[發明專利]一種實現1064nm到400-450nm藍紫光的級聯非線性光學變頻裝置

有效

• 申請號: 202010729634.6
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111934163B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 黃海濤
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱楨榮

本發明公開了一種實現1064nm到400?450nm藍紫光的級聯非線性光學變頻裝置，屬于激光技術和非線性光學技術領域，諧振腔輸入鏡與諧振腔輸出鏡組成1064nm激光諧振腔；在1064nm激光諧振腔內放置諧振腔中間鏡，在諧振腔輸入鏡與諧振腔中間鏡之間依次放置1064nm激光介質及Q開關；在諧振腔中間鏡與諧振腔輸出鏡與之間依次放置不同功能的非線性晶體，1064nm激光泵浦OPO晶體產生1.5μm波段激光，進一步通過對腔內1064nm、1.5μm波段激光的倍頻、和頻的組合設計實現400?450nm波段藍紫激光產生。本發明采用腔內非線性光學變頻方式，提高非線性光學變頻的轉換效率；作為OPO晶體，實現1064?nm泵浦非臨界相位匹配結構，保證最大效率的1.5μm波段激光產生。

技術領域

本發明涉及激光技術和非線性光學技術領域，特別是一種實現1064nm到400-450nm藍紫光的級聯非線性光學變頻裝置。

背景技術

輸出波長在400-450nm的固體藍紫光激光器可應用于生物醫療、激光加工、激光顯示、拉曼光譜等很諸多領域。在激光加工領域，對高反材料如金、銀、銅、鋁等金屬及其合金切割需求的日益增長，藍紫光激光器憑借出色的光吸收率、更高分辨率、更高加工質量在有色金屬的微加工應用場景受到廣泛關注。在生物醫療領域，細菌感染引發的耐藥細菌性疾病不斷發生，耐藥性細菌對全球公共健康的威脅不容小覷，對高耐藥性的感染性疾病需要開發新的治療手段。400-450nm的藍紫光在無需光敏劑的情況下具有廣譜殺菌能力，引起了越來越多的關注。多數細菌對該波段光輻射是敏感的，細菌在藍紫光作用下會產生一系列生理變化，如通過調節細菌的活動、抑制生物膜的形成和擴散等來殺滅細菌。文獻[Appl.Environ.?Microbiol,?2009,?75(7):?1932-1937]的研究結果表明405nm藍紫光對多種革蘭陽性菌(表皮葡萄球菌、化膿性鏈球菌、糞腸球菌)?和革蘭陰性菌(鮑曼不動桿菌、銅綠假單胞菌、腸桿菌、變形桿菌、肺炎克雷伯菌)均有不同層次的殺菌效果。與傳統的抗生素治療相比，采用400-450?nm波段藍紫激光治療方案可以更好的殺死或減少細菌生物膜內層的細菌，且受細菌耐藥性問題的影響極小。而且由于激光束能夠精準局限在細菌感染的區域，不會影響其他的非感染部位。?與更短波長的紫外線激光治療相比，該波段藍紫激光能夠大大降低引起細胞DNA突變的幾率，生物安全性更好。

在固體激光器中實現400-450nm藍紫色激光輸出，主要有以下三種方法：（1）半導體激光器；（2）上轉換藍紫激光器；（3）基于非線性光學頻率變換技術的藍紫激光器。藍光半導體激光器的研制需要昂貴的制備設備和襯底材料，同時半導體激光器的光束質量不盡人意，在許多應用領域受到了限制。上轉換技術涉及復雜的能量轉移機制，需要對激活離子、基質材料等進行嚴格的選擇與優化。在非線性光學頻率變換技術中，常規方案為利用Nd³⁺離子0.9μm激光通過倍頻獲得藍光輸出。然而0.9μm激光對應Nd³⁺離子⁴F_3/2—⁴I_9/2躍遷，為準三能級結構，存在嚴重的再吸收損耗和小的受激發射截面等固有問題，該倍頻方案的關鍵在于采取適當的措施抑制發射截面大的1.06μm振蕩。另外Nd³⁺離子⁴F_3/2—⁴I_9/2躍遷的波長均在900nm以上，直接倍頻方案無法實現更短藍紫波長的輸出。利用Cr³⁺:LiSAF、Ti³⁺:Sapphire等介質在800-1000nm寬熒光光譜特性，通過腔內倍頻可以獲得400-450nm的藍紫光輸出，但是摻Cr³⁺、摻Ti³⁺激光器需要可見光波段激光泵浦，整體成本較高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足而提供一種實現1064nm到400-450nm藍紫光的級聯非線性光學變頻裝置，本發明不僅光轉換效率高、非線性晶體使用壽命長，而且易產品化結構緊湊、成本低。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：