本公開涉及一種中紅外固態(tài)自啟動(dòng)克爾透鏡鎖模激光器。具體地，本公開涉及一種克爾透鏡鎖模激光器，所述克爾透鏡鎖模激光器可操作用于發(fā)射在1.8-8μm光譜范圍內(nèi)的皮秒和飛秒脈沖并配置有法向切割的增益介質(zhì)，其中所述增益介質(zhì)選自摻雜過渡金屬離子的II-VI族多晶材料。

背景技術(shù)：

脈沖激光器被用于各種領(lǐng)域的應(yīng)用，諸如光學(xué)信號處理、激光手術(shù)、生物醫(yī)藥、光學(xué)診斷、雙光子顯微鏡、光學(xué)探針、光學(xué)反射測量法、材料加工等。存在三種主要類別的脈沖激光器，即Q開關(guān)激光器、增益開關(guān)激光器以及鎖模激光器，其中本公開特別感興趣的是鎖模激光器。

鎖模激光器具有多個(gè)縱模，所述多個(gè)縱模同時(shí)振蕩且它們各自的相位相互鎖定，這樣允許產(chǎn)生均勻間隔的短脈沖和超短脈沖。通過能夠使激射模式的相位同步的鎖模機(jī)制建立了固定的相位關(guān)系，使得所有激射模式的相位差保持恒定。然后，這些光學(xué)相位鎖定模式相互干涉以形成短光學(xué)脈沖。

克爾透鏡方法(克爾聚焦、自聚焦)是基于摻雜有過渡金屬離子的II到VI族材料以及其他光學(xué)材料(例如，Ti-S)所固有的現(xiàn)象的超快速鎖模機(jī)制之一，該方法還被稱作克爾透鏡鎖模(KLM)。KLM是在包含增益介質(zhì)的激光腔內(nèi)逐漸形成脈沖且克爾介質(zhì)不僅經(jīng)歷自相位調(diào)制而且經(jīng)歷自聚焦的機(jī)制。當(dāng)KLM不是飽和吸收體時(shí)，諸如克爾效應(yīng)的非線性光學(xué)特性產(chǎn)生虛假“飽和吸收體”效應(yīng)，其中虛假“飽和吸收體”具有比任何固有飽和吸收體更快的響應(yīng)時(shí)間。

典型地，在基于KLM的激光器中使用的增益介質(zhì)包括鈦藍(lán)寶石Ti：S，其中鈦藍(lán)寶石Ti：S具有極好的熱-光特性。眾所周知，具有以布魯斯特角安裝的增益介質(zhì)(例如Ti：S)的諧振腔的簡化和優(yōu)點(diǎn)明顯超過與這種安裝相關(guān)的缺點(diǎn)。

與標(biāo)準(zhǔn)Ti：S單晶介質(zhì)相反，單個(gè)形式的過渡金屬(TM)摻雜的II-VI族材料(具體地，多晶體)提供用于在中紅外范圍內(nèi)(2-8μm)產(chǎn)生超短激光脈沖的唯一機(jī)會，其中所述中紅外范圍與Ti-S覆蓋范圍(0.7-1.1μm)互補(bǔ)。適合運(yùn)行在中紅外波長范圍內(nèi)的晶體材料的非限制性示例可以包括硒化鋅(“ZnSe”)、硫化鋅(“ZnS”)、CdZnSe、CdZnTe和展示出選擇性地覆蓋1.8-8微米光譜范圍的帶寬的許多其他物質(zhì)。

由于多種原因，這些材料具有較差的熱光特性，且當(dāng)布置為布魯斯特結(jié)構(gòu)時(shí)以非常強(qiáng)烈不均勻的熱光效應(yīng)為特征。因此，以布魯斯特角安裝的TM：II-VI族激光器的輸出功率無法超過若干瓦特。此外，由于這種激光器必須使用具有相對較低的泵浦吸收的相對較薄的增益元件，限制了這種激光器的效率。

圖1示出了多晶Cr²⁺：ZnSe/ZnS KLM激光器的可能原理圖之一的工作示例。線偏振的摻鉺光纖放大器(EDFA)的輸出被耦合到標(biāo)準(zhǔn)像散補(bǔ)償?shù)牟粚ΨQ的Z型折疊諧振腔，其中所述EDFA由低噪聲1550nm窄帶半導(dǎo)體激光器種子泵浦，其中所述Z型折疊諧振腔包括兩個(gè)曲面高反射(HR)鏡、平面HR鏡和平面輸出耦合器(OC，R＝99％)。像散意味著矢狀面(與腔體的主平面垂直的平面)和切向平面(即，與主平面平行)的光束焦點(diǎn)不在同一位置。此外，腔體的穩(wěn)定區(qū)域針對不同平面是不同的，且輸出是橢圓形的。這些現(xiàn)象需要補(bǔ)償。

在圖1的設(shè)備中，激光腔的長度大約為94cm。通過使用以下兩種類型的激光(增益)介質(zhì)，來獲得KLM機(jī)制：多晶Cr²⁺：ZnS(厚度為2.0mm；在1550nm下具有43％的小信號透射率)以及多晶Cr²⁺：ZnSe(厚度為2.4mm；15％的透射率)。增益元件是平面平行拋光的、未涂覆的、且以布魯斯特角安裝在銅熱沉上而沒有強(qiáng)制冷卻。為了令光學(xué)腔支撐脈沖，當(dāng)脈沖循環(huán)通過腔體時(shí)脈沖的時(shí)間形狀和持續(xù)時(shí)間必須保持穩(wěn)定。因此，當(dāng)脈沖通過所述腔時(shí)，脈沖由于折射率的波長依賴性而變形，且需要對此進(jìn)行補(bǔ)償。盡管所示配置中使用的腔鏡是非色散性的，然而增益介質(zhì)和其他可選組件是色散性的。通過使用以布魯斯特安裝的熔融硅板(2mm厚)和YAG板(4mm厚)的組合，來執(zhí)行色散補(bǔ)償。諧振腔在2400nm(中心激光波長附近)下的群延遲色散大約為-1000fs²。

針對最大CW輸出功率優(yōu)化激光器，且接著精細(xì)調(diào)整曲面鏡之間的距離以便獲得KLM機(jī)制。通過OC平移(OC translation)來發(fā)起鎖模激光器振蕩。

在Cr²⁺：ZnSe中觀察到多個(gè)小時(shí)的不中斷的單脈沖振蕩，泵浦功率為1W且激光輸出功率為60mW。泵浦功率的進(jìn)一步增加導(dǎo)致多脈沖和頻繁中斷鎖模。在1.25W泵浦功率和30mW輸出功率下，達(dá)到Cr²⁺：ZnS KLM激光器的最大穩(wěn)定性(1-2小時(shí)的未中斷的單脈沖振蕩)。

圖2將針對KLM機(jī)制下的Cr²⁺：ZnS和Cr²⁺：ZnSe激光器獲得的輻射光譜和自相關(guān)軌跡進(jìn)行比較。針對160MHz脈沖重復(fù)率下的單脈沖振蕩執(zhí)行測量。Cr²⁺：ZnS激光器的輸出是sech²變換極限：在假設(shè)sech²屬性的情況下，根據(jù)自相關(guān)軌跡得到125fs脈沖持續(xù)時(shí)間，且在假設(shè)ΔτΔγ＝0.315時(shí)間帶寬積的情況下，根據(jù)輻射光譜計(jì)算出126fs脈沖持續(xù)時(shí)間。另一方面，Cr²⁺：ZnSe激光器自相關(guān)軌跡的形狀揭示了啁啾脈沖。激光器的發(fā)射譜失真，因此增加了時(shí)間帶寬積。大體地，估計(jì)Cr²⁺：ZnSe激光器的脈沖持續(xù)時(shí)間在100-130fs范圍內(nèi)。

圖3示出了已知KLM激光器的相對簡化的腔體設(shè)計(jì)。具體地，由種子激光器10泵浦的光泵浦源1發(fā)射泵浦光束(示出為綠色)，泵浦光束在傳播通過泵浦光束聚焦和成形光學(xué)器件2的系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行聚焦和成形，其中泵浦光束聚焦和成形光學(xué)器件可以包括透鏡或反射鏡。然后通過折疊凹面電介質(zhì)涂覆鏡3將經(jīng)過聚焦和成形的光束耦合到光學(xué)腔體中，其中所述折疊凹面電介質(zhì)涂覆鏡在激光波長下具有較高反射率且在泵浦波長下具有較高透射率。在進(jìn)一步傳播通過增益介質(zhì)4之后，期望波長的激光光束(示出為紅色)在折疊凹面電介質(zhì)涂覆鏡5上發(fā)生碰撞，其中所述折疊凹面電介質(zhì)涂覆鏡在激光波長下具有較高反射率且在泵浦波長下可選地具有較高透射率。從反射鏡5反射的激光光束入射到在激光波長下具有較高反射率的平面鏡6上，其中所述平面鏡是電介質(zhì)或金屬涂覆的?？蛇x地，色散補(bǔ)償組件7(諸如，以布魯斯特角安裝在激光器諧振腔中的平面平行板)布置在反射鏡5和6之間的腔體臂中。在從反射鏡6的向后反射之后，激光光束入射在反射鏡5上并傳播通過增益介質(zhì)4以便撞擊在反射鏡3上。最后，激光光束通過輸出耦合器(“OC”)8從所述腔體去耦合作為輸出光束9。將激光光束的路徑示出為紅色，同時(shí)將泵浦光束示出為綠色。

如圖1和3所示，由于布魯斯特安裝增益介質(zhì)的若干優(yōu)點(diǎn)，在KLM激光器中壓倒性地使用增益介質(zhì)的布魯斯特安裝。首先，在布魯斯特角入射的條件下，特定p偏振的光完全透射通過表面而沒有反射，因此使得制造專門且昂貴的抗反射涂層變得沒有必要。第二，增益介質(zhì)用作起偏器，使得無需使用附加的起偏器。第三，增益介質(zhì)的布魯斯特安裝和對諧振腔參數(shù)的特殊選擇允許補(bǔ)償在該諧振腔內(nèi)傳播的激光光束和輸出激光光束的像散(由于光在曲面鏡表面上的非法向入射而引起像散)。諧振腔的像散可以降低激光器的性能(例如，輸出激光光束的質(zhì)量)。在一些特定情況下，諸如克爾透鏡鎖模，像散甚至可以阻礙正確的激光器操作。

然而，增益介質(zhì)的布魯斯特安裝并非沒有缺點(diǎn)。如圖3A所示，布魯斯特安裝方案包括激光光束和泵浦光束在增益介質(zhì)中的較強(qiáng)的不均勻性。光束沿一個(gè)方向擴(kuò)束且沿垂直方向保持初始尺寸。布魯斯特安裝的光學(xué)材料內(nèi)部的擴(kuò)束倍數(shù)等于材料的折射率n。因此，布魯斯特安裝的(i)導(dǎo)致增益元件中的光學(xué)強(qiáng)度被減小n倍；以及(ii)泵浦光束和激光光束的不對稱性導(dǎo)致在被泵浦通道內(nèi)的不均勻熱量釋放，因此導(dǎo)致該材料中各種熱光效應(yīng)的不均勻性。

布魯斯特安裝的缺點(diǎn)限制在單晶TM：II-VI族材料中約1W的輸出功率。目前，在多晶材料中已展示出具有30-60mW輸出功率的KLM激光操作，但是明顯需要增加輸出功率，以便滿足許多工業(yè)和科技應(yīng)用所需的要求。然而，對具有傳統(tǒng)諧振腔方案的KLM TM：II-VI激光器的進(jìn)一步功率調(diào)諧(power scaling)呈現(xiàn)出富有挑戰(zhàn)的困難。此外，上述缺點(diǎn)阻止縮短脈沖持續(xù)時(shí)間。另外，許多應(yīng)用需要在期望頻率范圍內(nèi)的比當(dāng)前可用的脈沖更短的脈沖，其中當(dāng)前報(bào)道的記錄短脈沖大約為40飛秒。

原理上，布魯斯特安裝的增益介質(zhì)的光學(xué)密度限制泵浦功率，因此限制輸出功率。由于增益介質(zhì)的厚度增加允許使用較高的泵浦功率，像散的程度也相應(yīng)增加，其中必須應(yīng)對像散進(jìn)行補(bǔ)償。否則如上所述，基于KLM的激光器對于像散現(xiàn)象高度敏感，且在最差的可能情況下可能停止正確操作。然而，這種補(bǔ)償既不方便也并不有效。

因此，需要一種大功率中紅外固態(tài)自啟動(dòng)克爾透鏡鎖模激光器，具有包括選自過渡金屬(TM)摻雜的II-VI族材料且在諧振腔中以法向入射角安裝的多晶非線性材料的光學(xué)腔體，以便明顯改善在KLM機(jī)制下激光器輸出功率、效率和脈沖持續(xù)時(shí)間。

因此，還需要上述中紅外KLM激光器，所述中紅外KLM激光器具有能夠在高泵浦功率下運(yùn)行以便輸出高達(dá)幾十瓦的大功率超短脈沖的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

所公開的配置有諸如摻雜TM的II-VI族材料的增益介質(zhì)的克爾透鏡鎖模激光器滿足上述需要，其中所述摻雜TM的II-VI族材料的增益介質(zhì)以泵浦光束法向入射的方式安裝在所述光學(xué)腔體中。法向入射安裝具有以下重要特性和優(yōu)點(diǎn)：

激光光束和泵浦光束貫穿所述增益介質(zhì)保持圓形；

在被泵浦通道內(nèi)的熱量釋放以及相應(yīng)地在該材料中的各種熱光特性是均勻的且軸對稱的；

在增益元件內(nèi)的光學(xué)強(qiáng)度增加n倍(比傳統(tǒng)布魯斯特安裝方案)；

由于較高光學(xué)強(qiáng)度而導(dǎo)致在增益元件內(nèi)的各種非線性光學(xué)效應(yīng)增加；

由于克爾效應(yīng)具有非線性性質(zhì)，更顯著的非線性效應(yīng)在KLM激光機(jī)制中是非常重要的；

TM：II-VI介質(zhì)中更顯著的非線性效應(yīng)可以允許(至少部分地)補(bǔ)償諧振腔的像散。因此，在法向入射下使用TM：II-VI增益元件允許(在一定程度上)放寬對補(bǔ)償KLM激光器的諧振腔內(nèi)的像散的要求。

法向入射安裝極大地簡化了具有較大長度和相應(yīng)地較高泵浦吸收率的增益元件的使用；

較高的泵浦吸收率和較高的光學(xué)強(qiáng)度導(dǎo)致更有效的激光交互作用，且因此使能靈活地選擇輸出耦合器參數(shù)，以便允許增加的激光輸出功率(在給定泵浦功率下)；

材料中的均勻熱光效應(yīng)使能增加泵浦功率(相較于傳統(tǒng)布魯斯特安裝方案)，且因此允許進(jìn)一步放大激光輸出功率。

由于TM：II-VI激光介質(zhì)具有相對較差的熱光特性且基于TM：II-VI的激光器操作在KLM機(jī)制下，上述所有方面對于TM：II-VI激光介質(zhì)都非常重要。

在兩個(gè)實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明構(gòu)思。實(shí)施例中的每一個(gè)包括一些方面，下文將立即簡要公開所述方面。

根據(jù)第一實(shí)施例的第一方面，本發(fā)明的克爾鎖模(“KLM”)激光器配置有諧振腔以及選自摻雜多晶過渡金屬的II-VI族材料(“TM：II-VI”)的增益介質(zhì)。所述增益介質(zhì)入射角為直角并安裝在諧振腔中，以便誘導(dǎo)足以令所述諧振腔在基波波長發(fā)射脈沖激光光束的克爾透鏡鎖模。所發(fā)射的基波波長的激光光束的脈沖均在1.8-8微米(“μm”)波長范圍內(nèi)改變，具有等于或長于30-35飛秒(“fs”)時(shí)間范圍的脈沖持續(xù)時(shí)間以及在mW至約20瓦特(“W”)功率范圍內(nèi)的平均輸出功率。

根據(jù)第二方面，第一方面的KLM激光器配置有具有相位匹配帶寬的增益介質(zhì)，所述帶寬寬到足以在整個(gè)基波波長范圍內(nèi)基波波長的一半處輸出激光光束(SHG)。

根據(jù)第三方面，第一和/或第二方面的本發(fā)明的KLM激光器具有配置有相位匹配的增益介質(zhì)，其帶寬寬到足以在泵浦光傳播經(jīng)過所述增益介質(zhì)時(shí)同時(shí)產(chǎn)生基波波長的二次、三次和四次諧波。

根據(jù)第三方面，第一、第二和第三方面的任意組合或這些方面的單獨(dú)每一個(gè)方面，本發(fā)明的KLM激光器還包括平面諧振腔。

根據(jù)本公開的第五方面，第一、第二、第三和第四方面的任意組合或它們中的任意一個(gè)，增益介質(zhì)包括摻雜TM的二元和三元II-VI族材料。

根據(jù)本公開的第六方面，上述五方面中的每一個(gè)的或這些方面的任意組合的本發(fā)明KLM激光器，增益介質(zhì)選自由Cr2+：ZnSe、Cr2+：ZnS、Cr2+：CdSe、Cr2+：CdS、Cr2+：ZnTe、Cr2+：CdMnTe、Cr2+：CdZnTe、Cr2+：ZnSSe、Fe2+：ZnSe、Fe2+：ZnS、Fe2+：CdSe、Fe2+：CdS、Fe2+：ZnTe、Fe2+：CdMnTe、Fe2+：CdZnTe和Fe2+：ZnSSe及其組合構(gòu)成的集合。

根據(jù)本公開的第七方面，上述方面中的每一個(gè)或其任意組合的本發(fā)明KLM包括線性偏振的光纖激光器泵浦源。線性偏振的光纖激光器泵浦源選自摻雜餌或銩的單模光纖且可操作用于在與基波波長不同的泵浦波長下發(fā)射被耦合到增益介質(zhì)中的泵浦光束。激光光束和泵浦光束在傳播經(jīng)過所述增益介質(zhì)時(shí)保持圓形。

在第八方面，所公開的第一到第七方面中的每一個(gè)或這些方面的任意組合的激光KLM激光器包括配置為響應(yīng)于所耦合的泵浦光束均勻釋放熱量的增益介質(zhì)。所述泵浦光束在被泵浦的增益介質(zhì)中產(chǎn)生均勻軸對稱的熱光效應(yīng)。

根據(jù)本公開的第九方面，先前所述的八個(gè)方面中的每一個(gè)或其任意組合的本發(fā)明KLM包括具有帶寬的增益介質(zhì)。帶寬寬到足以產(chǎn)生波長為泵浦波長和基波波長之和、和/或二者之差、和/或基波與基波頻率的二次、三次和/或四次光學(xué)諧波之和的輸出激光光束。

在本公開的第十方面，如1到9方面中的每一個(gè)或這些方面的任意組合所公開地，本發(fā)明KLM配置有比傳統(tǒng)布魯斯特安裝方案將內(nèi)部光學(xué)強(qiáng)度增加n倍的增益介質(zhì)。

在本公開的第十一方面，如1到10方面中的每一個(gè)或這些方面的任意組合所公開的本發(fā)明KLM，增益介質(zhì)配置為基本上補(bǔ)償諧振腔的像散。

根據(jù)第二方面，在任意方面所公開的KLM配置有通過兩個(gè)相鄰的上游和下游電介質(zhì)涂覆的折疊鏡限定的諧振腔，其中上述電介質(zhì)涂覆的折疊鏡沿著泵浦光束的路徑彼此分離并位于增益介質(zhì)的側(cè)面。每個(gè)反射鏡配置為在基波波長具有高反射率且在泵浦波長具有高透射率，其中下游折疊反射鏡配置為至少地部分透射高次諧波。

根據(jù)本公開的第十三方面，如先前公開的多個(gè)方面中的每一個(gè)或這些方面的任意組合所公開的KLM激光器具有諧振腔，包括在基波波長部分地透射的輸出耦合器以及位于輸出耦合器上游的至少一個(gè)平面分色鏡。所述腔體還具有至少一個(gè)在基波和高次諧波下具有較高透射率的中間板。

在本公開的第十四方面中，上述方面中的每一個(gè)或這些方面的任意組合的KLM形成有諧振腔，其中所述諧振腔包括被配置為平面平行板或棱鏡并可操作用于限制色散的色散補(bǔ)償元件。補(bǔ)償元件以布魯斯特角安裝。

在本公開的第十五方面中，上述方面中的每一個(gè)或這些方面的任意組合的KLM形成有諧振腔，其中所述諧振腔包括布魯斯特安裝的雙折射調(diào)諧器。

在本公開的第十六方面，上述方面中的每一個(gè)或這些方面的任意組合的KLM還包括在諧振腔內(nèi)沿著激光光束的束腰移動(dòng)增益介質(zhì)的平移臺(translation stage)?？刂圃鲆娼橘|(zhì)的移動(dòng)以便在輻射激光光束在基波波長的主波輸出以及在相應(yīng)二次、三次和四次諧波的次波輸出之間重新分配激光光束的平均功率。

根據(jù)本公開的第二實(shí)施例，它的第一方面描述了一種用于對在克爾透鏡鎖模(“KLM”)激光器下的飛秒激光輻射進(jìn)行非線性頻率變換的方法，所述克爾透鏡鎖模激光器如第一實(shí)施例的上述全部方面中的任一方面或其任意組合所公開。所述方法用于多程諧振腔(multi-pass resonator cavity)且包括安裝選自摻雜過渡金屬的II-VI族(“TM：II-VI”)材料的增益介質(zhì)。在諧振腔內(nèi)，以法向入射角切割所述增益介質(zhì)?？藸柾哥R對諧振腔進(jìn)行鎖模以便發(fā)射主波輸出為包括一串基波波長的輸出脈沖的激光輻射。脈沖均在1.8-8微米(“μm”)波長范圍內(nèi)改變，具有等于或長于30-35飛秒(“fs”)時(shí)間范圍的脈沖持續(xù)時(shí)間以及在mW至約20瓦特(“W”)功率范圍內(nèi)的平均輸出功率。

在本方法的第二方面中，諧振腔還與主波輸出同時(shí)提供次波輸出。次波輸出是基波波長的半波長。

在第二實(shí)施例的第三方面，第一和/或第二方面的方法提供與主波輸出和次波輸出同時(shí)地附加輸出基波波長的三次和四次諧波的激光光束。

在第二實(shí)施例的第四方面，上述方面中的任意方面或其任意組合的方法包括在不同于基波波長的泵浦波長產(chǎn)生泵浦光束，并將泵浦光束耦合到增益介質(zhì)中。

根據(jù)第二實(shí)施例的第五方面，上述方面中的每一個(gè)或其任意組合的方法用于附加地輸出波長為泵浦波長和基波波長之和及二者之差、以及基波波長和二次、三次和四次光學(xué)諧波波長之和與它們之差的激光光束。

附圖說明

根據(jù)以下附圖，將更清楚本公開的上述和其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中：

圖1是已知的現(xiàn)有技術(shù)的KLM激光器的一個(gè)示例性原理圖；

圖2是針對圖1的KLM激光器的發(fā)射光譜和自相關(guān)軌跡。

圖3是已知的現(xiàn)有技術(shù)的KLM激光器的另一示例性原理圖；

圖3A是圖3的放大細(xì)節(jié)，示出了在布魯斯特安裝的增益介質(zhì)中的光束傳播；

圖4是本發(fā)明KLM諧振器的一種設(shè)計(jì)的光學(xué)示意圖；

圖4A是圖2的放大的增益介質(zhì)；

圖4B是圖4公開的KLM激光器的可能示意圖之一；

圖5是用變換極限激光輻射光譜的理論曲線擬合的所公開KLM激光器的測量激光發(fā)射譜。

圖5A是自相關(guān)軌跡；

圖5B是所公開的KLM激光器發(fā)射的輸出激光光束的圖像；

圖6是優(yōu)化的本發(fā)明KLM激光器的光學(xué)示意圖；

圖7示出了圖6的所公開的KLM激光器的測量發(fā)射譜，其中所述KLM激光器配置有具有相應(yīng)的不同反射率的激光輸出耦合器；

圖8示出了與圖7的相應(yīng)發(fā)射譜相對應(yīng)的圖6的KLM激光器的自相關(guān)軌跡；

圖9是所公開的KLM激光器的多晶過渡金屬(“TM”)TM：II-IV增益介質(zhì)的放大視圖；

圖10是本發(fā)明KLM激光器的另一光學(xué)示意圖；

圖11A是在對應(yīng)的基波、二次諧波、三次諧波和四次諧波波長的激光器輸出光束的四個(gè)圖像；

圖11B是由熱攝像機(jī)獲得的本發(fā)明KLM激光器在基波波長和二次諧波的輸出的空間輪廓；

圖11C是在二次諧波波長獲得的KLM激光脈沖串的波形。

圖12是設(shè)置有用于控制激光器參數(shù)的裝置的本發(fā)明KLM激光器的另一光學(xué)示意圖；

圖12A是圖12的增益介質(zhì)的放大視圖；

圖13、13A和13B示出了由本發(fā)明KLM激光器可控產(chǎn)生68fs和84fs脈沖；以及

圖14示出了由本發(fā)明KLM激光器可控產(chǎn)生46fs脈沖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明的實(shí)施例。在有可能的情況下，附圖和說明書中使用相同或相似的附圖標(biāo)記來表示現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明配置共有的相同或相似的部件或步驟。附圖為簡化形式，且不是按精確比例繪制的。除非明確說明，否則對于二極管激光器和光纖激光器領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，說明書和權(quán)利要求中的詞語和短語具有普遍和慣用的含義。詞語“耦合”和類似術(shù)語并非必須表示直接的、緊鄰的連接，還可以包括經(jīng)由自由空間或中間元件進(jìn)行的機(jī)械和光學(xué)的連接。

圖4示出了所公開的KLM激光器50的示例性配置，其中所述KLM激光器50具有相對所示諧振腔中的光束傳播平面以法向入射方式安裝的增益介質(zhì)4’。其他組件與圖3所示的組件相似，并包括由源10種子泵浦并發(fā)射泵浦光(示出為綠色)的光學(xué)泵浦源1。泵浦源1可以配置為標(biāo)準(zhǔn)線偏振的單橫模(“SM”)摻鉺光纖激光器(EDFL)。備選地，源10可以是基于摻雜銩(“Tm”)的SM光纖激光器。

增益介質(zhì)4’的法向入射安裝對于實(shí)現(xiàn)較高輸出激光功率和效率是至關(guān)重要的。具體地，多晶抗反射涂覆的增益介質(zhì)4’耦合在折疊凹面電介質(zhì)涂覆反射鏡3和5之間。盡管將增益介質(zhì)4’示出為是平面平行的，然而它還可以是楔形的。反射鏡3在激光波長具有高反射性且在泵浦波長具有高透射性，而反射鏡5配置為在激光波長具有較高反射率且可選地在泵浦波長具有較高透射率。諧振腔可以具有多種配置。例如，圖4B示出了具有超過所示兩個(gè)折疊反射鏡的諧振腔。不管諧振腔的配置如何，最終激光光束撞擊輸出耦合器(“OC”)8上，并從諧振腔耦合輸出作為激光波長的輸出光束9。

應(yīng)注意，可以通過使用空間優(yōu)化的“色散反射鏡”來實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償。高反射性反射鏡可以是輸出耦合器8的可用備選。諧振腔可以包括用于激光波長調(diào)諧的附加組件。

與圖1和3的KLM激光器的傳統(tǒng)諧振腔不同，本發(fā)明的平面諧振腔具有像散。然而，在TM：II-VI族激光器材料的具體情況下，如圖4B所示，泵浦光束和激光光束在增益元件內(nèi)的高度均勻性允許增益元件基本上補(bǔ)償諧振腔的像散。下文所述的原理實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該論述。此外，可以通過仔細(xì)選擇折疊凹面反射鏡的曲率半徑和折疊角度，來將所公開的平面諧振腔的像散保持為非常低。根據(jù)需要，也存在在沒有本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的布魯斯特光學(xué)元件的情況下在折疊諧振腔內(nèi)進(jìn)行像散補(bǔ)償?shù)亩喾N技術(shù)，但是所有這些技術(shù)都僅是可選性的，且當(dāng)在已知現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中時(shí)并非是必須的。

因此，TM：II-VI介質(zhì)中的更顯著的非線性克爾效應(yīng)可以允許顯著地補(bǔ)償諧振腔的像散。因此，在法向入射下使用TM：II-VI增益元件允許(在一定程度上)放寬對補(bǔ)償KLM激光器50的諧振腔內(nèi)的像散的要求。

增益介質(zhì)的法向入射安裝的主要優(yōu)點(diǎn)在于(i)由于泵浦光束和激光光束的循環(huán)，更好地管理在增益元件中的熱光效應(yīng)；(ii)顯著增加增益元件內(nèi)的泵浦強(qiáng)度和激光強(qiáng)度(相較于標(biāo)準(zhǔn)布魯斯特安裝)；(iii)通過較大的長度和體積且因此較高的泵浦吸收大大地簡化對增益元件的使用。法向入射安裝也可以更有利于克爾透鏡鎖模。

圖5-圖5B示出了圖4的KLM激光器平面諧振腔50的結(jié)果，其中所述KLM激光器平面諧振腔配置有標(biāo)準(zhǔn)量產(chǎn)的AR涂覆的多晶Cr：ZnS增益元件4。已經(jīng)方便地獲得了KLM機(jī)制的激光器。通過測量圖5的激光發(fā)射譜和圖5A的非線性自相關(guān)函數(shù)，來確認(rèn)所述激光器的KLM機(jī)制，如下文所述。通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)分析來確認(rèn)具有84fs脈沖持續(xù)時(shí)間的傅里葉變換極限脈沖，如下文所述。變換極限脈沖是理論上最短可能脈沖，被確定為其中t是脈沖持續(xù)時(shí)間，是脈沖寬度。從上文可以看出，為了產(chǎn)生具有特定持續(xù)時(shí)間的最短可能光脈沖，需要較寬的光譜帶寬?？梢钥闯?，測試KLM TM：II-VI激光器50可操作用于輸出基波/激光波長的光束9，在重復(fù)率為93MHz且脈沖能量為14nJ具有約1.3W的輸出功率，且特征化有變換極限脈沖和較好的光束質(zhì)量，如圖5B所示。確信所獲得的輸出功率非常高。

圖6示出了基于Cr²⁺：ZnS增益元件4并且具有優(yōu)化諧振器的本發(fā)明的KLM激光器50。HR-色散性高反射鏡(GDD～-200fs²)，YAG-2mm厚的布魯斯特安裝的色散補(bǔ)償板，OC-輸出耦合器(|GDD|＜150fs²)，MgF₂-可選的0.5mm厚布魯斯特安裝的雙折射調(diào)諧器(Lyot濾波器)，L-泵浦聚焦透鏡。SHG-激光器在二次諧波波長的次波輸出。通過摻鉺光纖激光器(EDFL)的線偏振輻射在1567nm對所述激光器進(jìn)行泵浦。

泵浦源1包括標(biāo)準(zhǔn)線偏振的摻鉺光纖激光器(EDFL)。為了增加激光輸出功率，以法向入射角將5mm長的多晶Cr²⁺：ZnS增益元件4’插入AR涂覆的折疊反射鏡3和5之間的水冷型銅熱沉上，其中多晶Cr²⁺：ZnS增益元件4’在1567nm泵浦波長具有11％的小信號透射率。腔體腿部(cavity legs)的長度是不相等的，比例為3∶5。諧振腔在激光發(fā)射的最大值(2300-2400nm)下的總色散約1400-1600fs²。為了對KLM激光器的波長調(diào)諧進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使用由MgF₂制成的0.5mm厚的布魯斯特安裝的雙折射調(diào)諧器11(單板狀Lyot濾波器)。附加地，2mm厚的布魯斯特安裝的YAG板12布置為靠近位于被限定在反射鏡6和13之間的腿部中的調(diào)諧器11。平面諧振器還包括被限定在緊鄰OC 8的上游的平面反射鏡15和14之間的附加腿部。OC的色散在2200-2400nm范圍內(nèi)在±150fs²內(nèi)。SHG的輸出16示出為藍(lán)色，泵浦光為綠色且激光光束示出為紅色。

通過使用反射率為96、90、70和50％的輸出耦合器，已獲得具有優(yōu)化平面諧振腔的KLM機(jī)制的激光器。在脈沖重復(fù)率為94.5MHz下執(zhí)行大部分測量。然而，在脈沖重復(fù)率為80-120MHz的范圍內(nèi)獲得KLM激光器振蕩。下表總結(jié)了激光特征描述的結(jié)果。

表格

R_OC-輸出耦合器的反射率，P_out-KLM機(jī)制下的平均輸出激光功率，τ-激光脈沖持續(xù)時(shí)間(FWHM)，Δλ-激光發(fā)射譜的寬度(FWHM)，λ_C-激光發(fā)射峰值，P_pump-優(yōu)化泵浦功率

從具有不同反射率的OC獲得的圖6的KLM激光器50的發(fā)射光譜和自相關(guān)軌跡分別示出在圖7和8中。光譜和自相關(guān)函數(shù)的形狀對應(yīng)于針對全部四種類型的OC的sech²脈沖。這樣允許將0.315的時(shí)間帶寬積用于估計(jì)脈沖持續(xù)時(shí)間。在R_OC＝90％(2525nm)下測量的光譜中的小峰值表示在激光器發(fā)射中存在凱利邊帶。由于經(jīng)由高反射鏡在低于2200nm的波長下的泄漏，抑制相對的邊帶。以下解釋了針對在多晶Cr²⁺：ZnS中直接獲得二次諧波產(chǎn)生(SHG)的情況在R_OC＝90％和70％下測量的平頂光譜。

總結(jié)基于法向安裝的多晶II-VI材料的KLM激光器50(具體地，多晶Cr²⁺：ZnS激光器)的上述配置，在脈沖重復(fù)率為80-120MHz的范圍內(nèi)通常獲得了穩(wěn)定的單脈沖fs激光振蕩，fs激光的輸出功率約為2W，且最短脈沖持續(xù)時(shí)間約46fs。確信上述全部數(shù)據(jù)對于II-VI增益介質(zhì)是前所未有的。此外，在一些情況下，KLM激光器50可操作用于產(chǎn)生甚至更獨(dú)特的數(shù)據(jù)，輸出功率高達(dá)20W且脈沖持續(xù)時(shí)間低至30-35皮秒。

飛秒激光器的實(shí)踐應(yīng)用通常要求非線性頻率變換(例如，產(chǎn)生光學(xué)諧波、產(chǎn)生和頻和差頻以及產(chǎn)生光學(xué)參量)。例如，可以通過使用結(jié)合光學(xué)參量發(fā)生器的Ti：S fs激光器，實(shí)現(xiàn)對于多光子成像至關(guān)重要的1.1-1.5μm光譜范圍。可以通過使用在2.2-3.0μm光譜范圍內(nèi)操作的TM：II-VI中紅外fs激光器的SHG，來實(shí)現(xiàn)相同光譜范圍。

由于色散(在基波激光波長和半基波(“SH”)波長下的光傳播速率的差)而限制非線性材料中的SHG的效率。因此，從基波波長到SH波長的能量轉(zhuǎn)換發(fā)生在有限長度的非線性材料中，即所謂的相干長度(“CL”)。在許多材料中，CL大約為幾十μm，導(dǎo)致SH產(chǎn)生效率較差。在過去幾十年，已研究出用于克服該限制的大量技術(shù)。傳統(tǒng)技術(shù)基于一些非線性晶體的雙折射性。更多的當(dāng)前研究是基于非線性材料的顯微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)(準(zhǔn)相位匹配或QPM)。標(biāo)準(zhǔn)QPM晶體包含針對在期望激光波長下最有效的非線性頻率轉(zhuǎn)換優(yōu)化的規(guī)則圖案，例如它們具有有限帶寬的非線性頻率轉(zhuǎn)換。更復(fù)雜的圖案允許增加帶寬，其中增加帶寬伴隨著降低總轉(zhuǎn)換效率。

在此使用的多晶TM：II-VI材料包括顯微單晶顆粒。實(shí)驗(yàn)中使用的多晶TM：II-VI樣本的顆粒尺寸大約為中紅外波長范圍內(nèi)的SHG過程的相干長度(30-60μm，依賴于材料的波長和類型)。因此，可以像標(biāo)準(zhǔn)QPM材料那樣圖案化多晶TM：II-VI材料。與標(biāo)準(zhǔn)QPM材料不同，所述圖案化并非是完美的，而是隨機(jī)化的(在顆粒尺寸和晶軸的方向上存在不同)。圖案化的這種隨機(jī)化導(dǎo)致較低的非線性增益(相較于標(biāo)準(zhǔn)QPM材料)。然而，隨機(jī)化允許在非常寬的光譜范圍內(nèi)進(jìn)行SHG。因此，多晶TM：II-VI材料具有非常大帶寬的非線性頻率轉(zhuǎn)換。非線性頻率轉(zhuǎn)換的效率強(qiáng)烈依賴于光學(xué)強(qiáng)度(例如，SHG效率與光學(xué)強(qiáng)度的平方成正比)。因此，可以通過fs激光器脈沖的非常高的強(qiáng)度來補(bǔ)償多晶TM：II-VI材料的較小的非線性增益。多晶TM：II-VI材料的上述特征對于fs激光輻射的非線性頻率轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。

具體地，參考圖9和10，KLM激光器50配置有多晶TM：II-VI增益介質(zhì)4’。圖10的所公開的配置可操作用于同時(shí)輸出對應(yīng)的二次、三次和四次諧波產(chǎn)生波長的光束，其中圖9分別將二次諧波產(chǎn)生(SHG)示出為黃色，將三次諧波產(chǎn)生(THG)示出為綠色且將四次諧波產(chǎn)生(FHG)示出為藍(lán)色，并將和頻與差頻波長(SFG和DFG)二者示出為黑色。

經(jīng)由部分透射的OC 8來實(shí)現(xiàn)基波波長的激光輸出。在對應(yīng)的二次、三次和四次諧波的激光輸出在反射鏡18處反射之后經(jīng)由反射鏡20離開諧振腔。重要的是指出諧振腔的所有反射鏡不必是專門設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生高次諧波輸出的。在測試設(shè)備中，SHG波長范圍內(nèi)的反射鏡透射率約為50％并根據(jù)波長的改變而振蕩。圖11A示出了通過放置在反射鏡20之后的IR敏感卡獲得的2W KLM激光器50在對應(yīng)基波(A)、二次諧波(B)、三次諧波(C)和四次諧波(D)波長(分別為2300、1150、770、575nm)下的輸出的典型圖像的快照。圖11B示出了通過位于OC 8后方的熱攝像機(jī)測量到的基波頻率和二次諧波的輸出光束的兩個(gè)圖像。圖11C示出了與在SHG波長下獲得的KLM激光器脈沖串的波形相關(guān)的圖。因此，中紅外飛秒激光器發(fā)射的相當(dāng)一部分(高達(dá)50％)被轉(zhuǎn)換為二次諧波，且可以通過控制OC的反射率來調(diào)整SH功率的量。

圖10的fs激光器50在SHG波長下的輸出功率在反射鏡20之后達(dá)到30mW。這允許在諧振器內(nèi)部獲得240mW SHG功率(必須考慮反射鏡18、20的50％透射率以及SHG發(fā)生在兩個(gè)相對方向上的事實(shí))。所獲得的結(jié)果揭示出多晶TM：II-VI族材料的以下特征：多晶TM：II-VI族材料是對中紅外fs脈沖相對高效的非線性頻率轉(zhuǎn)換器(例如，在所述原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)期間，在基波波長和SHG波長下獲得大約相同的光功率)。多晶TM：II-VI材料族的相位匹配帶寬寬到足以允許整個(gè)fs激光發(fā)射光譜的SHG。多晶TM：II-VI材料族的相位匹配帶寬寬到足以允許同時(shí)執(zhí)行SHG、THG和FHG。在所公開的平面諧振器內(nèi)的多晶TM：II-VI族材料可以用作fs激光增益介質(zhì)以及非線性頻率轉(zhuǎn)換器。因此，當(dāng)顯微單晶顆粒的大小大約為SHG、THG和FHG過程的相干長度的量級時(shí)，由于增益介質(zhì)4’的多晶結(jié)構(gòu)，激光器50可以輸出四個(gè)不同波長的多個(gè)fs輸出。

顆粒尺寸和晶軸的方向的不同導(dǎo)致材料的“圖案化”，類似于在準(zhǔn)相位匹配(QPM)非線性轉(zhuǎn)換器中那樣。與標(biāo)準(zhǔn)QPM材料不同，圖案化不是規(guī)則的而是隨機(jī)的。另一方面，隨機(jī)圖案化材料中的非線性顆粒是非常低的。另一方面，隨機(jī)圖案化導(dǎo)致非常大帶寬的非線性頻率轉(zhuǎn)換。因此，通過fs激光器脈沖在諧振腔內(nèi)的高峰值強(qiáng)度來補(bǔ)償多晶Cr²⁺：ZnS的低非線性增益?？傃灾?，使用具有隨機(jī)化的QPM的多晶TM：II-VI族材料具有以下重要特征：

(i)由于所述介質(zhì)的非常大的非線性帶寬，使用多晶TM：II-VI族材料允許對fs激光器的整個(gè)發(fā)射光譜的非線性頻率轉(zhuǎn)換。

(II)多晶TM：II-VI族材料中的非線性頻率轉(zhuǎn)換可以包括SHG、基波波長和其光學(xué)諧波下的激光發(fā)射之間的和頻混頻、在fs激光器和其他激光源(例如，泵浦激光器)之間的和頻混頻以及差頻混頻等。

(iii)以法向入射角安裝多晶TM：II-VI族材料允許減小激光光束在該介質(zhì)內(nèi)的尺寸，因此增加光學(xué)強(qiáng)度，并因此明顯地增加非線性轉(zhuǎn)換效率。

(iv)將多晶TM：II-VI族材料安裝在fs激光器的平面諧振腔內(nèi)部允許同時(shí)產(chǎn)生基波激光波長和多個(gè)次波諧波(SHG、THG、FHG、SFG、DFG等)下的fs激光脈沖。

(v)在KLM激光器的平面諧振腔內(nèi)以法向入射角安裝多晶TM：II-VI族介質(zhì)允許增加增益元件的長度，因此增加非線性相互作用的長度，因此進(jìn)一步明顯增加非線性轉(zhuǎn)換效率。

(vi)在KLM激光器的平面諧振腔內(nèi)安裝多晶TM：II-VI族材料允許經(jīng)由克爾非線性和材料中的其他非線性之間的相互作用精細(xì)地控制fs激光參數(shù)，如下文所述.

(Vii)由于KLM激光器的平面諧振腔內(nèi)循環(huán)的光學(xué)功率總是高于在諧振腔外的輸出功率，在KLM激光器的平面諧振腔內(nèi)安裝多晶TM：II-VI族材料允許使非線性轉(zhuǎn)換效率最大化。此外，可以通過優(yōu)化輸出耦合器的反射率，來精細(xì)地控制平面諧振腔內(nèi)的光學(xué)功率(因此，在多晶TM：II-VI族材料中的激光光束的強(qiáng)度)。

(viii)可以經(jīng)由專門設(shè)計(jì)的二色鏡來實(shí)現(xiàn)多晶TM：II-VI族fs激光器在SHG、THG、FHG、SFG、DFG波長下的次波輸出，其中所述二色鏡在基波激光波長下具有較高反射率HR且在次波波長下具有較高透射率HT。

(ix)可以經(jīng)由專門設(shè)計(jì)的電介質(zhì)涂覆板來實(shí)現(xiàn)多晶TM：II-VI族fs激光器在SHG、THG、FHG、SFG、DFG波長下的次波輸出，其中所述電介質(zhì)涂覆板在基波激光波長下具有高透射率HT且在次波波長下具有高反射率HR。所述板可以安裝在例如多晶TM：II-VI族光學(xué)元件以及諧振腔反射鏡之間。

圖12和12A示出了用于控制多晶TM：II-VI克爾透鏡鎖模激光器50的參數(shù)的原理圖。與圖4的原理圖相似，所示原理圖配置有光學(xué)泵浦源1、泵浦光束聚焦和成形光學(xué)器件2、在激光波長下具有較高反射率并在泵浦波長下具有較高透射率的折疊凹面電介質(zhì)涂覆反射鏡3、以法向入射角安裝的抗反射(AR)涂覆多晶TM：II-VI增益元件4’。增益元件4’安裝在圖12A的臺30上，這樣允許沿著如雙箭頭線所示平移激光光束。KLM激光器50還包括在激光波長下具有高反射率的折疊凹面電介質(zhì)涂覆反射鏡5(并可選地在泵浦和/或SHG、THG、FHG、SFG、DFG波長下具有高透射率)。所述激光器還具有在激光波長下具有高反射率的平面反射鏡(電介質(zhì)或金屬涂覆的)6、可選地偏振組件以及用于色散補(bǔ)償?shù)慕M件，諸如棱鏡7，所述組件被配置為以布魯斯特角安裝在激光諧振腔中作為平面平行板。所公開的KLM激光器還包括輸出耦合器8，對于基波波長的輸出激光光束9為透射性的，并且對于SHG波(和/或THG、FHG、SFG、DFG波長)為透射性的次波輸出10。將激光光束的路徑示出為紅色，并將泵浦光束示出為綠色。

克爾透鏡鎖模激光器依靠克爾效應(yīng)：當(dāng)在光學(xué)介質(zhì)中傳播強(qiáng)光時(shí)發(fā)生的非線性光學(xué)效應(yīng)；可以將其描述為立即發(fā)生的對介質(zhì)折射率的修改。克爾效應(yīng)的“強(qiáng)度”與光學(xué)強(qiáng)度成正比：S_Kcrr～I(xiàn)。因此，激光光束在增益介質(zhì)中的緊實(shí)聚焦在KLM激光器中是至關(guān)重要的。通常通過將在兩個(gè)曲面反射鏡之間的增益介質(zhì)布置在激光光束的束腰中并通過優(yōu)化曲面反射鏡之間的距離，來實(shí)現(xiàn)所要求的聚焦。圖12A示意性地示出了激光光束的束腰。光學(xué)強(qiáng)度與激光光束面積成比例，因此它在束腰到達(dá)最大值并隨著光束尺寸的增加而降低。

實(shí)驗(yàn)示出了多晶TM：II-VI族介質(zhì)是適合于KLM激光器的材料。如上所述，實(shí)驗(yàn)還示出了多晶TM：II-VI族介質(zhì)是針對中紅外fs脈沖的相對有效的SHG轉(zhuǎn)換器?？藸栃?yīng)的“強(qiáng)度”與光學(xué)強(qiáng)度平方成正比：S_SHG～I(xiàn)²。

因此，兩個(gè)非線效應(yīng)同時(shí)發(fā)生在多晶TM：II-VI族KLM激光器中：克爾透鏡(與I成正比)且SHG(與I²成正比)?？藸柾哥R和SHG對光學(xué)強(qiáng)度的不同依賴程度允許通過沿著激光光束的束腰平移多晶TM：II-VI族增益元件，來改變兩個(gè)非線性效應(yīng)的相對“強(qiáng)度”。因此，可以以可控的方式在這兩個(gè)非線性效應(yīng)之間重新分配多晶TM：II-VI族介質(zhì)的非線性行為。

具體地，圖13、13A和13B示出了增益介質(zhì)4’相對圖12的曲面反射鏡3和5的兩個(gè)位置(示出為紅色和藍(lán)色)獲得的發(fā)射光譜、自相關(guān)軌跡。可以看出，平移多晶Cr：ZnS增益元件導(dǎo)致fs激光器參數(shù)的明顯改變：脈沖持續(xù)時(shí)間從84fs減小至68fs(輻射譜的寬度成正比地增加)。因此，所提出的方法允許精細(xì)地調(diào)整fs激光器參數(shù)。例如，平移多晶Cr：ZnS增益元件導(dǎo)致改變在SHG波長下fs激光輸出功率(在～10mW和～20mW之間)。SHG輸出的增加表現(xiàn)為激光輻射光譜在基波波長下的變形(由于激光發(fā)射的相當(dāng)一部分被轉(zhuǎn)換為SHG，較高的SHG輸出對應(yīng)于平頂輻射峰值)。參考圖14，精細(xì)地控制多晶TM：II-VI族KLM激光器參數(shù)的能力得到46fs脈沖持續(xù)時(shí)間，其中所述46fs脈沖持續(xù)時(shí)間在與中紅外TM：II-VI族KLM激光器相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)中是從未實(shí)現(xiàn)過的。

在多晶TM：II-VI族材料中同時(shí)存在克爾效應(yīng)和足夠強(qiáng)的SHG效應(yīng)具有以下重要應(yīng)用：

沿著激光光束的束腰平移被安裝在KLM激光器的平面諧振腔內(nèi)的多晶TM：II-VI族增益元件允許在基波波長的主波輸出以及SHG、THG、FHG、SFG、DFG波長的次波輸出之間精細(xì)地重新分配fs激光功率。

(i)沿著激光光束的束腰平移被安裝在KLM激光器的平面諧振腔內(nèi)的多晶TM：II-VI族增益元件允許精細(xì)控制fs激光參數(shù)(脈沖持續(xù)時(shí)間、寬度和輻射譜的形狀)。

(ii)在多晶TM：II-VI族材料中同時(shí)存在克爾效應(yīng)和足夠強(qiáng)的SHG效應(yīng)能夠產(chǎn)生較短的激光脈沖(相較于傳統(tǒng)克爾透鏡鎖模機(jī)制)。

可以在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)特征的情況下，對所公開的結(jié)構(gòu)進(jìn)行各種改變。因此，應(yīng)將以上描述中所包括的所有事物理解為僅是示意性的，且在限制意義上，本公開的范圍由所附權(quán)利要求所限定。