[發(fā)明專利]一種窄束腰的連續(xù)波紫外固體激光器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310584916.5
• 申請(qǐng)日: 2023-05-23
• 公開（公告）號(hào): CN116544767A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于浩海;張懷金;王正平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/109
• 分類號(hào): H01S3/109;H01S3/08;H01S3/16
• 代理公司: 北京慕達(dá)星云知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發(fā)明公開了一種窄束腰的連續(xù)波紫外固體激光器，包括泵浦源、聚焦整形系統(tǒng)、諧振腔輸入鏡、激光晶體、倍頻晶體、倍頻輸出鏡和倍頻全反鏡，諧振腔輸入鏡、倍頻輸出鏡和倍頻全反鏡組成兩臂均為近對(duì)稱共心腔的V型激光諧振腔；泵浦光經(jīng)過(guò)聚焦整形系統(tǒng)和諧振腔輸入鏡照射到激光晶體產(chǎn)生基頻可見激光。經(jīng)倍頻輸出鏡反射后在倍頻晶體處產(chǎn)生第一紫外倍頻光，第一紫外倍頻光與剩余基頻激光被倍頻全反鏡反射后再次通過(guò)倍頻晶體，剩余基頻可見激光產(chǎn)生第二紫外倍頻光，第一紫外倍頻光與第二紫外倍頻光穿過(guò)倍頻晶體后經(jīng)倍頻輸出鏡一起輸出腔外。本發(fā)明減小了腔模半徑，提高了腔內(nèi)激光功率密度，同時(shí)使用大于瑞利距離的長(zhǎng)工作介質(zhì)解決了晶體表面損傷問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光與非線性光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)是涉及一種窄束腰的連續(xù)波紫外固體激光器。

背景技術(shù)

目前，激光二極管泵浦的固體激光器(DPSSL)因體積小、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為世界各國(guó)的研究熱點(diǎn)，并在工業(yè)、醫(yī)療、通訊、軍事等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。在眾多的DPSSL研究中，紫外激光輸出是一個(gè)重要方向。

以DPSSL技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合非線性光學(xué)晶體的倍頻、和頻等效應(yīng)，可以將位于近紅外、可見波段的基頻光變頻到紫外甚至深紫外波段，滿足不同領(lǐng)域的多種需要，如精密微加工、基因測(cè)序、光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、大氣探測(cè)、發(fā)射光譜、拉曼光譜、超高能量分辨率光電子能譜儀、光電子發(fā)射顯微鏡等。根據(jù)非線性光學(xué)理論，非線性晶體的倍頻效率與基頻光功率密度有關(guān)，基頻光功率密度越大，則倍頻效率越高，相應(yīng)地，輸出的倍頻光功率就越高。通過(guò)使用多鏡的折疊諧振腔，可以有效縮小諧振腔模式束腰，增大基頻光功率密度，是一種提升倍頻效率及輸出功率的有效方式。雖然如此，極小的腔模束腰會(huì)導(dǎo)致激光晶體與倍頻晶體的損傷，特別是紫外光波長(zhǎng)較短，光子能量大，對(duì)倍頻晶體表面的損傷尤其嚴(yán)重。

因此現(xiàn)有的連續(xù)波紫外固體激光器均采用較大的束腰半徑，存在以下問題：(1)諧振腔均采用50μm以上的束腰半徑，相應(yīng)地，從泵浦光到輸出光的轉(zhuǎn)換效率有待提高，最大僅為26.1％。(2)無(wú)法兼顧高功率與高效率。

因此，如何提供一種高效高功率的窄束腰連續(xù)波紫外固體激光器是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種窄束腰的連續(xù)波紫外固體激光器，減小了腔模半徑，提高了腔內(nèi)激光功率密度，同時(shí)使用大于瑞利距離的長(zhǎng)工作介質(zhì)解決了晶體表面損傷問題，與現(xiàn)有連續(xù)波紫外固體激光器相比轉(zhuǎn)換效率更高，輸出功率更大，可靠性更高，使用壽命更長(zhǎng)。

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

一種窄束腰的連續(xù)波紫外固體激光器，包括：泵浦源、聚焦整形系統(tǒng)、諧振腔輸入鏡、激光晶體、倍頻晶體、倍頻輸出鏡和倍頻全反鏡，其中諧振腔輸入鏡、倍頻輸出鏡和倍頻全反鏡組成兩臂均為近對(duì)稱共心腔的V型激光諧振腔，激光晶體和倍頻晶體分別置于近對(duì)稱共心腔的束腰處；

泵浦源發(fā)射泵浦光，泵浦光依次經(jīng)過(guò)聚焦整形系統(tǒng)和諧振腔輸入鏡照射到激光晶體上，激光晶體產(chǎn)生基頻可見激光，基頻可見激光經(jīng)倍頻輸出鏡反射后到達(dá)倍頻晶體，部分基頻可見激光在倍頻晶體處產(chǎn)生第一紫外倍頻光，第一紫外倍頻光與剩余基頻可見激光被倍頻全反鏡反射后再次通過(guò)倍頻晶體，剩余基頻可見激光在倍頻晶體內(nèi)產(chǎn)生第二紫外倍頻光，第一紫外倍頻光與第二紫外倍頻光穿過(guò)倍頻晶體后經(jīng)倍頻輸出鏡一起輸出腔外。

本發(fā)明在V型腔的兩臂均使用近對(duì)稱共心腔，減小了腔模半徑，提高了腔內(nèi)激光功率密度及倍頻轉(zhuǎn)換效率。

優(yōu)選地，諧振腔輸入鏡、倍頻輸出鏡和倍頻全反鏡均為平凹鏡，平凹鏡凹面的曲率半徑均為50mm，V型激光諧振腔兩臂的長(zhǎng)度均為99mm。

V型三鏡折疊腔的兩臂均為長(zhǎng)度99mm的近對(duì)稱共心腔，在維持諧振腔穩(wěn)定的同時(shí)保證激光晶體和倍頻晶體所在的諧振腔束腰處具有較小的光斑半徑(約30μm)。