等因素對于光學諧振腔內基模運轉的影響便較為靈敏，使得腔內諧振的模式發生改變，影響了鎖模的不穩定。金屬隨環境溫度的熱脹冷縮，是機械制造中無法克服的事實，這無疑給皮秒激光器的制造提出了嚴格地要求。參見附圖I 4，本實施例給出一種半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器，包括半導體激光器I、單模光纖2、光學聚焦耦合器3、復合激光介質5、第一平面反射鏡M1 (4)、第二平面反射鏡M2 (6)、第一凹面反射鏡M3 (11)、第三平面反射鏡M4 (7)、第四平面反射鏡M5 (8)、第二凹面反射鏡M6 (9)、半導體可飽和吸收反射鏡10、耦合輸出鏡12、格蘭泰勒棱鏡13、法拉第旋光器14、45° λ/4旋光片15、凸透鏡16以及I類非臨界匹配LBO晶體17，其中第一條光路為半導體激光器I泵浦復合激光介質5光路，半導體激光器I出射的泵浦光耦合進入單模光纖2，經光學聚焦耦合器3，穿過第一平面反射鏡M1 (4)后聚焦于復合激光介質5端面；第二條光路為光學諧振腔內基模振蕩光路，光學諧振腔由第一平面反射鏡M1 (4)、第二平面反射鏡M2(6)、第一凹面反射鏡M3(Il)、第三平面反射鏡M4(7)、第四平面反射鏡M5(S)、第二凹面反射鏡M6(9)、半導體可飽和吸收反射鏡10、耦合輸出鏡12構成；該光學諧振腔為多鏡折疊腔，基模諧振光束在反射鏡處折疊，為了減小由于折疊所產生的像散，應嚴格控制光學諧振腔的各折疊角都應小于5°。當復合激光介質5吸收泵浦光能量后產生受激輻射，輻射光在光學諧振腔內來回反射，形成駐波；輻射每當穿過復合激光介質5時，其光強便會增強；隨著光學諧振腔內基模功率的增加，達到半導體可飽和吸收反射鏡10的調制深度時，半導體可飽和吸收反射鏡10的吸收體被漂白，將光學諧振腔內振蕩的基模模式鎖定，使半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態激光器處于連續鎖模狀態；光學諧振腔內鎖模皮秒脈沖激光束經耦合輸出鏡12出射。第三條光路為非線性晶體倍頻光路，連續鎖模皮秒脈沖激光經耦合輸出鏡12輸出，經過格蘭泰勒棱鏡13、法拉第旋光器14以及45° λ /4旋光片15構成了光束單向傳輸器后，被凸透鏡16聚焦于I類非臨界匹配LBO晶體17上，由其非線性極化倍頻效應，產生藍光皮秒脈沖激光輸出。本實施例中，用于連接半導體激光器I的為單模光纖2，單模光纖2的芯徑選擇范 圍為400 μ m 600 μ m,數值孔徑為O. 22。本實施例中，光學聚焦耦合器3用于將單模光纖2出射的泵浦光束聚焦于復合激光介質5上。光學聚焦耦合器3為一個平凸透鏡與一個膠合透鏡組成的成像比2 3的光學系統，其聚焦焦距連續可調，可調范圍為50mm 80mm之間。平凸透鏡與膠合透鏡的焦距選取范圍為30mm 80mm,平凸透鏡與膠合透鏡之間的調整距離為5mm IOmm ;為提高光學聚焦耦合器3的傳輸效率，平凸透鏡與膠合透鏡的兩通光面鍍有808nm高透膜(透過率T
>99. 9% )。本實施例中，光學聚焦耦合器3安裝于一個光學調整支架18上(圖2)，并固定在一個一維精密平移臺19上。通過平移臺19移動旋鈕的調節，調整光學聚焦耦合器3與復合激光介質5的距離，距離范圍為50mm 80mm。這樣做的目的在于使得光學聚焦耦合器3傳輸的泵浦光斑與復合激光介質5內基模振蕩光斑之間有好的模式匹配。本實施例中，復合激光介質5為激光介質，進行了楔角的加工與處理(圖3)。復合激光介質5采用單端擴散鍵合介質(YAG-Nd = YAG)或雙端擴散鍵合(YAG-Nd: YAG-YAG)介質，泵浦光由YAG —側進入復合激光介質5內；其中，YAG厚度為2mm至3mm，而Nd:YAG厚度為3mm至4mm ;其中的Nd = YAG部分釹離子的摻雜質量百分數為O. 3%至I. 0%之間，這樣做的目的在于減小激光介質熱效應對于鎖模皮秒激光器的影響。復合激光介質5中YAG的入射泵浦面的楔角加工角度為α，另一端為與Nd = YAG擴散鍵合面的楔角加工角度為β，而Nd = YAG的一端與YAG相鍵合連接，另一端做楔角加工，楔角加工角度為α，其中α與β的角度范圍為2° 5°之間，在復合激光介質5內α與β不能相等，復合激光介質5的整體切割外形為梯形或平行四邊形。這樣做的目的在于抑制鎖模激光器光學諧振腔內出現法布里珀羅光學諧振腔給鎖模帶來的影響。復合激光介質5的兩個通光面均鍍有膜系結構為808nm波長、946nm波長、1064nm、1342nm的四色膜，其中，808nm波長高透膜(透過率T > 90% )、946nm波長高透膜(透過率T > 99. 8% ), 1064nm波長高透膜(透過率T > 80% )、1342nm波長高透膜(透過率T >80% )。在實施過程中，復合激光介質5被放置于紫銅夾塊20之中(圖4)。在放置之前，應在復合激光介質5周邊均勻涂抹導熱硅脂，用銦膜包裹，再放置于水冷卻紫銅夾塊20之中。并用循環水冷機抽運方式，對紫銅夾塊20進行冷卻，水溫設定于15°C左右。這樣做的目的在于通過冷卻紫銅夾塊的方式，達到進一步減小復合激光介質5熱效應的目的，保障皮秒激光器的正常工作。本實施例中，光學諧振腔中的第一平面反射鏡MJ4)朝向光學聚焦耦合器(3)的一側鍍808nm波長高透膜(透過率T > 90 % )、1064nm波長高透膜(透過率T > 80 % )、1342nm波長高透膜(透過率T > 80% )，朝向復合激光介質5—側鍍808nm波長高透膜(透過率T > 90 % )、1064nm波長高透膜(透過率T > 80 % )、1342nm波長高透膜(透過率T
>80% )、946nm波長高反膜(反射率R >95 % );其中，第二平面反射鏡M2 (6)、第三平面反射鏡M4(7)、第四平面反射鏡M5 (8)的反射面鍍946nm波長的高反膜(反射率R >95%)、1064nm波長高透膜(透過率T > 80% )和1342nm波長高透膜(透過率T > 80% );其中的第一凹面反射鏡M3 (I I)和第二凹面反射鏡M6 (9)的反射面鍍946nm波長的高反膜(反射率R > 95 % )、1064nm波長高透膜(透過率T > 80 % )和1342nm波長高透膜(透過率T
>80% );半導體可飽和吸收反射鏡10可對波長范圍為920nm 990nm波長的激光高反。在實施過程中，I禹合輸出鏡12為平面鏡,該I禹合輸出鏡12的兩面鍍946nm波長5%輸出、95%反射膜。I禹合輸出鏡12安裝于光學調整鏡架上,并放置在一個一維精密平移臺上，用于控制光學諧振腔輸出946nm波長皮秒脈沖激光束的光斑大小。第一凹面反射鏡％(11)和第二凹面反射鏡M6(9)，其曲率半徑選取范圍為IOOmm 500mm之間。半導體可飽和吸收反射鏡10的參數為中心波長940nm，高反射帶寬920 990nm,吸收率為2%，馳閾時間小于等于10皮秒，能量飽和密度70 μ J/cm2。本實施例中，半導體可飽和吸收反射鏡10被焊接在紫銅冷卻塊21上(圖5)。在焊接之前，應對半導體可飽和吸收反射鏡10酸洗，清除表面雜質，然后用銀焊的工藝技術，將半導體可飽和吸收反射鏡10焊接紫銅冷卻塊21上。紫銅冷卻塊21固定于三維調整鏡架18上，并用循環水冷機抽運方式，對紫銅夾塊21進行冷卻，水溫設定于15°C左右。這樣做的目的在于消除激光器光學諧振腔內鎖模時，高峰值功率脈沖激光對半導體可飽和吸收反射鏡10的損壞，保障皮秒激光器能夠正常工作。本實施例中，半導體可飽和吸收反射鏡10、紫銅冷卻塊21以及其三維調整鏡架18被安放于一個一維精密平移臺19上(圖6)。通過一維精密平移臺19調整半導體可飽和吸收反射鏡10與凹面反射鏡M6(9)之間的距離。這樣做的目的在于可以嚴格控制入射到半導體可飽和吸收反射鏡10上的基模光斑大小。不至于使得入射到半導體可飽和吸收反射鏡10上的基模光斑過大，造成調制深度不夠，而影響鎖模的不穩定。也不至于使得入射到半導體可飽和吸收反射鏡10上的基模光斑過小，入射激光功率密度過高，超出半導體可飽和吸收反射鏡10破壞閾值，對半導體可飽和吸收反射鏡10鏡面造成的永久損壞。格蘭泰勒棱鏡13、法拉第旋光器14以及45° λ /4旋光片15,三者構成了一個光束單向傳輸器。此光束單向傳輸器的作用在于防止I類非臨界匹配LBO晶體17表面反射的激光回溯到光學諧振腔內，引起鎖模狀態紊亂的現象。本實施例中，格蘭泰勒棱鏡13的通光孔徑為8mm，鍍有946nm波長高透膜(T >99.8%)、106411111波長高透膜(1'>80%)以及1342nm波長高透膜(T > 80% )。為了方便使用，本實施例設計了一個可以旋轉的套筒，將給格蘭泰勒棱鏡13安放于套筒之中。并將套筒裝配在二維光學調整支架上，使激光束垂直穿過格蘭泰勒棱鏡8。本實施例中，法拉第旋光器14中TGG晶體(鋱鎵石榴石)的直徑為3_，外磁體直、徑為38mm。法拉第旋光器10長為45mm。為了方便調節，將法拉第旋光器14安裝于一個三維調整支架上。其目的在于使得激光束能夠從TGG晶體中心穿過。為了提高TGG晶體透光率，其兩個通光面鍍946nm波長的高透膜(T > 99. 8% )。45° λ/4旋光片15為946nm波長的λ /4波晶片，兩通光面鍍有946nm波長的高透膜(T > 99. 8% )。實施過程中，將45° λ /4旋光片15安裝于光學調整鏡架上，目的在于使得激光束垂直穿過此45° λ /4旋光片15。凸透鏡16的作用在于，將946nm波長的激光束聚焦于I類非臨界匹配LBO晶體17之中，由于增加了入射I類非臨界匹配LBO晶體17內單位體積內的功率密度，使得I類非臨界匹配LBO晶體17倍頻轉換效率得以提高。凸透鏡16鍍有946nm波長高透膜(T >99.8% ),其聚焦焦距為30_ 50_。本實施例中，I類非臨界匹配LBO晶體17選擇LBO(三硼酸鋰)晶體。為保障LBO晶體可以獲得較高的倍頻轉換效率，LBO晶體按照I類非臨界匹配方式進行了切割，切割角度為Θ =90°，φ= 19.37°。LBO晶體的兩個通光面均鍍有膜系結構，其膜系結構為946nm波長和473nm波長的雙色增透膜。在實施過程，由于其I類非臨界匹配方式的要求，需保障·其倍頻時的工作環境溫度。先將LBO晶體17安放于一個套筒支架中，再將LBO晶體17及其套筒支架一起放入熱管爐中。用精密控溫儀器控制熱管爐溫度，使其滿足LBO晶體(17)的I類非臨界匹配工作溫度的要求。當LBO晶體(17)得溫度達到其I類非臨界匹配倍頻溫度時，可獲得較高的倍頻轉換效率以及光束質量。
權利要求1.一種半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器，包括半導體激光器(I)、單模光纖(2)、光學聚焦稱合器(3)、復合激光介質(5)、第一平面反射鏡M1 (4)、第二平面反射鏡M2 (6)、第一凹面反射鏡M3 (11)、第三平面反射鏡M4 (7)、第四平面反射鏡M5 (8)、第二凹面反射鏡M6(9)、半導體可飽和吸收反射鏡(10)、耦合輸出鏡(12)、格蘭泰勒棱鏡(13)、法拉第旋光器(14)、45° λ/4旋光片(15)、凸透鏡(16)以及I類非臨界匹配LBO晶體(17);其中 第一條光路為半導體激光器(I)泵浦復合激光介質(5)光路半導體激光器(I)出射的泵浦光耦合進入單模光纖(2)中，由單模光纖(2)的尾端出射，經光學聚焦耦合器(3)，穿過第一平面反射鏡M1 (4)后聚焦于復合激光介質(5)的泵浦端面； 第二條光路為光學諧振腔內基模振蕩光路所述的光學諧振腔由第一平面反射鏡M1 (4)、第二平面反射鏡M2 (6)、第一凹面反射鏡M3(Il)、第三平面反射鏡M4(7)、第四平面反射鏡Μ5(8)、第二凹面反射鏡仏(9)、半導體可飽和吸收反射鏡(10)以及耦合輸出鏡(12)構成；該光學諧振腔為多鏡折疊腔，基模諧振光束在反射鏡處折疊，控制光學諧振腔的各折疊角都應小于5° ;當復合激光介質(5)吸收泵浦光能量后產生受激輻射，輻射光在光學諧振腔內來回反射，形成駐波；輻射每當穿過復合激光介質(5)時，其光強便會增強；隨著光學諧振腔內基模功率的增加，達到半導體可飽和吸收反射鏡(10)的調制深度時，半導體可飽和吸收反射鏡(10)的吸收體被漂白，將光學諧振腔內振蕩的基模模式鎖定，使半導體激光器(I)泵浦的低重復頻率全固態激光器處于連續鎖模狀態；光學諧振腔內鎖模皮秒脈沖激光束經耦合輸出鏡(12)出射； 第三條光路為非線性晶體倍頻光路鎖模皮秒脈沖激光經耦合輸出鏡(12)輸出，經過格蘭泰勒棱鏡(13)、法拉第旋光器(14)以及45° λ/4旋光片(15)構成了光束單向傳輸器后，被凸透鏡(16)聚焦于I類非臨界匹配LBO晶體(17)上，由其非線性極化效應，產生藍光皮秒脈沖激光輸出。
2.如權利要求I所述的半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器，其特征在于，所述的光學聚焦耦合器(3)為一個平凸透鏡與一個膠合透鏡組成的成像比2 3的光學系統，其聚焦焦距連續可調，可調范圍為50mm 80mm之間；平凸透鏡與膠合透鏡的焦距選取范圍為30mm 80臟，平凸透鏡與膠合透鏡之間的調整距離為5mm IOmm ;為提高光學聚焦耦合器(3)的傳輸效率，平凸透鏡與膠合透鏡的兩個通光面鍍有808nm高透膜，透過率T > 99. 9% ;光學聚焦耦合器(3)安裝于一個光學調整支架(18)上，并固定在一個一維精密平移臺(19)上；通過一維精密平移臺(19)旋鈕的調節，調整光學聚焦耦合器(3)與復合激光介質(5)之間的距離，距離調整范圍為50mm 80mm。
3.如權利要求I所述的半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器，其特征在于，所述的復合激光介質(5)為單端擴散鍵合介質，即YAG-Nd:YAG介質；或雙端擴散鍵合介質，即YAG-Nd = YAG-YAG介質；泵浦光由YAG —側進入復合激光介質(5)內；其中，YAG厚度為2mm至3mm，而Nd:YAG厚度為3mm至4mm ;其中的Nd:YAG部分釹離子的摻雜質量百分數為O. 3%至1.0%之間，YAG的入射泵浦面的楔角加工角度為α，另一端為與Nd = YAG擴散鍵合面的楔角加工角度為β，而Nd = YAG的一端與YAG相鍵合連接，另一端做楔角加工，楔角加工角度為α，其中α與β的角度范圍為2° 5。之間，在復合激光介質(5)內α與β不能相等，復合激光介質(5)的整體切割外形為梯形或平行四邊形，其兩個通光面均鍍有膜系結構為808nm波長、946nm波長、1064nm、1342nm的四色膜，其中，808nm波長高透膜的透過率！1 > 90%、94611111波長高透膜的透過率1'> 99. 8%、1064nm波長高透膜的透過率T > 80%、134211111波長高透膜的透過率1'> 80% ;復合激光介質(5)被放置于紫銅夾塊之中。
4.如權利要求I所述的半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器，其特征在于，所述光學諧振腔中的第一平面反射鏡M1 (4)朝向光學聚焦耦合器(3)的一側鍍808nm波長高透膜、10·64nm波長高透膜、1342nm波長高透膜，朝向復合激光介質(5) —側鍍808nm波長高透膜、1064nm波長高透膜、1342nm波長高透膜、946nm波長高反膜；其中的第二平面反射鏡M2 (6)、第三平面反射鏡M4 (7)、第四平面反射鏡M5 (8)的反射面鍍946nm波長的高反膜、1064nm波長高透膜和1342nm波長高透膜；其中的第一凹面反射鏡M3 (11)和第二凹面反射鏡M6 (9)的反射面鍍946nm波長的高反膜、1064nm波長高透膜和1342nm波長高透膜；半導體可飽和吸收反射鏡(10)可對波長范圍為920nm 990nm波長的激光高反射。
5.如權利要求I所述的半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器，其特·征在于，所述的光學諧振腔的I禹合輸出鏡(12)為平面鏡,I禹合輸出鏡(12)的兩通光面鍍946nm波長5%輸出、95%反射膜；該|禹合輸出鏡(12)安裝于光學調整鏡架上,并放置在一個一維精密平移臺上，用于控制光學諧振腔輸出946nm波長皮秒脈沖激光束的光斑大小。
6.如權利要求I所述的半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器，其特征在于，所述的半導體可飽和吸收反射鏡(10)的參數為中心波長940nm，高反射帶寬920nm 990nm，吸收率為2%，馳閾時間小于等于10ps，能量飽和密度70 μ J/cm2。
7.如權利要求I所述的半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器，其特征在于，所述的格蘭泰勒棱鏡(13)、法拉第旋光器(14)和45° λ/4旋光片(15)構成了一個光束單向傳輸器；其中 格蘭泰勒棱鏡(13)的通光孔徑為8mm，鍍有946nm波長高透膜、1064nm波長高透膜以及1342nm波長高透膜(透過率T > 80% );格蘭泰勒棱鏡(13)安放于一個可以旋轉的套筒中，并將套筒裝配在二維光學調整支架上，使激光束垂直穿過格蘭泰勒棱鏡(13)； 法拉第旋光器(14)中TGG晶體的直徑為3mm,外磁場直徑為38mm,法拉第旋光器(14)長為45mm ;將法拉第旋光器(14)安裝于一個三維調整支架上，使得激光束能夠從TGG晶體中心垂直穿過，TGG晶體兩個通光面鍍有946nm波長高透膜、1064nm波長高透膜、1342nm波長高透膜； 45° λ/4旋光片(15)為946nm波長的λ/4波晶片，兩通光面鍍有946nm波長的高透膜，45° λ/4旋光片(15)被安裝于光學調整鏡架上，使得激光束垂直穿過該45° λ/4旋光片。
8.如權利要求I所述的半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器，其特征在于，所述的I類非臨界匹配LBO晶體(17)為LBO晶體，該LBO晶體按照I類非臨界匹配方式進行切割，切割角度為Θ =90°，φ= 19.37°，其兩個通光面鍍有946nm波長和473nm波長的雙色增透膜。
9.如權利要求I所述的半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器，其特征在于，所述的凸透鏡(16)用于將946nm波長的激光束聚焦于I類非臨界匹配LBO晶體(17)之中，凸透鏡(16)鍍有946nm波長增透膜，其聚焦焦距為30mm 50mm。
10.如權利要求I所述的半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器，其特征在于，所述的單模光纖(2)的芯徑選擇范圍為400 μ m 600 μ m，數值孔徑為O. 22。
專利摘要本實用新型公開了一種半導體激光器泵浦的低重復頻率全固態皮秒藍光激光器，包括半導體激光器、單模光纖、光學聚焦耦合器、復合激光介質、第一平面反射鏡M1、第二平面反射鏡M2、第一凹面反射鏡M3、第三平面反射鏡M4、第四平面反射鏡M5、第二凹面反射鏡M6、半導體可飽和吸收反射鏡、耦合輸出鏡、格蘭泰勒棱鏡、法拉第旋光器、45°λ/4旋光片、凸透鏡以及I類非臨界匹配LBO晶體；該皮秒藍光激光器具有結構緊湊、性能穩定、重復頻率低、光束質量高等特點，在生物醫療、超大規模集成電路元件封裝、芯片光刻、高密度光盤存儲、超快過程研究以及軍事等領域有著重要的應用。
文檔編號H01S3/109GK202454890SQ20122005699
公開日2012年9月26日 申請日期2012年2月21日 優先權日2012年2月21日
發明者史彭, 李隆 申請人:西安建筑科技大學