本實用新型涉及激光振蕩器的技術領域，尤其涉及一種混合腔鎖模激光振蕩器。

背景技術：

現(xiàn)有的大功率超短脈沖激光器結(jié)構(gòu)復雜、光束質(zhì)量隨逐級放大逐漸劣化,這是因為，現(xiàn)有的鎖模振蕩器都是小型的穩(wěn)腔振蕩器,由于這種振蕩器輸出功率不高，所以需要增加一級或多級放大器以獲得更高功率的脈沖輸出,在這個過程中，由于熱畸變、相差等原因，光束質(zhì)量逐漸劣化,由于目前技術水平限制，鎖模激光器的核心部件SESAM通常很昂貴，且體積小(一片3mmx3mm大小的SESAM價格在3000歐元左右)，所以現(xiàn)在的所模振蕩器多使用穩(wěn)腔振蕩器，這樣只需要2x2mm的SESAM作為后腔鏡即可,SESAM的飽和通量一般約為100uJ/cm2，由于穩(wěn)腔設計，SESAM常作為后腔鏡，光斑大小直徑約為500um,SESAM通常工作在5倍飽和通量的區(qū)間,那么，一個穩(wěn)腔鎖模振蕩器腔內(nèi)脈沖能量約為0.19uJ,輸出鏡如果為2％的輸出率，那么輸出脈沖能量為3.8pJ,即使對于1GHz的振蕩器，他的輸出功率也僅為3.8W,另外還因為大功率的穩(wěn)腔，熱透鏡效應嚴重，極大地降低了光束質(zhì)量，故穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)從根本上就不適合大功率輸出,不但如此，超快激光的克爾效應原本就比連續(xù)光嚴重，而在低輸出率的穩(wěn)腔中，由于腔內(nèi)光強更強，腔內(nèi)克爾效應也因此更加嚴重,并且,現(xiàn)有的鎖模穩(wěn)腔振蕩器加放大器輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，體積大，且多級放大過程中光束質(zhì)量無法保證,所以如何能夠保證SESAM上的光通量不增加，且同時提高輸出的脈沖功率，這是亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是由于目前的鎖模穩(wěn)腔振蕩器加放大器的輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，體積大，且多級放大過程中光束質(zhì)量無法保證。

本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下：一種混合腔鎖模激光振蕩器，該激光振蕩器包括：激光晶體、匹配透鏡、半導體飽和吸收鏡、平面反射鏡、凹柱面反射鏡、凸柱面反射鏡；凹柱面反射鏡和凸柱面反射鏡組成腔體，激光晶體放置在所述腔體內(nèi)部；激光晶體、凹柱面反射鏡與凸柱面反射鏡依次沿光軸方向設置；激光晶體、凹柱面反射鏡與凸柱面反射鏡三者在x方向上的高度依次降低；半導體飽和吸收鏡與平面反射鏡在垂直方向上相對放置，且半導體飽和吸收鏡和平面反射鏡之間固定有匹配透鏡。

本實用新型的有益效果是：在慢方向的非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)能夠保證該方向近衍射極限的光束質(zhì)量輸出，在快方向可以通過匹配泵浦體積與激光腔模體積達到近衍射極限輸出，在光軸位置放置的半導體飽和吸收鏡可以通過對光軸附近小信號的激光調(diào)制，使得整個光腔輸出鎖模后的激光脈沖能量高，整個系統(tǒng)可以在保證光束質(zhì)量的前提下，提高鎖模脈沖的輸出功率。

在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。

進一步，所述的凹柱面反射鏡半徑為R1，凸柱面反射鏡半徑為R2，則凹柱面反射鏡和凸柱面反射鏡之間的距離為L＝(R1-R2)/2。

進一步，平面反射鏡與光軸成42.5°～47.5°傾角。

采用上述進一步方案的有益效果是：在光軸位置，激光晶體前放45°平面反射鏡，反射光垂直入射于半導體飽和吸收鏡上，半導體飽和吸收鏡前有匹配透鏡，作為補償透鏡，匹配透鏡的焦距為R1，這樣經(jīng)過兩次通過匹配透鏡，反射光相當于經(jīng)過了一次半徑為R1的凹柱面反射鏡的反射。

進一步，半導體飽和吸收鏡與平面反射鏡之間的距離、平面反射鏡和凹柱面反射鏡之間的距離相等。

進一步，匹配透鏡的焦距為R1/2。

進一步，匹配透鏡與半導體飽和吸收鏡的距離為3-5mm。

進一步，平面反射鏡與激光晶體的距離為3-5mm。

進一步，凸柱面反射鏡與凹柱面反射鏡寬度的比值為R2/R1。

進一步，半導體飽和吸收鏡與凸柱面反射鏡組成第一非穩(wěn)腔。

進一步，所述凹柱面反射鏡和凸柱面反射鏡組成在x方向上的第二非穩(wěn)腔。

上述進一步的有益效果：半導體飽和吸收鏡與凸柱面反射鏡組成第一非穩(wěn)腔，第一非穩(wěn)腔由于使用半導體飽和吸收鏡做后腔鏡兼輸出鏡，且在光軸附近，整個結(jié)構(gòu)類似于穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)，因此，此部分輸出光是經(jīng)過半導體飽和吸收鏡調(diào)制的脈沖輸出(從平面反射鏡一側(cè)輸出，入射到凹柱面反射鏡)。且半導體飽和吸收鏡的工作機理與穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)中的半導體飽和吸收鏡類似，此時，半導體飽和吸收鏡上只有整個光腔中的極小部分光強，故并不會增加半導體飽和吸收鏡的負載，從而避免了在大功率輸出時半導體飽和吸收鏡被損壞。由于泵浦光吸收產(chǎn)熱導致的折射率變化，從而造成激光晶體的透鏡效果，保證了凹柱面反射鏡、凸柱面反射鏡兩個柱面鏡能夠和激光晶體一起組成一個穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)，只要調(diào)整泵浦光在晶體快方向的大小，保證泵浦體積與腔模體積匹配，就可以保證在快方向上也能有近衍射極限輸出。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的在x-z平面內(nèi)光路示意圖；

圖2為本發(fā)明的在y-z平面內(nèi)光路示意圖；

附圖：1、凹柱面反射鏡，2、光軸，3、平面反射鏡，4、凸柱面反射鏡，5、半導體飽和吸收鏡，6、匹配透鏡，7、激光晶體。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。

如附圖1和圖2所示的，一種混合腔鎖模激光振蕩器，

該激光振蕩器包括：激光晶體7、匹配透鏡6、半導體飽和吸收鏡5、平面反射鏡3、凹柱面反射鏡1、凸柱面反射鏡4；凹柱面反射鏡1和凸柱面反射鏡4組成腔體，激光晶體7放置在所述腔體中心位置；激光晶體7凹柱面反射鏡1與凸柱面反射鏡4均位于光軸上；半導體飽和吸收鏡5垂直對應平面反射鏡3；沿光線路程，匹配透鏡6前置在半導體飽和吸收鏡5；泵浦光由激光二極管發(fā)射出來經(jīng)過泵浦形成光斑，透過凹柱面反射鏡1照射在激光晶體7表面，平面反射鏡3接收由激光晶體7散射的光，部分光在所述的腔體內(nèi)震蕩后經(jīng)凸柱面反射鏡4一側(cè)輸出；部分光由平面反射鏡3將接收的光垂直入射于半導體飽和吸收鏡5；半導體飽和吸收鏡5反射的光經(jīng)匹配透鏡6后在所述腔體內(nèi)震蕩，震蕩后經(jīng)凸柱面反射鏡4一側(cè)輸出。

在慢方向的非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)能夠保證該方向近衍射極限的光束質(zhì)量輸出，在快方向可以通過匹配泵浦體積與激光腔模體積達到近衍射極限輸出，在光軸位置放置的半導體飽和吸收鏡5可以通過對光軸附近小信號的激光調(diào)制，使得整個光腔輸出鎖模后的激光脈沖能量高，整個系統(tǒng)可以在保證光束質(zhì)量的前提下，提高鎖模脈沖的輸出功率。

凹柱面反射鏡1半徑假設為R1，凸柱面反射鏡4半徑假設為R2，則凹柱面反射鏡1和凸柱面反射鏡4之間的距離為L＝(R1-R2)/2。

激光晶體7前放置平面反射鏡3，放置的平面反射鏡3的角度為45°，激光晶體7：可以根據(jù)實驗自行選擇高增益、寬譜線的激光晶體7，晶體寬度要大于泵浦寬度(x方向)；厚度要為泵浦焦點光腰2倍左右(y方向)，一般為1mm；長度設計考慮到泵浦焦斑的銳利長度，選擇10-12mm較合適,通常，凹柱面反射鏡1要比激光晶體7寬。比如這里我們選用的是14mm寬的激光晶體7，那么凹柱面反射鏡1至少要18-20mm。此時，凸柱面反射鏡4的寬度要比凹柱面反射鏡1小，凸柱面反射鏡4的寬度是凹柱面反射鏡1的寬度乘以R2除以R1。

在光軸位置，激光晶體7前放45°平面反射鏡3，反射光垂直入射于半導體飽和吸收鏡5上，半導體飽和吸收鏡5前有匹配透鏡6，作為補償透鏡，匹配透鏡6焦距為R1，這樣經(jīng)過兩次通過f₁，反射光相當于經(jīng)過了一次半徑為R1的凹柱面反射鏡1的反射，匹配透鏡6的焦距為R1/2，匹配透鏡6，在不考慮SESAM熱效應的情況下，匹配透鏡6的焦距為R1/2。實驗中半導體飽和吸收鏡5有熱致畸變，導致匹配透鏡6需要略小于R1/2。激光晶體(7)，激光晶體7的前表面在泵浦光焦點附近，激光晶體7、凹柱面反射鏡1與凸柱面反射鏡4均都位于光軸上，光軸垂直于凹柱面反射鏡1和凸柱面反射鏡4，光軸是指凹柱面反射鏡1與凸柱面反射鏡4焦點的連線。

在空間中，所述的泵浦寬度在x方向上，泵浦寬度小于激光晶體7寬度；在空間中，所述的泵浦寬度在y方向上，激光晶體7厚度為泵浦焦點光腰2倍。

半導體飽和吸收鏡5與凸柱面反射鏡4組成第一非穩(wěn)腔，其組成的非穩(wěn)腔的波前為從后方輸出的球面波前，從后方輸出的球面波前中的一部分越過平面反射鏡3，照射在凹柱面反射鏡1上，半導體飽和吸收鏡5與凸柱面反射鏡4第一非穩(wěn)腔，第一非穩(wěn)腔由于使用半導體飽和吸收鏡5做后腔鏡兼輸出鏡，且在光軸附近，整個結(jié)構(gòu)類似于穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)，因此，此部分輸出光是經(jīng)過半導體飽和吸收鏡5調(diào)制的脈沖輸出(從平面反射鏡3一側(cè)輸出，入射到凹柱面反射鏡1)。且半導體飽和吸收鏡5的工作機理與穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)中的半導體飽和吸收鏡5類似，此時，半導體飽和吸收鏡5上只有整個光腔中的極小部分光強，故并不會增加半導體飽和吸收鏡5的負載，從而避免了在大功率輸出時半導體飽和吸收鏡5被損壞。

凹柱面反射鏡1和凸柱面反射鏡4組成第二非穩(wěn)腔，當調(diào)腔時，保證遮擋半導體飽和吸收鏡5，凹柱面反射鏡1和凸柱面反射鏡4組成第二非穩(wěn)腔不震蕩，輸出光可以保證慢方向基模輸出。

泵浦光由商業(yè)的激光二極管經(jīng)過泵浦整形為x方向?qū)?2mm，y方向焦點500um的光斑，透過凹柱面反射鏡1，聚焦在激光晶體7前表面上，被晶體吸收。凹柱面反射鏡1與凸柱面反射鏡4組成x方向的非穩(wěn)腔，激光輸出從凸柱面反射鏡4那邊輸出。當調(diào)腔時，遮擋半導體飽和吸收鏡5，凹柱面反射鏡1和凸柱面反射鏡4組成在x方向上的第二非穩(wěn)腔處于穩(wěn)定狀態(tài)，輸出光為慢方向基模輸出，激光輸出從凸柱面反射鏡4輸出。

激光晶體7、凹柱面反射鏡1和凸柱面反射鏡4組成穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)，調(diào)整泵浦光在激光晶體7快方向輸出，若泵浦體積與腔模體積匹配，則在快方向上輸出近衍射極限。是由于泵浦光吸收產(chǎn)熱導致的折射率變化，從而造成的透鏡效果，保證了凹柱面反射鏡1、凸柱面反射鏡4兩個柱面鏡能夠和晶體熱透鏡一起組成一個穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)，只要調(diào)整泵浦光在晶體快方向的大小，保證泵浦體積與腔模體積匹配，就可以保證在快方向上也能有近衍射極限輸出。

具體實施例

凹柱面反射鏡2:R1＝250mm，寬20mm，高10mm,凸柱面反射鏡4：R2＝125mm，寬6mm，高10mm，且靠近激光晶體7中心線的那端要打磨出刀口，凹柱面反射鏡1和凸柱面反射鏡4距離60mm放置，激光晶體7為14mm x1mm x10mm(分別對應x、y、z三個方向)的Nd:YVO4，激光晶體7左邊距離凹柱面反射鏡1為35mm放置，平面反射鏡3與光軸成45度角放置，匹配透鏡6為焦距60mm的凸透鏡，半導體飽和吸收鏡5選擇BATOP公司的主波長1064nm的3mmX3mm的半導體飽和吸收鏡5，泵浦光源選用880nm波長的激光二極管。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。