一种人眼安全波段可调谐超短脉冲激光装置

摘要

本发明属于物理激光技术领域，涉及一种人眼安全波段可调谐超短脉冲激光装置，两个腔镜分别置于同一水平面内，其中心对应连线上分别间隔距离置有激光晶体、群速度失配补偿器件、光阑和相位失配补偿器件，倾斜结构放置的腔镜中心线下侧分别斜向置有非线性晶体和三向色腔镜，激光晶体的侧面置有二极管激光器和冷却装置，二极管激光器由驱动电源系统控制；采用二极管激光器泵浦激光晶体，将非线性晶体与三向色腔镜相结合，利用光波正反方向通过非线性晶体的级联二阶非线性效应实现锁模激光振荡产生可调谐超短脉冲激光；其结构简单，体积小，造价低，激光阈值低，激光离子浓度小，应用前景好。

权利要求

1.一种人眼安全波段可调谐超短脉冲激光装置，主体结构包括腔镜、激光晶体、群速度失配补偿器件、光阑、相位失配补偿器件、非线性晶体、三向色腔镜、二极管激光器、驱动电源系统和冷却装置，其特征在于两个腔镜分别置于同一水平面内，其中心对应连线上分别间隔距离置有激光晶体、群速度失配补偿器件、光阑和相位失配补偿器件，倾斜结构放置的腔镜中心线下侧分别斜向置有非线性晶体和三向色腔镜，激光晶体的侧面置有二极管激光器和冷却装置，二极管激光器由驱动电源系统控制；两个腔镜之间的水平距离L1＝10～

2000mm，倾斜结构放置的腔镜与三向色腔镜之间的中心线距离L2＝10～1000mm；采用二极管激光器泵浦激光晶体，产生1.06μm基波振荡，将基于1.06μm→1.57μm+3.26μm参量过程的非线性晶体与三向色腔镜相结合，利用光波正反方向通过非线性晶体的级联二阶非线性效应实现锁模激光振荡，通过对非线性晶体的调谐，获得1.5～1.8μm波段可调谐超短脉冲激光；所设置的光阑、相位失配补偿器件和群速度失配补偿片器件作为辅助激光器件；锁模激光振荡包括连续锁模激光振荡和调Q锁模激光振荡；所用的激光晶体包括Nd:YVO4、Yb:YAG和Nd:YAG能辐射1.0μm波段的激光晶体；非线性晶体包括KTP、KTA、LBO、BBO，是在1.0～1.1μm，1.5～1.8μm，3.2μm～2.6μm三个波段透明的双折射相位匹配晶体；非线性晶体的调谐包括角度调谐、温度调谐、更换晶体和使用室温下1.06μm→1.80μm+2.57μm多种参量变换过程的非线性晶体；三向色腔镜为平面镜且HR@1.06μm/3.26～3.61μm&T＝3％@1.57～1.50μm，或三向色腔镜为平面镜且HR@800～850nm&1.60～1.70μm；二极管激光器泵浦激光晶体的泵浦方式包括端面泵浦方式和侧向泵浦方式；激光腔结构包括直腔和Z型折叠腔；通过改变腔镜的镀膜参数，获得波长在1.5～1.8μm的人眼安全波段的超短脉冲激光。

说明书

一种人眼安全波段可调谐超短脉冲激光装置

技术领域：

[0001] 本发明属于物理激光技术领域，涉及一种波长为1.5～1.8μm的超短脉冲组合式激光装置，尤其是一种人眼安全波段可调谐超短脉冲激光装置。背景技术：

[0002] 目前，激光技术的应用取得了广泛的进展，特别是在人们的日常生活和身体健康方面，激光技术和设备受到了很大的重视，在医学应用方面，通常获得人眼安全波段1.5～1.8μm波长的激光主要是通过激光晶体直接产生或非线性光学频率变换两种方式，而现有的晶体种类中能辐射该波段的激光晶体普遍存在激光阈值高和较高的激活离子浓度导致的高热负荷问题，严重限制了激光器的性能开发和推广应用。自20世纪80年代中期，同步泵浦皮秒和飞秒光参量振荡器成为获得红外波段超短脉冲激光的研究热点，而且实现超短脉冲激光的这种方法已经产品规模化和商业化，美国Coherent公司销售的皮秒型号可扩展钛宝石激光器系统由连续绿光激光器、连续锁模Ti:sapphire激光器和光参量振荡器三部分组成，这些激光器具的售价已超过25万美元左右。SESAM(半导体可饱和吸收镜)是目前最成功的用于被动锁模的可饱和吸收体，由于存在光损伤阈值低的瓶颈问题，限制了它在较高功率激光器中的应用；而且从文献报道来看，目前尚未见有成熟的针对1.5～
1.8μm的人眼安全波段的SESAM的使用和开发成产品；归结起来，现有的激光设备与技术普遍存在着激光器体积庞大，造价高，激光阈值高，激光离子浓度大，热负荷大，装置结构复杂，可饱和吸收体制备工艺困难，应用范围小等突出缺点。
发明内容：

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术和设备存在的缺点，寻求设计制备一种波长在1.5～1.8μm内的人眼安全波段可调谐超短脉冲激光装置，属于一种新型的人眼安全超短脉冲激光器技术，具有广阔的应用前景。

[0004] 为了实现上述目的，本发明的主体结构包括腔镜、激光晶体、群速度失配补偿器件、光阑、相位失配补偿器件、非线性晶体、三向色腔镜、二极管激光器、驱动电源系统和冷却装置；两个腔镜分别置于同一水平面内，其中心对应连线上分别间隔距离置有激光晶体、群速度失配补偿器件、光阑和相位失配补偿器件，倾斜结构放置的腔镜中心线下侧分别斜向置有非线性晶体和三向色腔镜，激光晶体的侧面置有二极管激光器和冷却装置，二极管激光器由驱动电源系统控制；两个腔镜之间的水平距离L1＝10～2000mm，倾斜结构放置的腔镜与三向色腔镜之间的中心线距离L2＝10～1000mm；采用二极管激光器泵浦激光晶体，产生1.06μm基波振荡，将基于1.06μm→1.57μm+3.26μm参量过程的非线性晶体与三向色腔镜(HR@1.06/3.26μm&PT@1.57μm)相结合，利用光波正反方向通过非线性晶体的级联二阶非线性效应实现锁模激光振荡，通过对非线性晶体的调谐，获得1.5～1.8μm波段可调谐超短脉冲激光；所设置的光阑、相位失配补偿器件和群速度失配补偿片器件作为辅助激光器件；锁模激光振荡包括连续锁模激光振荡和调Q锁模激光振荡；所用的激光晶体包括Nd:YVO4、Yb:YAG和Nd:YAG能辐射1.0μm波段的激光晶体；非线性晶体包括KTP、KTA、LBO、BBO，是在1.0～1.1μm，1.5～1.8μm，3.2μm～2.6μm三个波段透明的双折射相位匹配晶体；非线性晶体的调谐包括角度调谐、温度调谐、更换晶体和使用室温下1.06μm→1.80μm+2.57μm多种参量变换过程的非线性晶体；三向色腔镜包括HR@1.06/2.57μm&PT@1.80μm的多种膜参数的腔镜；二极管激光器泵浦激光晶体的泵浦方式包括端面泵浦方式和侧向泵浦方式；激光腔结构包括直腔和Z型折叠腔；通过改变腔镜的镀膜参数，即可获得波长在1.5～1.8μm的人眼安全波段的超短脉冲激光。

[0005] 本发明与现有技术相比，其非线性晶体既是超短脉冲激光的锁模器件，又是产生人眼安全激光的光源，技术路线不同于现有的商业化产品，也不需要制备复杂的可饱和吸收体，不需要外界启动，不需要对腔长精确控制，采用成熟的1.06μm基波光源和双折射相位匹配晶体，利用非线性晶体的级联二阶非线性效应实现锁模振荡，具有系统结构简单，总体积小，造价低，激光阈值低，激光离子浓度小，应用前景好等优点。附图说明：

[0006] 图1为本发明装置的组装结构原理示意图，包括腔镜1、激光晶体2、群速度失配补偿器件3、光阑4、相位失配补偿器件5、腔镜6、非线性晶体7、三向色腔镜8、驱动电源9、二极管激光器10和冷却装置11；其中L1为腔镜1和腔镜6之间的长度，L2为腔镜6和三向色腔镜8之间的长度。具体实施方式：

[0007] 下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

[0008] 本实施例的主体结构包括腔镜1和6、激光晶体2、群速度失配补偿器件3、光阑4、相位失配补偿器件5、非线性晶体7、三向色腔镜8、驱动电源9、二极管激光器10和冷却装置11；腔镜1和腔镜6置于同一水平面内，其中心对应线上分别顺序置有激光晶体2、群速度失配补偿器件3、光阑4和相位失配补偿器件5，倾斜结构放置的腔镜6中心线下侧分别斜向置有线性晶体7和三向色腔镜8，激光晶体2的侧面分别置有二极管激光器10和冷却装置11，二极管激光器10由驱动电源系统9控制；腔镜1和腔镜6之间的水平距离L1＝10～2000mm，腔镜6与三向色腔镜8之间的中心线线距离L2＝10～1000mm；采用二极管激光器泵浦激光晶体，产生1.06μm基波振荡，将基于1.06μm→1.57μm+3.26μm参量过程的非线性晶体7与三向色腔镜8(HR@1.06/3.26μmm&PT@1.57μm)相结合，利用光波正反方向通过非线性晶体7的级联二阶非线性效应实现锁模激光振荡，通过对非线性晶体7的调谐，获得1.5～1.8μm波段可调谐超短脉冲激光；所设置的光阑4、相位失配补偿器件5和群速度失配补偿器件3作为辅助激光器件；锁模激光振荡包括连续锁模激光振荡和调Q锁模激光振荡；所用的激光晶体2包括Nd:YVO4、Yb:YAG和Nd:YAG能辐射1.0μm波段的激光晶体；非线性晶体7包括KTP、KTA、LBO、BBO，是在1.0～1.1μm，1.5～1.8μm，3.2μm～
2.6μm三个波段透明的双折射相位匹配晶体；非线性晶体7的调谐包括角度调谐、温度调谐、更换晶体和使用室温下1.06μm→1.8μm+2.57μm多种参量变换过程的非线性晶体；
三向色腔镜8包括HR@1.06/2.57μm&PT@1.8μm的多种膜参数的腔镜；二极管激光器泵浦激光晶体的泵浦方式包括端面泵浦方式和侧向泵浦方式；通过改变腔镜的镀膜参数，即可获得波长在1.5～1.8μm的人眼安全波段的超短脉冲激光。

[0009] 实施例1：

[0010] 本实施例制作一台重复频率为100MHz，脉冲宽度为20ps，波长为1.50～1.57μm的激光装置，其腔镜1为曲率半径800mm的平凹镜且HR@1.06/1.50～1.57/3.26～3.61μm，激光晶体2为Nd:YAG模块，二极管激光器10的输出波长为808nm，冷却系统11为激光晶体的冷却水及其控制系统，腔镜6为曲率半径600mm的平凹镜且HR@1.06/1.50～1.57/3.26～3.61μm，调整L1为1050mm，L2为450mm，非线性晶体7为多块室温25℃的II类非临界相位匹配晶体KTP，分别对应1.06μm→1.57μm+3.26μm到
1.06μm→1.50μm+3.61μm多个参量过程，三向色腔镜8为平面镜且HR@1.06μm/3.26～
3.61μm&T＝3％@1.57～1.50μm，光阑4的位置和孔径依据具体实验情况进行调节，群速度失配补偿器件3和相位失配补偿器件5的参数依据振荡光波的频率确定，群速度失配补偿器件3和相位失配补偿器件5的位置依据具体情况确定；本实施例的激光晶体2还包括Nd:YVO4、Nd:YLF、Nd:GdVO4或Yb:YAG；非线性晶体7为KTA、KDP、LBO或BBO晶体；对激光晶体的泵浦方式或为端面泵浦方式。

[0011] 实施例2：

[0012] 本实施例制作一台重复频率为160MHz，脉冲宽度为60fs，波长为1.60～1.70μm的可调谐激光装置，其激光晶体2为Ti:Al2O3晶体，采用端面泵浦方式，泵浦光波长为532nm，腔镜1为平面镜且AR@532nm&HR@800～850nm/1.60～1.70μm，腔镜6为曲率半径200mm的平凹镜并且HR@800～850nm&T＝3@1.60-1.70μm，非线性晶体7为多块LBO晶体，分别对应0.80μm→1.60μm+1.60μm到0.85μm→1.70μm+1.70μm多个参量过程，三向色腔镜8为平面镜且HR@800～850nm&1.60～1.70μm，1.60～1.70μm波段超短脉冲激光由腔镜6输出，L1长度为800mm，L2长度为115mm，光阑4的位置和孔径依据具体实验情况进行调节，群速度失配补偿器件3和相位补偿器件5的参数依据振荡光波的频率确定，两个补偿器件的位置依据具体情况确定；本实施例的激光晶体2或为Cr:LiSAF和Cr:Forsterite，不同的激光晶体分别对应不同的非线性晶体和不同的参量变换过程，采用不同的泵浦光源并相应改变腔镜的镀膜参数。

[0013] 本实施例的驱动电源系统9、二极管激光器10和冷却装置11采用常规的市售产品，其激光腔的结构选择直腔，也可以选择Z型折叠腔结构。