本實(shí)用新型涉及一種光纖激光技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，本實(shí)用新型涉及一種高功率窄脈沖激光系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著光纖技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，依靠光纖熔接技術(shù)的全光纖化激光器以其特有的體積小、散熱好、電光轉(zhuǎn)換效率高、輸出光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，使得光纖激光器有超越固體和氣體激光器的趨勢(shì)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在精密加工、切割焊接等領(lǐng)域。特別是窄脈寬脈沖光纖激光器在金屬和非金屬打標(biāo)、薄膜刻蝕、陽極氧化鋁表面打黑、硅晶片精密加工、ITO薄膜清除等領(lǐng)域具有其特有的優(yōu)勢(shì)。

隨著工業(yè)加工精度的提高，傳統(tǒng)納秒級(jí)脈寬輸出的調(diào)Q脈沖激光器已經(jīng)無法滿足精度的要求。當(dāng)前，產(chǎn)生百皮秒量級(jí)的脈沖光的方式主要有兩類。其一是采用具有皮秒脈沖輸出的1064nm的半導(dǎo)體激光器作為種子源，采用半導(dǎo)體激光泵浦的摻鐿有源光纖作為光纖放大器對(duì)低功率的種子光進(jìn)行放大，實(shí)現(xiàn)高功率的脈沖光輸出。由于半導(dǎo)體激光器種子源的限制通常只能得到百皮秒到納秒量級(jí)的脈沖光。其二是采用鎖模技術(shù)，在激光器諧振腔內(nèi)周期性的改變激光器的增益和損耗，常見有染料鎖模、自動(dòng)鎖模、Cr⁴⁺：YAG晶體被動(dòng)鎖模、克爾透鏡鎖模等方式，為了得到窄脈沖激光輸出通常采用折疊式的諧振腔縮短系統(tǒng)的總長(zhǎng)度，系統(tǒng)比較復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是：提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、復(fù)雜度低且高平均輸出功率的窄脈沖激光系統(tǒng)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種窄脈沖激光系統(tǒng)，包括：

第一半導(dǎo)體激光器；

激光準(zhǔn)直及聚焦透鏡模塊，用于將所述第一半導(dǎo)體激光器的輸出光準(zhǔn)直并聚焦至復(fù)合晶體模塊，所述復(fù)合晶體模塊包括用于將所述輸出光轉(zhuǎn)換為反向傳輸?shù)拿}沖激光；

位于所述激光準(zhǔn)直及聚焦透鏡模塊中的二向色鏡，用于將所述反向傳輸?shù)拿}沖激光反射，并通過光纖耦合透鏡耦合至光纖形成亞百皮秒脈沖種子光；其中，所述二向色鏡被設(shè)置為對(duì)所述第一半導(dǎo)體激光器的輸出光具有高透過率、且對(duì)所述反向傳輸?shù)拿}沖激光具有高反射率；

第二半導(dǎo)體激光器及合束器，所述合束器將所述亞百皮秒脈沖種子光與所述第二半導(dǎo)體激光器的輸出光合束并輸入到用于放大的摻鐿有源光纖中，放大后的皮秒脈沖光通過輸出隔離器輸出。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述復(fù)合晶體模塊包括：在所述第一半導(dǎo)體激光器的輸出光傳輸方向上依次排列的透明附加窗口層、未摻雜YVO₄晶體、輸出耦合膜層、摻雜Nd³⁺:YVO₄晶體、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡以及銅熱沉層。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述透明附加窗口層的端面鍍有增透膜，所述增透膜用于提高所述第一半導(dǎo)體激光器輸出光的透射率。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述輸出耦合膜層對(duì)808nm泵浦光有高透過率，對(duì)1064nm激光有5％～10％的透過率。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述激光準(zhǔn)直及聚焦透鏡系統(tǒng)包括準(zhǔn)直透鏡和聚焦透鏡，所述二向色鏡位于所述激光準(zhǔn)直透鏡和聚焦透鏡之間。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述二向色鏡與所述反向傳輸?shù)拿}沖激光大致呈45°夾角設(shè)置。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述二向色鏡與所述第一半導(dǎo)體激光器相對(duì)的表面鍍有808nm增透膜、與所述復(fù)合晶體模塊相對(duì)的表面鍍有1064nm高反膜。

本實(shí)用新型提供了一種窄脈沖激光系統(tǒng)，采用微米量級(jí)薄片Nd³⁺:YVO₄激光晶體，半導(dǎo)體可飽和吸收體被動(dòng)調(diào)Q技術(shù)，實(shí)現(xiàn)亞百皮秒脈沖種子光輸出；此外，采用光纖放大技術(shù)實(shí)現(xiàn)皮秒脈沖光功率的放大，獲得高平均功率、高峰值功率亞百皮秒脈沖光輸出，同時(shí)，通過巧妙的光路設(shè)置將二向色鏡集成至激光準(zhǔn)直及聚焦透鏡模塊之中，縮短了系統(tǒng)的總長(zhǎng)度，且激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,同時(shí)輸出功率高,可廣泛用于精密加工、生物熒光探測(cè)和激光測(cè)距等領(lǐng)域。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實(shí)用新型的窄脈沖激光系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的窄脈沖激光系統(tǒng)的脈沖激光輸出功率、脈沖寬度、重復(fù)頻率隨注入功率值的變化關(guān)系圖。

[圖中附圖標(biāo)記]：

10.第一半導(dǎo)體激光器，20.激光準(zhǔn)直及聚焦透鏡系統(tǒng)，21.準(zhǔn)直透鏡，22.聚焦透鏡，30.二向色鏡，40.復(fù)合晶體系統(tǒng),41.透明附加窗口層，42.未摻雜YVO₄晶體，43.輸出耦合膜層，44.摻雜Nd³⁺:YVO₄晶體，45.半導(dǎo)體可飽和吸收鏡，46.銅熱沉層，50.光纖耦合透鏡，60.光纖，70.第二半導(dǎo)體激光器，80.合束器，90.摻鐿有源光纖，100.輸出隔離器。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本實(shí)用新型并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本實(shí)用新型利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本實(shí)用新型實(shí)例時(shí)，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。

如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種窄脈沖激光系統(tǒng)，包括：第一半導(dǎo)體激光器10、激光準(zhǔn)直及聚焦透鏡模塊20、二向色鏡30、復(fù)合晶體模塊40、光纖耦合透鏡50、光纖60、第二半導(dǎo)體激光器70、合束器80、摻鐿有源光纖90以及輸出隔離器100；其中，第一半導(dǎo)體激光器10輸出的光經(jīng)過激光準(zhǔn)直及聚焦透鏡模塊20以及二向色鏡30，聚焦至復(fù)合晶體模塊40形成反向傳輸?shù)拿}沖激光(本實(shí)施例中，例如亞百皮秒脈沖光)，經(jīng)二向色鏡30的表面反射，通過光纖耦合透鏡50聚焦至光纖60輸出亞百皮秒脈沖種子光，亞百皮秒脈沖光和第二半導(dǎo)體激光器70輸出的光通過合束器80輸入到摻鐿有源光纖90中實(shí)現(xiàn)功率放大，放大后的脈沖光通過輸出隔離器100輸出。

具體的，本實(shí)施例中，復(fù)合晶體模塊40包括：在第一半導(dǎo)體激光器10的輸出光傳輸方向上依次排列的透明附加窗口層41、未摻雜YVO₄晶體42、輸出耦合膜層43、摻雜Nd³⁺:YVO₄晶體44、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡45以及銅熱沉層46。其中，透明附加窗口層41的端面鍍有增透膜，增透膜用于提高所述第一半導(dǎo)體激光器10輸出光的透射率；耦合輸出膜層43對(duì)808nm光有高透過率，對(duì)1064nm光有5％～10％的透過率，優(yōu)選為6％～8％的透過率。

一實(shí)施例中，二向色鏡30位于激光準(zhǔn)直及聚焦透鏡模塊20中，具體地，激光準(zhǔn)直及聚焦透鏡模塊20包括準(zhǔn)直透鏡21及聚焦透鏡22,二向色鏡30位于所述激光準(zhǔn)直透鏡21和聚焦透鏡22之間，且二向色鏡30與反向傳輸?shù)拿}沖激光大致呈45°夾角設(shè)置，且二向色鏡30于第一半導(dǎo)體激光器10相對(duì)的表面鍍有808nm增透膜、與復(fù)合晶體模塊40相對(duì)的表面鍍有1064nm高反膜。

如圖2所示，半導(dǎo)體可飽和吸收鏡44(簡(jiǎn)稱SESAM)對(duì)不同強(qiáng)度的光的吸收特性不同，利用其非線性吸收特性對(duì)激光器諧振腔的增益和損耗進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)高重復(fù)頻率、窄脈寬的脈沖光輸出。在圖2中可以看出脈沖激光輸出功率、重復(fù)頻率隨著第一半導(dǎo)體激光器輸入到SESAM的功率值增加而增大；脈沖寬度值隨著第一半導(dǎo)體激光器輸入到SESAM的功率值增加而減小。如一個(gè)實(shí)施例中：當(dāng)注入功率0.8W時(shí)，得到脈沖寬度53ps、重復(fù)頻率0.35MHz、輸出功率35mW的亞百皮秒級(jí)的脈沖光輸出。

綜上所述，本實(shí)用新型提供了一種窄脈沖激光系統(tǒng)，采用微米量級(jí)薄片Nd³⁺:YVO₄晶體作為激光晶體，半導(dǎo)體可飽和吸收體被動(dòng)調(diào)Q實(shí)現(xiàn)亞百皮秒脈沖種子光輸出；此外，采用光纖放大技術(shù)實(shí)對(duì)亞百皮秒脈沖種子光功率放大，獲得高平均功率、高峰值功率亞百皮秒脈沖光輸出，同時(shí)，通過巧妙的光路設(shè)置將二向色鏡集成至激光準(zhǔn)直及聚焦透鏡模塊之中，縮短了系統(tǒng)的總長(zhǎng)度，且激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,同時(shí)輸出功率高,可廣泛用于精密加工、生物熒光探測(cè)和激光測(cè)距等領(lǐng)域。

雖然本實(shí)用新型主要描述了以上實(shí)施例，但是只是作為實(shí)例來加以描述，而本實(shí)用新型并不限于此。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能做出多種變型和應(yīng)用而不脫離實(shí)施例的實(shí)質(zhì)特性。例如，對(duì)實(shí)施例詳示的每個(gè)部件都可以修改和運(yùn)行，與所述變型和應(yīng)用相關(guān)的差異可認(rèn)為包括在所附權(quán)利要求所限定的本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。

本說明書中所涉及的實(shí)施例，其含義是結(jié)合該實(shí)施例描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例中。說明書中出現(xiàn)于各處的這些術(shù)語不一定都涉及同一實(shí)施例。此外，當(dāng)結(jié)合任一實(shí)施例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，都認(rèn)為其落入本領(lǐng)域普通技術(shù)人員結(jié)合其他實(shí)施例就可以實(shí)現(xiàn)的這些特定特征、結(jié)構(gòu)或特性的范圍內(nèi)。