[發(fā)明專利]紫外激光器光源和形成用于生成紫外光的倍頻波導(dǎo)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210401097.8
• 申請日: 2012-10-19
• 公開（公告）號: CN103064228A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蒂姆·斯密頓;斯圖爾特·胡帕;愛德華·安德魯·伯爾德曼;羅賓·馬克·科爾
• 申請（專利權(quán)）人: 夏普株式會社
• 主分類號: G02F1/377
• 分類號: G02F1/377;G02F1/39;H01S5/06
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 劉曉峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于發(fā)出紫外激光光線的裝置，尤其涉及用于將可見激光光線轉(zhuǎn)變成紫外激光光線的倍頻波導(dǎo)型光學(xué)部件，以及用于制造該倍頻波導(dǎo)的方法。在為水的殺菌處理而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中，所述裝置可用作光源。

背景技術(shù)

對于呼吸干凈且安全的空氣以及飲用干凈且安全的水的需要日益增大，在全世界來說在人口密集的國家或地區(qū)尤其如此。緊湊的固態(tài)深UV光源的主要的大量應(yīng)用是用于空氣或水的非化學(xué)手段的殺菌。深UV光-其為在波長短于280nm的UVC范圍內(nèi)的光線-會有效地對DNA造成永久的物理損害，而防止細(xì)菌、病毒和真菌復(fù)制。這意味著在使用角度來說深UV處理可用于對空氣或水消毒以便安全呼吸或飲用。深UV光在破壞e大腸菌方面特別有效。深UV光也可以用來對表面進(jìn)行消毒。

深UV光也可以用于減小化學(xué)污染物諸如出現(xiàn)在水中的分解的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的毒性，由此使水對引用來說是安全的。在這種情況中，深UV光促成光催化氧化反應(yīng)，該反應(yīng)將分解的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)分裂成不那么危險或者無害的副產(chǎn)品。波長短于230nm的深UV光在促成光催化氧化反應(yīng)方面是最有效的。

緊湊的固態(tài)深UV光源也應(yīng)用在生物及化學(xué)感測上，因?yàn)樯锖突瘜W(xué)化合物強(qiáng)烈吸收深UV光。可以根據(jù)它們的熒光光譜來識別蛋白質(zhì)和其它有機(jī)化學(xué)物質(zhì)。熒光測量要求照明用的光線在化合物強(qiáng)烈吸收的短波長下，并檢測所得到的在較長的波長的熒光。280nm附近的波長是合適的，但更短的220nm的波長更好，因?yàn)樵谠摬ㄩL下吸收更強(qiáng)。

用于對空氣和水進(jìn)行UV處理的使用位(point-of-use)產(chǎn)品已經(jīng)存在，這些產(chǎn)品使用汞燈作為UV光源。然而，汞燈包含有毒材料，傾向于具有較短工作壽命以及較長預(yù)熱時間并需要高驅(qū)動電壓。此外，從汞燈發(fā)出的UV光在較寬范圍的方向上并從相對較大的區(qū)域上發(fā)出，這意味著它不能被有效聚焦到小區(qū)域中或被聚焦成準(zhǔn)直光束。

同時在發(fā)展的替代UV光源是UV?LED。使用UV?LED的當(dāng)前缺陷包括它們的工作壽命較短并且它們不能被有效聚焦而提供準(zhǔn)直光束或者緊致聚焦光斑。另外，發(fā)光波長短于260nm的UV?LED的性能非常差。因此，這些裝置很不適合上面描述的受益于波長短于260nm的光源的那些應(yīng)用。

深UV激光器潛在地提供單色的相干光束，所述光束可以被有效聚集成準(zhǔn)直光束或者被聚焦到小的區(qū)域中，并且可以被快速調(diào)制(例如，如熒光測量所需要的那樣)。然而，現(xiàn)有的發(fā)射波長短于280nm的激光器是非常昂貴的部件，諸如為了工業(yè)使用而設(shè)計(jì)的氣體激光器。而激光二極管并沒有制造成具有短于280nm的發(fā)射波長。

通過將合適的非線性光學(xué)材料內(nèi)的可見激光束倍頻可以實(shí)現(xiàn)深UV激光器。(例如，通常稱為BBO的偏硼酸鋇)首先在IEEE?Journal?ofQuantum?Electronics?QE-22，No?7(1986)上報告。可見光被聚焦到非線性光學(xué)材料中，光線通過二次諧波發(fā)生(SHG)過程被倍頻(FD)。SHG過程將可見輸入光轉(zhuǎn)變成波長為輸入光的波長的一半的光線。倍頻后的光線具有與激光器發(fā)出的光線的特性相似的特性，在現(xiàn)有技術(shù)中一般將該光線描述為“激光光線”。在現(xiàn)有技術(shù)中，同樣普遍的是將發(fā)出倍頻光線的裝置描述為“激光器”。如這里所使用的，術(shù)語“激光光線”包括由激光裝置發(fā)出的光線以及源自激光裝置發(fā)出的光線的倍頻光線。此外，如這里使用的那樣，“激光光源”包括通過輻射的受激發(fā)射表現(xiàn)出光放大的光源，以及對通過輻射的受激發(fā)射表現(xiàn)出光放大的光源發(fā)出的光線進(jìn)行倍頻的裝置。以此方式使用BBO制成的倍頻UV激光器可以發(fā)出短至205nm的波長。

Nishimura等人在JJAP?42，5079(2003)中首先報告使用BBO制造UV激光器和使用藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光二極管以產(chǎn)生“泵浦”可見激光束。這種辦法的潛在優(yōu)點(diǎn)是藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光二極管是緊湊和低成本部件。然而，對于從藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光二極管發(fā)出的相對較低功率的光線，在BBO中的SHG過程以低效率進(jìn)行。因此，盡管使用復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)來重復(fù)循環(huán)藍(lán)光通過BBO部件以提高效率，在該現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)現(xiàn)的UV輸出功率仍然較低。因此，這種方法不適合制造用于上面描述的應(yīng)用的低成本高功率UV光源。兩件最近提到的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)均沒有討論使用倍頻波導(dǎo)。