[發(fā)明專利]一種飛秒三倍頻脈沖激光發(fā)生裝置及方法

在審

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• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN114649728A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋俊雄;邵國棟
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢華日精密激光股份有限公司
• 主分類號(hào): H01S3/08
• 分類號(hào): H01S3/08;H01S3/109
• 代理公司: 北京匯澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 徐瑛

本發(fā)明提供了一種飛秒三倍頻脈沖激光發(fā)生裝置，包括基頻光飛秒激光器、二倍頻晶體和三倍頻晶體，所述二倍頻晶體與三倍頻晶體之間設(shè)有用于補(bǔ)償時(shí)域和空間上的走離效應(yīng)的走離補(bǔ)償晶體組，以及控制兩脈沖光偏振方向的雙波長波片；所述基頻光飛秒激光器輸出的飛秒激光依次經(jīng)過二倍頻晶體、走離補(bǔ)償晶體組、雙波長波片、三倍頻晶體后輸出。該發(fā)明將基頻光與二倍頻光的時(shí)域和空間走離補(bǔ)償、兩脈沖光偏振方向的控制以及三倍頻的產(chǎn)生都發(fā)生在同一段簡短光路中，不僅光程大大縮短使系統(tǒng)變的更加緊湊，也能有效的補(bǔ)償時(shí)域和空間上的走離效應(yīng)以提高轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種飛秒三倍頻脈沖激光發(fā)生裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著近年來智能手機(jī)設(shè)計(jì)不斷向著全面屏的方向演進(jìn)，也出現(xiàn)了“劉海屏”，“挖孔屏”等多種異形屏，如何對藍(lán)寶石等硬度高且脆的面板材質(zhì)進(jìn)行加工，成為了考驗(yàn)加工工藝的難題。相比于傳統(tǒng)的1 μm 左右的紅外激光器而言，波長在0.4 μm 以下的紫外激光器，能創(chuàng)造一個(gè)聚焦更集中的光斑，保持最小的熱影響區(qū)，從而可以實(shí)現(xiàn)精度更高尺寸更小的超精密微加工。此外，紫外短波長本身的特性對金屬和聚合物的機(jī)械微處理具有天然的優(yōu)越性，由于它的光斑可以被聚焦到亞微米量級(jí)上，因此可以達(dá)到很高的加工精度和質(zhì)量，即使在不高的脈沖能量下，也能得到很高的能量密度，可以實(shí)現(xiàn)加工一些極其復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)。因此，脈寬短、單脈沖能量大、重復(fù)頻率高的超快激光技術(shù)與先進(jìn)微納加工技術(shù)的結(jié)合將是未來的主要發(fā)展方向。

通常，紫外飛秒脈沖的產(chǎn)生，主要有兩種方案，第一種方案是通過在稀有氣體或者空心光子晶體光纖中進(jìn)行四波混頻，從而來產(chǎn)生紫外超快脈沖激光[Optics Letters Vol.44, Issue 22, pp. 5509-5512 (2019)]，由于三階非線性效應(yīng)的效率低，通常產(chǎn)生的飛秒脈沖能量較低，報(bào)道的最高轉(zhuǎn)換效率為能量27μJ的266 nm 紫外脈沖的輸出[OpticsLetters Vol. 45, Issue 20, pp. 5648-5651 (2020)]；第二種方案是基于1微米摻鐿飛秒光纖激光器出發(fā)，利用二階非線性效應(yīng)，先倍頻再進(jìn)行和頻來產(chǎn)生紫外飛秒脈沖，由于這種方案需要使用兩個(gè)非線性晶體，例如BBO晶體(偏硼酸鋇晶體)或LBO晶體(硼酸鋰)，最初基頻泵浦光束-紅外(IR)激光-在傳播通過第一塊非線性晶體時(shí)生成其二次諧波(SH)，再于第二塊非線性晶體中，將倍頻光子與基頻光子組合以輸出頻率是基頻三倍的紫外光子。

對于低能量超短飛秒脈沖而言，為達(dá)到有效非線性轉(zhuǎn)換所需的GW/cm²量級(jí)的光強(qiáng)度，需要通過聚焦方式來實(shí)現(xiàn)。在這種條件下，時(shí)域上群速度失配和空間上的走離效應(yīng)成為了影響超短脈沖和頻轉(zhuǎn)換效率的重要因素。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，一般先將第一塊非線性晶體中產(chǎn)生的二次諧波與剩余的基頻光分離，在對時(shí)空走離和偏振旋轉(zhuǎn)進(jìn)行補(bǔ)償后，再通過延遲光路使兩個(gè)脈沖再次在第二塊非線性晶體中進(jìn)行重疊產(chǎn)生三倍頻[激光與光電子學(xué)進(jìn)展, 2008, 45(6): 73]。由于這種裝置光程較長，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性。相比而言，另外一種有效的補(bǔ)償方式是通過在光路中增加時(shí)空補(bǔ)償版，如文獻(xiàn)[Chinese Optics Letters Vol.19, Issue 3, pp. 031402- (2021)]所示，該文獻(xiàn)中用一個(gè)雙折射晶體同時(shí)補(bǔ)償時(shí)域和空間上的走離，由于單晶體的限制無法同時(shí)補(bǔ)償好兩脈沖時(shí)空上走離，導(dǎo)致效率提高有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種飛秒三倍頻脈沖激光發(fā)生裝置，至少可以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的部分缺陷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種飛秒三倍頻脈沖激光發(fā)生裝置，包括基頻光飛秒激光器、二倍頻晶體和三倍頻晶體，所述二倍頻晶體與三倍頻晶體之間設(shè)有用于補(bǔ)償時(shí)域和空間上的走離效應(yīng)的走離補(bǔ)償晶體組，以及控制兩脈沖光偏振方向的雙波長波片；所述基頻光飛秒激光器輸出的飛秒激光依次經(jīng)過二倍頻晶體、走離補(bǔ)償晶體組、雙波長波片、三倍頻晶體后輸出。