斜入射SESAM被动锁模NdYVO4皮秒激光器

江苏激光联盟导读：

据悉，本文报道了LD泵浦Nd:YVO4皮秒被动锁模激光器中半导体可饱和吸收镜（SESAM）的斜入射方法，使SESAM作为腔内反射镜，产生最大平均输出功率1W，脉冲重复频率120MHz，并在1064nm处获得稳定的连续锁模脉冲，脉冲宽度为19.2ps。据我们所知，这是第一次以SESAM为初始方式，在被动锁模振荡器的斜置装置中，用反射镜SESAM获得连续锁模瞬波激光器。

以SESAM为斜镜的被动锁模振荡器的建立。

1，介绍

目前，可饱和吸收体生长在反射镜上的半导体可饱和吸收体反射镜（SESAM）技术已经得到了很好的发展和广泛的应用。使用这种SESAM作为被动锁模器的常用方法是将光束垂直输入SESAM表面，并使用SESAM作为腔的端部反射镜。在这种情况下，激光无法通过SESAM泵浦，因此，激光无法从SESAM输出。有一些方法来设计激光器：通过二向色分束器将输出光束与泵浦光分离；晶体的准布鲁斯特面、角度，以引入适当的输出耦合量；用双通折腔结构，输出光束通过折镜等。Nd:YVO4具有大的受激发射截面和高的吸收系数，用于二极管泵浦，因此它已被用作连续波、调Q和锁模激光器的激光晶体。

本文采用了一种新的方法来设计激光器，使光束从一个小角度入射到SESAM表面，使用SESAM作为腔内反射镜，并添加单独的输出镜或其他光学元件来输出激光器。将该方法应用于LD泵浦的Nd:YVO4皮秒被动锁模激光器，获得了1064nm的连续锁模脉冲，平均输出功率1W，脉冲重复频率120MHz，脉宽19.2ps，光谱宽度0.12nm。

2.实验装置

实验装置如图1所示。实验中使用的Nd:YVO4的Nd3+掺杂浓度为0.3 at.%，晶体尺寸为3× 3× 9 mm3，并在端面涂上1064 nm的增反射涂层。由808nm的高亮度光纤耦合激光二极管泵浦，其输出功率高达10W。光纤的纤芯直径为400μm，孔径（NA）为0.22。晶体侧面的光斑尺寸约为300μm。

图1使用SESAM作为倾斜镜的被动锁模振荡器的设置。

3，结果和讨论

在实验过程中，发现M4与SESAM、SESAM与输出镜面的距离有调整，为了增加其表面的功率密度，SESAM通常被放置在M4焦点附近。此时，SESAM表面的激光束半径达到最小，只有在一定范围内调整SESAM，谐振腔才能稳定工作。否则，如果将SESAM倾斜一个小角度，并将其作为腔内反射镜，必须将耦合输出镜放在M4的焦点附近，以稳定谐振腔。在这种情况下，SESAM表面的激光束半径最小，功率密度在输出镜所在位置最大。因此，M4与SESAM、SESAM与输出镜的距离调整会影响SESAM表面的功率密度，也会影响锁模情况。实验充分证明了这一点。

除了确保SESAM表面上的功率密度满足锁模条件和谐振腔稳定工作外，我们还尝试增加M4和SESAM之间的距离，并减小SESAM和输出镜M5之间的距离，以便SESAM尽可能靠近M4的焦点，并且可以增加SESAM表面上的功率密度。调整后，当SESAM到M4的距离为65 mm，SESAM到耦合输出镜的距离为15 mm时，我们获得了连续锁模脉冲，当入射泵浦功率为10 W时，我们获得了1 W的平均输出功率。研究了激光器的连续输出行为，如图2所示。由于SESAM的折叠镜很小，我们没有观察到多次脉冲或不稳定锁模。

图2 CW工作和CW被动锁模模式下的输出功率。

当捕捉到稳定锁模时，数字示波器可以测量120 MHz脉冲序列的重复频率。输出光束的光谱宽度为0.12 nm，如图3所示，?ν=31.8GHz。脉冲宽度是用德国APE公司生产的自相关仪测量的。图4显示了半高宽为29.7 ps的自相关信号的剖面。采用双曲正割（sech2），我们估计了?τ = 19.2 ps的脉冲持续时间。

图3光谱中心为1064.3 nm，半最大宽度为0.12 nm；Angilent，光谱分析仪。测量的分辨率为0.06 nm。

图4自相关测量跟踪。

在实验中，我们发现当SESAM旋转一个小角度时，它与垂直入射具有相似的规律。有两个重要的影响因素影响锁模。首先，谐振腔的设计必须满足稳定的锁模条件，这可以通过增加腔长或增加激光晶体和SESAM中的功率密度来实现。第二，激光束在SESAM表面上的半径，腔内脉冲注量应该是SESAM饱和注量的三到五倍，这可以通过调整SESAM表面上的功率密度来实现。

4.结论

实际上，实验中使用的SESAM是为垂直入射而设计的，斜入射方式会影响锁模脉冲，例如产生色散，并会展宽或压缩脉冲宽度。在本文实验中，时间-带宽乘积约为?ν?τ=1.05，我们认为是斜入射方式拓宽了脉冲宽度。详细的理论分析将在以后的工作中进行。实际上，可以设计一种专门用于斜入射被动锁模激光器的SESAM，解决被动锁模激光器中SESAM垂直入射的问题。

在本文中，我们首次演示了斜入射SESAM如何用于二极管泵浦的连续被动锁模驻波激光器，在入射泵浦功率为10W、锁模脉冲宽度为19.2ps、光谱宽度为0.12nm和稳定的连续锁模脉冲为1064nm时，产生最大平均输出功率为1W。我们的研究是对传统反射式SESAM被动锁模激光器设计的成功突破，将为此类激光器的新设计和研究提供重要指导。

来源：Passively mode-locked Nd:YVO4 picosecond laser with oblique incidence on SESAM，Laser Phys. Letters , DOI 10.1002/lapl.200810025

江苏激光联盟陈长军原创作品！