[發明專利]內外腔混合非線性頻率變換紫外激光器

無效

• 申請號: 201210148336.3
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN103427325A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 李斌;孫冰
• 申請（專利權）人: 天津梅曼激光技術有限公司
• 主分類號: H01S3/109
• 分類號: H01S3/109
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及激光器的技術領域，具體說是一種利用了腔內基頻光的高功率密度，提高了倍頻過程的轉換率，保證系統的長期穩定性和高效性的內外腔混合非線性頻率變換紫外激光器。

背景技術

LD泵浦全固態激光器從1980年以來獲得長足的進步，紫外激光器因其在熒光檢測、精細加工和光刻等方面的應用，一自以來就是研究的熱點。紫外光加工材料過程稱為光蝕效應，是由于紫外光的高能量光子可以直接破壞材料的化學鍵是“冷”處理過程，熱影響區域微乎其微。相比之下，可見光和紅外激光器利用聚焦到加工部位的熱量來熔化材料，熱量經過傳導會影響到周圍的材料，產生熱影響區域。良好的聚焦性能和冷處理兩個優點結合在一起，使得紫外激光器可以加工極其微小的部件，并且大多數材料都能夠有效地吸收紫外光，從而使紫外激光器有更高的靈活性和更廣的應用場合，可以用來加工紅外和可見光激光難以加工的材料。實現紫外激光的方式很多，如氣體激光、全固態激光等。但氣體激光器系統龐雜、需要定期維護，而逐漸被LD泵浦的全固態紫外激光器取代，全固態紫外激光器成為激光研究的重要方向。

目前全固態激光實現紫外激光器的方式有兩種，第一種是倍頻晶體與三倍頻晶體都放置在諧振腔內，如JDSU公司、Photonics公司、DPSSL公司和YUCO公司及其他的一些德國公司采用腔內非線性頻率變換的方式實現紫外輸出，這種方式具有效率高的優點，但是這種方式會影響輸出激光的光束質量、脈沖寬度，并且光路穩定性差，容易造成諧振腔的失調，腔內光功率密度較高容易造成三倍頻晶體的損傷。另一種方式是將倍頻晶體與三倍頻晶體都放置在腔外，這種方式是整個激光器穩定性好，輸出的光束質量好，靈活方便，易于更換配件，但其效率較低，目前國外公司(Coherent、Spectra-physics)均采用腔外非線性頻率的方法實現綠光和紫外的輸出。以上兩種方式都存在一定的弊端。

目前國外公司如(Coherent、Spectra-physics、JDSU)已經于推出平均功率大于10W的半導體二極管泵浦的紫外激光器。國內的許多院校、研究所以及公司也大力開展高功率紫外激光器的研發，但目前真正能產品化的紫外激光器非常少。

現有技術中的主要問題存在于以下方面：

完全的外腔三倍頻的轉換率較低，目前從基頻光到紫外激光的轉換率小于40％，這是由于腔外激光的光功率密度較低，二倍頻的效率不高，致使綠光激光的功率較弱，嚴重影響了后續三倍頻的轉換率。

完全的內腔三倍頻穩定性差，這種將倍頻晶體與三倍頻晶體同時置于基頻光的諧振腔內，可以提高轉換率，但這種方法光路穩定性差，容易造成三倍頻晶體的光學損傷，并且紫外晶體要定期的更換和移動，將三倍頻晶體置于腔內會影響后期光路的穩定性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提出一種二極管泵浦的內外腔混合非線性頻率變換紫外激光器的設計方法和技術方案，利用腔內二倍頻，腔外三倍頻，利用了腔內基頻光的高功率密度，提高了倍頻過程的轉換率，而三倍頻過程在諧振腔外保證了系統的長期穩定性，因此該發明兼顧了系統的穩定性以及高效性。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：

本發明的內外腔混合非線性頻率變換紫外激光器，包括：泵浦源、傳能光纖、聚焦耦合系統、激光全反射鏡、增益介質晶體、Q開關和激光輸出鏡，還包括：諧波鏡、二倍頻晶體、聚焦鏡和三倍頻晶體；激光全反射鏡和激光輸出鏡構成基頻光諧振腔，泵浦源輸出的泵浦光經過傳能光纖和聚焦耦合系統傳輸至增益介質晶體，在對增益介質晶體的抽運條件下，使激光在由激光全反射鏡和激光輸出鏡構成的基頻光諧振腔中振蕩，并在Q開關的調制作用下產生脈沖的基頻光，二倍頻晶體設置在基頻光諧振腔內，基頻光每次經過二倍頻晶體時都會產生倍頻光，前向倍頻光由激光輸出鏡直接輸出，后向倍頻光經由諧波鏡反射后也由激光輸出鏡輸出，激光輸出鏡同時鍍有對基頻光部分透射和對倍頻光增透的膜系，倍頻光和基頻光經過聚焦鏡后被聚焦到三倍頻晶體中，并產生三倍頻激光。

本發明還可采用以下技術方案：

所述的激光泵浦源的中心波長為808nm、880nm、885nm、888nm、914nm、938nm或946nm之中的任一種。

所述的增益介質晶體為Nd:YAG晶體、Nd:YVO₄晶體、Nd:GGG晶體、Nd:YLF晶體、Nd:GdVO₄晶體、Nd:YAP晶體或Nd:LuvO₄晶體之中的任一種。