[發(fā)明專利]基于圖案化SRB4BO7或PBB4O7晶體的高功率激光轉(zhuǎn)換器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201980083902.7
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN113196596A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 瓦倫丁·蓋龐特瑟夫;亞歷山大·赤列巴科赫因;阿納托利·贊姆科奧夫;尼科萊·埃夫提希耶夫;丹·皮爾洛夫;亞歷山大·扎采夫;安德麗·薩多夫斯基;尼基塔·拉迪奧諾夫
• 申請（專利權(quán)）人: IPG光子公司
• 主分類號: H01S3/109
• 分類號: H01S3/109;G02F1/35
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 紀(jì)雯

所公開的激光系統(tǒng)被配置有輸出基頻光的激光源。輸出光入射在頻率轉(zhuǎn)換器上，該頻率轉(zhuǎn)換器操作用于將基頻轉(zhuǎn)換為包括至少一個頻率轉(zhuǎn)換級的高次諧波。頻率轉(zhuǎn)換器基于配置有多個域的SrB₄O₇(SBO)或PbB₄O₇(PBO)非線性晶體。這些域具有周期性交替的晶軸極性，從而能夠使用QPM，并且形成為每個域都具有高度平行壁，這些壁在10mm的距離內(nèi)彼此偏離小于1微米。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及一種高功率固態(tài)激光器，其設(shè)置有基于圖案化四硼酸鍶SrB4BO7(SBO)和四硼酸鉛PbB4O7(PBO)晶體的至少一個非線性轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

為滿足重工業(yè)、醫(yī)藥、數(shù)據(jù)存儲、光通信、娛樂等領(lǐng)域的需求，對紫外(UV)和特別是高功率深UV(DUV)范圍內(nèi)的激光工具的需求正在大幅增長。例如，半導(dǎo)體光刻、微加工和材料加工應(yīng)用的進(jìn)步正在推動對在UV和DUV光譜區(qū)域操作的相干光源的需求。

盡管一些氣體激光器(例如，準(zhǔn)分子激光器)可以發(fā)射具有高平均輸出功率在UV和DUV光譜區(qū)域內(nèi)的孤立波長的相干光，但在該光譜范圍內(nèi)具有非線性光學(xué)(NLO)晶體的緊湊且高效的固態(tài)激光器由于其眾所周知的高效率、低維護(hù)、小占地面積和總體低成本仍然被需要。在UV和DUV光譜區(qū)域內(nèi)固態(tài)激光器的性能主要取決于過去二十年發(fā)現(xiàn)的高效且可靠的NLO晶體制造方面的進(jìn)步。

共同未決美國專利申請No.公開了一種用于制造圖案化的非鐵磁非線性SBO或PBO的方法，通過引用將其全部并入本文。該子組硼酸鹽具有一些顯著的特性。首先，它具有的獨(dú)特的～9eV的大(甚至在硼酸鹽中)帶隙，并且其UV截止波長約為130nm。沒有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，但很可能(與許多其他硼酸鹽一樣)SBO在VIS近紅外(IR)中應(yīng)該非常透明。其吸收應(yīng)在單個ppm/cm范圍內(nèi)。它是機(jī)械穩(wěn)定的和非吸濕的。通過已知的常規(guī)技術(shù)很容易生長這種晶體。

此外，這些晶體具有非常高的(對于硼酸鹽)～16W/m*K的熱導(dǎo)率，比BBO和LBO高一個數(shù)量級。最后但并非最不重要的，SBO晶體是極少數(shù)在266nm處不具有雙光子吸收(TPA)的非線性材料之一(如果不是唯一的)——非線性效應(yīng)會增加功率損耗和光致?lián)p傷。結(jié)合獨(dú)特的光學(xué)透明性和高LIDT，SBO/PbBO晶體可能是唯一能夠承受266nm的可持續(xù)多瓦操作(脈沖和CW)的非線性材料，并且具有針對非線性轉(zhuǎn)換機(jī)制的典型流暢性(～100-500MW/cm²)。顯然，通過使用共同未決申請中公開的周期性相位匹配結(jié)構(gòu)制造方法，該子組硼酸鹽是非線性交互的理想材料。

因此，希望提供基于SBO或PBO的激光器。

發(fā)明內(nèi)容

一組能夠在UV頻率范圍內(nèi)操作的高功率激光系統(tǒng)滿足了這一需求。所有公開的系統(tǒng)都具有共同的通用光學(xué)示意圖。后者設(shè)置有激光源和至少一個頻率轉(zhuǎn)換器，以便在UV光譜區(qū)域內(nèi)輸出亞納秒脈沖，優(yōu)選地為皮秒脈沖。如一名普通技術(shù)人員所知，參與產(chǎn)生高次諧波(例如，UV光)的ps光纖激光器優(yōu)于ns光纖激光器，因?yàn)閜s脈沖機(jī)制下的非線性晶體比由ns脈沖照射的晶體具有更長的使用壽命。當(dāng)使用SBO或PBO時，這種優(yōu)勢變得更加突出，因?yàn)檫@些晶體沒有2光子吸收。

附圖說明

結(jié)合以下附圖，上述和其他方面和特征將變得更加明顯，在附圖中：

圖1是本發(fā)明的激光系統(tǒng)的一般光學(xué)示意圖；

圖2示出了本發(fā)明系統(tǒng)的圖案化的SBO/PBO晶體；

圖3是圖1的本發(fā)明系統(tǒng)用于產(chǎn)生FH的示例性示意圖。

圖4是圖1的本發(fā)明系統(tǒng)用于產(chǎn)生三次和更高次諧波的示例性示意圖。

圖5是圖1的本發(fā)明系統(tǒng)用于產(chǎn)生五次諧波的示例性示意圖。

圖6是圖5的本發(fā)明系統(tǒng)用于參量轉(zhuǎn)換的示例性示意圖。