[發明專利]基于多片結構的非線性光學晶體激光變頻耦合器

無效

• 申請號: 201010142124.5
• 申請日: 2010-03-30
• 公開（公告）號: CN101794959A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 許祖彥;王繼揚;胡章貴;楊峰;于浩海
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所;山東大學
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;高宇

技術領域

本發明涉及紫外及深紫外全固態激光領域，特別涉及一種能產生高效率、高功率紫外、深紫外激光的非線性光學晶體變頻耦合器件。

背景技術

目前波長200nm以下的深紫外全固態激光器，在物理、化學、材料、信息等學科領域具有重大的應用價值，并將促進一些交叉學科和一些新領域的發展(參見文獻1和文獻2)。

氟硼鈹酸鉀晶體(KBe₂BO₃F₂以下簡稱KBBF)棱鏡耦合(PCT)技術是目前唯一可通過直接倍頻產生波長200nm以下深紫外激光的方法(參見文獻3和文獻4)。

基于KBBF-PCT直接倍頻技術的深紫外全固態激光源具有實用化與精密化的突出優點。近年來，大量研究及應用領域對高功率深紫外激光提出了迫切的需求，如193nm光刻技術、拉曼光譜技術、高精度能譜分析、光化學反應儀等。另一方面，Nd:YAG激光的四倍頻266nm紫外激光具有波長短、光子能量大、聚焦特性好、熱效應小等優點，在激光精細精密加工技術中有重大的應用價值。目前，獲得四倍頻266nm激光輸出的非線性光學晶體主要有BBO、CLBO等，然而，對于BBO晶體，當四倍頻輸出功率超過300mW左右時將會出現嚴重的光折變效應，大大限制了266nm激光輸出功率；采用CLBO晶體雖已可以獲得幾十瓦的266nm激光輸出，但是CLBO晶體具有嚴重的潮解性，很難實現實用化與產業化應用。近年來，KBBF晶體以其優良的特性在四倍頻266nm激光產生上展示出了極大的潛力(如文獻5所示)，有望成為一種產生高功率四倍頻激光的實用化晶體。

然而，目前通過KBBF-PCT技術高效率地產生高功率深紫外激光及四倍頻266nm激光主要受限于KBBF晶體厚度，原因是，目前可實用的KBBF晶體厚度太薄(小于3mm)，遠小于倍頻所允許的孔徑長度。例如，對于177.3nm、193.5nm及266nm激光的產生，當基頻光光斑直徑為500um時，倍頻的孔徑長度分別為?9.3mm、7.8mm、8.1mm，遠大于目前所能得到的KBBF晶體厚度。

文獻6公開的非線性光學晶體激光變頻耦合器，其包括一非線性光學晶體，及非線性光學晶體的前端面上或后端面上單獨或同時刻有衍射光柵；或者非線性光學晶體的前端面上刻有衍射光柵，后端面上放置一輸出耦合棱鏡；或非線性光學晶體的后端面上刻有衍射光柵，前端面上放置一輸出耦合棱鏡；其優點是：可以使沒有按照位相匹配方向切割的非線性光學晶體實現位相匹配，獲得變頻輸出；可以把那些不易切割、不能切割或由于造價昂貴而不便切割的非線性晶體使用起來，使之有效地應用于激光變頻領域，為非線性光學晶體材料的充分應用提供一種重要途徑。但是卻存在的缺陷是：所述的非線性光學晶體為一塊，對于不易長厚的非線性光學晶體，限制了激光變頻的轉換效率，不易獲得高平均功率激光輸出。

文獻7公開的非線性光學晶體激光變頻耦合器，雖然所述的非線性光學晶體可以為M塊(M≥1)，非線性光學晶體之間使用匹配液粘接，然而，至今仍未發現可以適用于184nm以下光波的匹配液，限制了其在深紫外波段的應用，且匹配液無法將晶體真正粘接為一體，使用極不方便，因此，基于匹配液粘接的晶體難以實用化。

發明內容

本發明的目的在于，針對非線性光學晶體KBBF的厚度瓶頸及文獻7中涉及到的基于匹配液粘接的晶體無法實用化的缺點，提出了采用光膠(超光滑表面光接觸)粘接或離子鍵合粘接多塊KBBF晶體以增加KBBF晶體厚度而制作基于多片結構的非線性光學晶體激光變頻耦合器，從而實現高效率、高功率紫外、深紫外激光輸出。

本發明的技術方案如下：

本發明提供的基于多片結構的非線性光學晶體激光變頻耦合器，其包括N塊非線性光學晶體，N為≥2的正整數，該非線性光學晶體具有呈平板形的光束入射面和出射面，在非線性光學晶體的光束入射面上或同時在光束入射面及光束出射面上置有一耦合棱鏡；其特征在于，所述N塊非線性光學晶的c面光膠或離子鍵合粘合成一體，所述N塊非線性光學晶體的a軸相互平行并上下對準，所述N塊非線性光學晶體的a軸相互平行并上下對準的對準度為≤1°；所述N塊非線性光學晶體的c軸相互平行并上下對準，所述N塊非線性光學晶體的c軸相互平?行并上下對準的對準度為≤0.1°。

所述的非線性光學晶體為具有片狀或層狀結構的非線性光學晶體。所述具有片狀或層狀結構的非線性光學晶體為KBBF、RBBF、CBBF或NBBF等。

本發明的基于多片結構的非線性光學晶體激光變頻耦合器的制作步驟如下(以非線性光學晶體KBBF為例)：