专利名称：一种大功率紫外激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光发生装置领域，特别涉及紫外光发生装置领域。
背景技术：
紫外激光器的产生源于光电子技术的产生以及发展。首先从其原理来说，紫外光波之所以优于红外光波以及可见光波主要是由于紫外激光可以直接破坏连接物质原子组分的化学键加工物质而不会破坏周围环境。紫外激光器的输出波长短，能量集中，分辨率高，聚焦点可小到几个微米数量级。因此，紫外激光器在精密材料微加工、紫外固化、光刻等领域有广泛的应用前景。半导体二极管泵浦紫外激光器具有光束质量好、功率稳定性好、可靠性高、使用方便、体积小等诸多优点。近年来利用非线性频率变换技术获得大功率紫外激光输出的研究已经成为激光技术领域的一个研究热点。目前，全球对全固态紫外激光器的需求日益增加，应用领域也在不断扩大。半导体二极管端面泵浦的固体紫外激光输出的实现是通过对从(掺钕钒酸钇)等激光晶体发出的基频光进行二次倍频，然后通过基频光和二次倍频光和频得到的。 其泵浦光波长是808nm。其主要采用以下几种技术
1、腔外倍频相干(Coherent)公司、光谱物理公司(SP)均采用腔外倍频的方法实现绿光和紫外激光输出。这种方法是将大功率红外激光通过一个聚焦系统通过非线性晶体实现倍频转换。其特点是聚焦点光斑尺寸要求小，因此晶体比较容易损坏，对晶体镀膜的要求比较高。为弥补这一缺点，相干公司和光谱物理公司均采用对晶体自动移动的方法，在一定试用时间后进行换位置而实现晶体的长时间可靠工作。此技术对晶体的控制有非常严格的要求，并且有一套精密的检测和判别装置，整个系统比较复杂。2、腔内倍频JDSU公司、Photonics公司、DPSSL公司和Yuco公司及其它一些德国公司采用腔内倍频的方式实现紫外激光输出。由于激光器腔内的光强比腔外有一个数量级的提高，要实现同样的频率转换效率，该方法对非线性晶体的镀膜要求要低得多，因此同样晶体条件下激光器的工作寿命也比较长。但是，由于在激光器腔内有三个波长同时存在，彼此有能量交换，而这些能量交换又容易受到外界因素影响，所以，此方法所产生的激光功率输出瞬间稳定性和长时间可靠性不如腔外倍频。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种具有半导体二极管泵浦光源，采用腔内倍频方式，具有较高稳定性和可靠性，结构简单，成本低廉，且使用寿命较长的大功率紫外激光器。为了实现上述的目的，本发明的大功率紫外激光器具有如下构成
其包括光路顺序连接的光源和谐振腔，所述的谐振腔为振荡光路为Z型的折叠型谐振腔。
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该大功率紫外激光器中，所述的光源为半导体二极管泵浦光源。 该大功率紫外激光器中，所述的折叠型谐振腔包括光路顺序连接的第一球面透镜镜、第二球面透镜、第一平面镜、激光晶体、Q开关、第一非球面透镜、二倍频晶体、第二非球面透镜、三倍频晶体以及第二平面镜，所述的第一球面透镜镜的光线入射端耦合所述的光源的光线出射端，所述的第二非球面透镜的反射面为该大功率紫外激光器的激光输出端。该大功率紫外激光器中，所述的激光晶体为输出波长为1064nm的Μ/.·7K仏掺钕钒酸钇、Nd: YAG掺钕钇铝石榴石、Nd: YLF掺钕氟化钇锂或Nd:Glass掺钕玻璃激光晶体。该大功率紫外激光器中，所述的激光晶体的掺杂浓度为0. 3%。该大功率紫外激光器中，所述的第一非球面透镜的半径为-300mm，所述的第二非球面透镜的半径为-100mm。该大功率紫外激光器中，所述的第一非球面透镜镀有透光波长为1064nm反光波长为532nm的膜，所述的第二非球面透镜镀有透光波长为1064nm和532nm反光波长为 355nm的膜。该大功率紫外激光器中，所述的二倍频晶体和三倍频晶体的匹配方式为I类相位匹配方式LBO三硼酸锂光学晶体、II类相位匹配方式KTP磷酸二氢钾光学晶体、II类相位匹配方式BBO偏硼酸钡光学晶体或II类相位匹配方式CLBO六硼酸铯锂光学晶体中的一种。该大功率紫外激光器中，所述的第二平面镜镀有透光波长为1064nm、532nm和 355nm的膜。采用了该发明的大功率紫外激光器，由于其具有折叠型谐振腔，因此，该紫外激光器不需要加任何腔内分光设备，即可实现355nm波长激光与532nm波长激光的独立输出，且能够同时实现在激光晶体内较大的模体积与倍频激光晶体内较小的模体积，使得谐振腔内损耗小，输出效率高，且输出稳定性强。本发明的大功率紫外激光器结构简单、紧凑，使用寿命较长，成本相对低廉，且应用范围广泛。
图1为本发明的大功率紫外激光器的结构示意图。
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。如图1所示，为本发明的大功率紫外激光器的结构示意图。在一种实施方式中，所述的紫外激光器包括光路顺序连接的光源和谐振腔，所述的谐振腔为振荡光路为Z型的折叠型谐振腔。其中，所述的光源为输出功率为30W，输出波长808nm泵浦光的半导体二极管泵浦光源1。所述的折叠型谐振腔包括光路顺序连接的第一球面透镜镜2、第二球面透镜3、第一平面镜4、激光晶体5、Q开关(谐振腔Q值设定开关)6、第一非球面透镜7、二倍频晶体8、第二非球面透镜9、三倍频晶体10以及第二平面镜11，所述的第一球面透镜镜2的光线入射端耦合所述的光源的光线出射端，所述的第二非球面透镜9的反射面为该大功率紫外激光器的激光输出端。在该实施方式中，所述的激光晶体5为输出波长为1064nm的M//7K仏掺钕钒酸钇激光晶体。在其它可选择的实施方式中，该激光晶体5可以为掺钕钇铝石榴石、 Nd: YLF掺钕氟化钇锂或Nd:Glass掺钕玻璃激光晶体。在该实施方式中，所述的第一非球面透镜7的半径为-300mm，且镀有透光波长为 1064nm反光波长为532nm的膜。所述的第二非球面透镜9的半径为-100mm，且镀有透光波长为1064nm和532nm反光波长为355nm的膜。所述的第二平面镜11镀有透光波长为 1064nm、532nm和355nm的膜。所述的二倍频晶体8和三倍频晶体10的匹配方式为I类相位匹配方式LBO (三硼酸锂光学晶体)。在其它可选择的实施方式中，所述的二倍频晶体8 和三倍频晶体10的匹配方式还可以为II类相位匹配方式KTP (磷酸二氢钾光学晶体)、II类相位匹配方式BBO (偏硼酸钡光学晶体)或II类相位匹配方式CLBO (六硼酸铯锂光学晶体) 中的一种。在一种优选的实施方式中，所述的半导体二极管泵浦光源1通过一尾纤连接所述的谐振腔，所述的尾纤纤芯直径为400微米。在另一种优选的实施方式中，所述的激光晶体5的掺杂浓度为0. 3%。该激光晶体 5的尺寸为3X3X12 m3。在又一种优选的实施方式中，所述的二倍频晶体8和三倍频晶体10的晶体尺寸均为 3X3X12 m3。在本发明的应用中，采用半导体二极管构成端面泵浦激光晶体，输出的808nm泵浦光经过由两个球面透镜构成的球面光学耦合系统耦合到激光晶体内，产生的1064nm激光经过由四个平面镜构成的谐振腔进行腔内振荡，并由Q开关进行调制；调制后的1064nm 基频光经过半径为-300mm的透镜，该透镜镀有HR@1064nm，HT@532nm。经过该透镜可滤除基频光中532nm的部分。反射的1064nm基频光经过二倍频晶体进行1064nm基频光到532nm 倍频光的转换，未完成倍频转换的1064nm基频光与532nm倍频光经过半径为-IOOmm的透镜，该透镜镀有HR@1064nm & 532nm，HT@355nm。反射的1064nm和532nm的倍频光经过三倍频晶体和频，得到的355nm紫外激光，该紫外激光透经过镀有HR@1064nm & 532nm & 355nm 的平面镜反射后在腔内来回振荡，最后355nm紫外激光经过HT@355nm的透镜的一面输出。具体设计应用时，输出功率IW的折叠腔结构的端面泵浦大功率紫外激光器，主要由带尾纤的30W半导体二极管，激光晶体，二倍频晶体LB0，三倍频晶体LB0，Q开关的等元件组成。半导体二极管采用输出功率是30W的808nm半导体二极管，其尾纤纤芯直径为400微米，数值孔径NA=O. 22。激光晶体为，其晶体尺寸为3X3X12 mm，晶体掺杂浓度为 0.3%。或者Nd: YAG, Nd: YLF、Nd:Glass激光晶体，通过TEC进行精确控温。二倍频晶体为 I类相位匹配方式LB0，其晶体尺寸为3X3X12 ；或者为II类LBO、II类KTP、II类BBO、II类 CLB0，采用TEC (半导体热电致冷器)对二倍频晶体进行严格控温。三倍频晶体为I类相位匹配方式LB0，其晶体尺寸为3 X 3 X 12 mm ；或者为I类LBO、II类KTP、II类BBO、II类CLB0, 采用TEC对二倍频晶体进行严格控温。采用腔内倍频的方式实现大功率355nm紫外激光输出，泵浦源采用半导体二极管，泵浦光经过球面光学耦合系统聚焦到激光晶体上，通过谐振腔放大并采用声光调Q技术实现1064nm准连续激光运转。利用二倍频晶体进行频率转换得到532nm激光，同时利用激光谐振腔内基波(1064nm)和二次谐波(532nm)的和频(1064nm+532nm — 355nm)得到 355nm紫外脉冲激光输出。
本发明的谐振腔内具有较大的模体积，同时倍频晶体处具有较小的光斑，提高了倍频转换效率。利用球面光学耦合系统，保证激光晶体处泵浦光与晶体处的振荡激光达到很好的模匹配，提高基频光转换效率。采用腔内倍频，利用腔内较高的光强实现非线性频率转换，通过SHG (二次谐波倍频)和THG (三次谐波倍频)的光束直径不需要聚焦到非常小的光斑就可以获得比较高的光强，实现高的转换效率。可以大大减少晶体损坏的机率，而且此方法对非线性晶体的镀膜要求相当低，在同样晶体及镀膜条件下，本发明的紫外激光器的工作寿命也较长。采用了该发明的大功率紫外激光器，由于其具有折叠型谐振腔，因此，该紫外激光器不需要加任何腔内分光设备，即可实现355nm波长激光与532nm波长激光的独立输出，且能够同时实现在激光晶体内较大的模体积与倍频激光晶体内较小的模体积，使得谐振腔内损耗小，输出效率高，且输出稳定性强。本发明的大功率紫外激光器结构简单、紧凑，使用寿命较长，成本相对低廉，且应用范围广泛。
权利要求
1.一种大功率紫外激光器，其特征在于，所述的紫外激光器包括光路顺序连接的光源和谐振腔，所述的谐振腔为振荡光路为Z型的折叠型谐振腔。
2.根据权利要求1所述的大功率紫外激光器，其特征在于，所述的光源为半导体二极管泵浦光源(1)。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的大功率紫外激光器，其特征在于，所述的折叠型谐振腔包括光路顺序连接的第一球面透镜镜(2)、第二球面透镜(3)、第一平面镜(4)、激光晶体(5)、Q开关(6)、第一非球面透镜(7)、二倍频晶体(8)、第二非球面透镜(9)、三倍频晶体(10)以及第二平面镜(11 )，所述的第一球面透镜镜(2)的光线入射端耦合所述的光源的光线出射端，所述的第二非球面透镜(9)的反射面为该大功率紫外激光器的激光输出端。
4.根据权利要求3所述的大功率紫外激光器，其特征在于，所述的激光晶体(5)为输出波长为1064nm的Nd: YVO4掺钕钒酸钇、Ν : YAG掺钕钇铝石榴石、Nd: YLF掺钕氟化钇锂或 Nd:Glass掺钕玻璃激光晶体。
5.根据权利要求4所述的大功率紫外激光器，其特征在于，所述的激光晶体(5)的掺杂浓度为0. 3%。
6.根据权利要求3所述的大功率紫外激光器，其特征在于，所述的第一非球面透镜(7) 的半径为-300mm，所述的第二非球面透镜(9)的半径为-100mm。
7.根据权利要求6所述的大功率紫外激光器，其特征在于，所述的第一非球面透镜(7) 镀有透光波长为1064nm反光波长为532nm的膜，所述的第二非球面透镜(9)镀有透光波长为1064nm和532nm反光波长为355nm的膜。
8.根据权利要求3所述的大功率紫外激光器，其特征在于，所述的二倍频晶体(8)和三倍频晶体(10)的匹配方式为1类相位匹配方式LBO三硼酸锂光学晶体、II类相位匹配方式KTP磷酸二氢钾光学晶体、II类相位匹配方式BBO偏硼酸钡光学晶体或II类相位匹配方式CLBO六硼酸铯锂光学晶体中的一种。
9.根据权利要求3所述的大功率紫外激光器，其特征在于，所述的第二平面镜(11)镀有透光波长为1064nm、532nm和!355nm的膜。
全文摘要
本发明涉及一种大功率紫外激光器，其包括光路顺序连接的光源和谐振腔，所述的谐振腔为振荡光路为Z型的折叠型谐振腔。采用了该结构的大功率紫外激光器，由于其具有折叠型谐振腔，因此，该紫外激光器不需要加任何腔内分光设备，即可实现355nm波长激光与532nm波长激光的独立输出，且能够同时实现在激光晶体内较大的模体积与倍频激光晶体内较小的模体积，使得谐振腔内损耗小，输出效率高，且输出稳定性强。本发明的大功率紫外激光器结构简单、紧凑，使用寿命较长，成本相对低廉，且应用范围广泛。
文档编号H01S3/16GK102157892SQ20111006597
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者孔剑 申请人:上海镭基光电技术有限公司