[發(fā)明專利]激光器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910808165.4
• 申請(qǐng)日: 2019-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112448258B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬山;曾志男;梁曉燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01S3/094
• 分類號(hào): H01S3/094;H01S3/09;H01S3/23
• 代理公司: 上海泰博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31451
• 代理人: 錢文斌

本發(fā)明提供一種激光器，包括：具有能量由低到高的基態(tài)、中間態(tài)及激發(fā)態(tài)的介質(zhì)；用于將介質(zhì)中的電子從基態(tài)激發(fā)至所述中間態(tài)的激勵(lì)系統(tǒng)；用于將介質(zhì)中處于不同空間位置的中間態(tài)的電子以固定的位相關(guān)系通過(guò)受激輻射過(guò)程退激至基態(tài)，發(fā)出相對(duì)波長(zhǎng)更短的激光的激勵(lì)激光器。由于使用激勵(lì)激光器使電子從中間態(tài)躍遷，受激輻射產(chǎn)生的光子具有相干性，從而形成激光。本發(fā)明通過(guò)采用激勵(lì)系統(tǒng)進(jìn)行第一次泵浦再結(jié)合波長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)的激勵(lì)激光器進(jìn)行第二次泵浦產(chǎn)生波長(zhǎng)相對(duì)較短的激光，使短波長(zhǎng)激光器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊且易于實(shí)現(xiàn)，并可以降低短波長(zhǎng)激光器的成本并實(shí)現(xiàn)具有更短波長(zhǎng)的激光器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光器領(lǐng)域，特別是涉及一種利用長(zhǎng)波長(zhǎng)激勵(lì)激光器產(chǎn)生短波長(zhǎng)激光的激光器。

背景技術(shù)

自從世界上第一臺(tái)屬于紅外光譜區(qū)的激光器問(wèn)世以來(lái)，科學(xué)家一直在努力獲得波長(zhǎng)更短的激光器。目前，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光器波長(zhǎng)已經(jīng)延伸到深紫外波段。紫外激光器在科研、工業(yè)及醫(yī)療中有重要應(yīng)用，是目前激光市場(chǎng)增長(zhǎng)較快的部分，此外隨著納米精細(xì)激光加工、超高能量分辨率光電子能譜儀和光電子發(fā)射顯微鏡等現(xiàn)代化儀器的發(fā)展，深紫外相干光源的研究也十分迫切。由于深紫外光的光子能量大于3eV，會(huì)被諧振腔材料強(qiáng)烈吸收，導(dǎo)致無(wú)法利用常規(guī)的諧振腔方式形成激光，所以目前的深紫外激光大多是通過(guò)具有低能量光子的基頻激光通過(guò)非線性倍頻效應(yīng)而獲得。由于產(chǎn)生倍頻效應(yīng)的幾率較低，所以需要大功率的基頻激光，從而造成激光器的大空間尺寸及高制造成本。而且由于倍頻效應(yīng)的限制，目前的高單色性的深紫外激光器的最小光子波長(zhǎng)僅能達(dá)到114nm。另一方面，電磁場(chǎng)激勵(lì)系統(tǒng)目前已廣泛運(yùn)用到光源技術(shù)中，比如我們通常使用的能產(chǎn)生21.2eV紫外光子的氦燈，通過(guò)電磁場(chǎng)與氦原子的電磁相互作用可以將氦原子從1s²基態(tài)激發(fā)到1s2p(¹P₁)態(tài)，1s2p(¹P₁)態(tài)到基態(tài)的退激過(guò)程產(chǎn)生21.2eV的紫外光子。但是由于應(yīng)用電磁場(chǎng)激勵(lì)系統(tǒng)的氦燈中發(fā)生的退激過(guò)程為隨機(jī)的自發(fā)退激過(guò)程，所產(chǎn)生的光子沒(méi)有相干性，不能形成激光。

因此設(shè)計(jì)一種結(jié)合激勵(lì)系統(tǒng)與長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器的雙泵浦過(guò)程產(chǎn)生短波長(zhǎng)光子的激光器實(shí)屬必要。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種激光器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的短波長(zhǎng)激光器，尤其是深紫外激光器由于倍頻效應(yīng)效率低造成的大空間體積、高成本及低光子能量等的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種激光器，所述激光器至少包括：

介質(zhì)，具有能量由低到高的基態(tài)、中間態(tài)及激發(fā)態(tài)，其中，所述激發(fā)態(tài)為單個(gè)、多個(gè)或連續(xù)的能態(tài)；

激勵(lì)系統(tǒng)，用于將所述介質(zhì)中的電子從所述基態(tài)激發(fā)至所述中間態(tài)；

激勵(lì)激光器，用于將所述介質(zhì)中處于不同空間位置的所述中間態(tài)的電子以固定的位相關(guān)系通過(guò)受激輻射過(guò)程退激至所述基態(tài)，發(fā)出相干光子，以形成激光，其中，所述受激輻射過(guò)程有兩種途徑，第一種途徑是將所述中間態(tài)的電子激發(fā)至所述激發(fā)態(tài)并退激到所述基態(tài)，第二種途徑是從所述中間態(tài)直接退激到所述基態(tài)。

可選地，所述激光器為深紫外激光器。

可選地，所述中間態(tài)為亞穩(wěn)態(tài)。

可選地，所述介質(zhì)包括氣體、液體或固體。

進(jìn)一步地，所述介質(zhì)包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣或氙氣。

進(jìn)一步地，所述介質(zhì)為氦氣，所述中間態(tài)的能量為20.616eV。

可選地，所述激勵(lì)系統(tǒng)包括電磁場(chǎng)激勵(lì)系統(tǒng)或電子槍激勵(lì)系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述電磁場(chǎng)激勵(lì)系統(tǒng)包括靜電磁場(chǎng)激勵(lì)系統(tǒng)、脈沖電磁場(chǎng)激勵(lì)系統(tǒng)、交流電磁場(chǎng)激勵(lì)系統(tǒng)或微波激勵(lì)系統(tǒng)。