可调谐窄线宽深紫外激光器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种可调谐窄线宽深紫外激光器，包括用于一个输出泵浦激光的泵浦激光器；第一分束镜，用于将泵浦激光分成第一泵浦激光和第二泵浦激光；脉冲式可调谐窄线宽振荡器，包括第一钛宝石晶体，第一泵浦激光入射到脉冲式可调谐窄线宽振荡器中并输出波长780nm-820nm的可调谐种子激光，可调谐种子激光比泵浦激光延时100-150ns；多通放大器，包括第二钛宝石晶体，第二泵浦激光入射到第二钛宝石晶体，多通放大器用于将入射到多通放大器的可调谐种子激光进行功率放大输出可调谐的基频激光；频率变换器，用于将可调谐的基频激光进行4倍频得到波长为195nm-205nm的可调谐深紫外激光。本发明的泵浦激光器数量少，成本低，并且能够用于多种应用场合。
【专利说明】可调谐窄线宽深紫外激光器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光器，特别是涉及一种可调谐窄线宽深紫外激光器。
【背景技术】
[0002] 窄线宽激光通常是指输出激光的光谱线宽小于1纳米（nm)，甚至到皮米（pm)、飞 米（fm)量级的激光。随着激光技术的发展，窄线宽激光器在精密光谱学，大气光学，激光遥 感，激光冷却原子等领域有着广泛的应用。特别是窄线宽可调谐深紫外激光，其在等离子体 诊断、原子固体物理、激光同位素分离等前沿基础科学研究中成为不可或缺的有效工具之 一。例如在一些放射性元素的激光同位素分离时，关键点正是需要光谱线宽在飞米量级的 深紫外激光从众多的同位素原子跃迁谱线中电离出所需的同位素成分；另外，当需要分离 不同同位素时，需要波长可调谐的激光。
[0003] 在20世纪70年代，窄线宽可调谐的染料激光迅速发展并得到了广泛的应用，其 采用的腔型，压缩线宽的方法为以后全固态窄线宽激光器的发展奠定了基础。1972年， T.W.Hansch使用光栅做端镜并在腔内加入扩束系统和标准具获得了线宽为0. 4pm的输出； 到了 20世纪80年代，随着钛宝石等宽发射光谱固体增益介质大量出现，窄线宽染料激光器 的腔型及线宽压缩技术被应用到固体激光器中。MichaelHemmer等人使用体布拉格光栅做 输出镜获得线宽l〇pm的可调谐连续输出。
[0004] 但是目前为止，脉冲式窄线宽可调谐深紫外激光装置大多系统复杂，庞大，采用多 个泵浦激光源，成本高，并且多数系统设计为单波长运转，无法推广并同时满足多种应用。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术，本发明提供一种解决上述技术问题的可调谐窄线宽深紫外激 光器。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的一个实施例提供了一种可调谐窄线宽深紫外激光 器，包括：
[0007] -个泵浦激光器，用于提供泵浦激光；
[0008] 第一分束镜，用于将所述泵浦激光分成第一泵浦激光和第二泵浦激光；
[0009] 脉冲式可调谐窄线宽振荡器，包括第一钛宝石晶体，所述第一泵浦激光入射到所 述脉冲式可调谐窄线宽振荡器中并输出波长780nm-820nm的可调谐种子激光，所述可调谐 种子激光比所述泵浦激光延时100_150ns;
[0010] 多通放大器，包括第二钛宝石晶体，所述第二泵浦激光入射到所述第二钛宝石晶 体，所述多通放大器用于将入射到多通放大器的可调谐种子激光进行功率放大，输出可调 谐基频激光；
[0011] 频率变换器，用于将所述可调谐基频激光进行4倍频得到波长为195nm-205nm的 可调谐深紫外激光。
[0012] 优选的，所述脉冲式可调谐窄线宽振荡器的增益腔长为120mm-300mm。
[0013] 优选的，所述脉冲式可调谐窄线宽振荡器的增益腔长为160mm。
[0014] 优选的，所述泵浦激光的脉冲宽度为200ns。
[0015] 优选的，所述多通放大器包括形成对称"Z"型共焦结构的第一凹面全反射镜、第二 凹面全反射镜、四个全反射镜、第一平面全反射镜和第二平面全反射镜，第二钛宝石晶体位 于所述第一凹面全反射镜和所述第二凹面全反射镜对光线的汇聚焦点处，所述第一平面全 反射镜位于所述第二钛宝石晶体和所述第一凹面全反射镜的光路之间，所述第二平面全反 射镜位于所述第二钛宝石晶体和所述第二凹面全反射镜的光路之间。更优选的，四个全反 射镜为四个45°全反射镜。
[0016] 优选的，所述四个全反射镜为四个全反射棱镜。更优选的，四个全反射棱镜为四个 45°全反射棱镜。
[0017] 优选的，所述多通放大器为四通放大器。
[0018] 优选的，所述第一分束镜将所述泵浦激光的20%反射成第一泵浦激光，并将所述 泵浦激光的80%透射成第二泵浦激光。
[0019] 优选的，所述频率变换器包括：二倍频器，用于将第一部分所述可调谐的基频激光 二倍频得到可调谐的二倍频激光；双色镜，用于将剩余的可调谐的基频激光和所述可调谐 的二倍频激光分束在两个不同的光路中；第二分束镜，用于将所述剩余的可调谐的基频激 光分成具有第二部分的可调谐的基频激光和第三部分的可调谐的基频激光；半波片，用于 将所述第二部分的可调谐的基频激光的线偏振态旋转90° ;第一光路合束装置，用于将所 述可调谐的二倍频激光和所述线偏振态旋转90°的可调谐的基频激光汇合到相同的光路 中；三倍频器，用于将所述可调谐的二倍频激光和所述线偏振态旋转90°的可调谐的基频 激光和频得到可调谐的三倍频激光；第二光路合束装置，用于将所述可调谐的三倍频激光 和第三部分的可调谐的基频激光汇合到相同的光路中；四倍频器，用于将所述可调谐的三 倍频激光和第三部分的可调谐的基频激光和频得到可调谐的四倍频激光。
[0020] 优选的，所述第一钛宝石晶体按照布鲁斯特角切割，吸收系数为6. 66,所述第二钛 宝石晶体按照布鲁斯特角切割，吸收系数是4. 3。
[0021] 优选的，脉冲式可调谐窄线宽振荡器为littman结构脉冲式可调谐窄线宽振荡 器。
[0022] 本发明采用一个泵浦激光器就可以得到高功率可调谐窄线宽深紫外激光。节省了 泵浦源的数量以及同步控制电路，从而降低了成本。
[0023] 多通放大器中的第一平面全反射镜和第二平面全反射镜可以有效地减少多通放 大器的物理长度，使得激光器装置小型化。
[0024] 本发明的频率变换器将没有转化为二倍频的基频激光有效利用到三倍频和四倍 频过程，提高了输出的四倍频激光的功率。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
[0026] 图1是根据本发明第一个实施例的可调谐窄线宽深紫外激光器的结构示意图。
[0027] 图2是本发明第一个实施例的可调谐窄线宽深紫外激光器的四通放大器输出激 光的脉冲宽度。
[0028] 图3是本发明第一个实施例的可调谐窄线宽深紫外激光器的四通放大器输出激 光的光谱线宽干涉条纹图。
[0029] 图4是本发明第一个实施例的可调谐窄线宽深紫外激光器的输出的深紫外激光 的功率调谐曲线图。
[0030] 图5是本发明第一个实施例的可调谐窄线宽深紫外激光器的频率变换器输出典 型激光的中心波长示意图。
[0031] 图6是根据本发明第二个实施例的可调谐窄线宽深紫外激光器的结构示意图。
[0032] 图7是根据本发明第三个实施例的可调谐窄线宽深紫外激光器的结构示意图。
[0033] 图8是根据本发明第四个实施例的可调谐窄线宽深紫外激光器中的六通放大器 的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034] 为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实 施例对本发明进一步详细说明。
[0035] 为了清楚示出本发明实施例中的激光的光路，在附图中仅用线条表示激光的光 路，并未不出激光的光束直径。
[0036] 图1是根据本发明第一个实施例的可调谐窄线宽深紫外激光器的结构示意图。如 图1所述，包括泵浦激光器1、脉冲式可调谐窄线宽振荡器2、四通放大器3、频率变换器77 和分束镜5。泵浦激光器1发射的泵浦激光通过凹透镜30和凸透镜31扩束准直后入射到 分束镜5,分束镜5将一部分泵浦激光透射并将另一部分泵浦激光反射。经过分束镜5透射 的泵浦激光依次经过平面反射镜46、平面反射镜47后方向发生了 180°改变，经过凸透镜 32聚焦后入射到四通放大器3中的钛宝石晶体9中，并使得钛宝石晶体9位于凸透镜32的 焦点处。在本实施例中，通过平面反射镜46和平面反射镜47对泵浦激光的方向进行180° 改变，可以使得泵浦激光器1发射的泵浦激光的光路发生180°折叠，从而有效的减小整个 激光器的长度，有利于使得整个激光器紧凑。经过分束镜5反射的另一部分泵浦激光入射 到平面反射镜6,经过平面全反射镜6反射到凸透镜33,经过凸透镜33聚焦后入射到脉冲 式可调谐窄线宽振荡器2中的钛宝石晶体48。脉冲式可调谐窄线宽振荡器2中具有钛宝石 晶体48、平面全反射镜73、光栅74、平面全反射镜76和耦合输出镜75,其中平面全反射双 色镜73、光栅74和平面全反射镜76构成了色散腔，平面双色全反射镜73、光栅74和耦合输 出镜75构成了增益腔。通过调节脉冲式可调谐窄线宽振荡器2的增益腔长在120_-160_ 之间，同时调节入射到钛宝石晶体48的泵浦激光的强度功率密度使得脉冲式可调谐窄线 宽振荡器2输出的可调谐种子激光比泵浦激光延时100-150ns，另外通过调整平面全反射 镜76水平方向的倾角调谐中心波长，输出波长为780-820nm的可调谐种子激光，从而输出 波长在780-820nm范围并延时100-150ns的可调谐种子激光。输出的可调谐种子激光经平 面全反射镜7反射，依次经过凹透镜34和凸透镜35扩束准直后再次入射到平面全反射镜 8,经平面全反射镜8反射到四通放大器3的钛宝石晶体9中。
[0037] 四通放大器3包括凹面全反射镜10、凹面全反射镜15、平面全反射镜13、平面全反 射镜14、钛宝石晶体9以及全反射棱镜11、全反射棱镜12、全反射棱镜16、全反射棱镜17和 全反射棱镜18。四通放大器3形成一个对称的"Z"型共焦结构，即钛宝石晶体9位于凹面 全反射镜10和凹面全反射镜15对激光的汇聚焦点处，在本实施例中，为了减少四通放大器 3的长度，在凹面全反射镜10和钛宝石晶体9的光路之间设置有平面全反射镜13,平面全 反射镜13用于将从凹面全反射镜10入射过来的激光反射并汇聚到钛宝石晶体9中，并用 于将从钛宝石晶体9中入射的激光反射到凹面全反射镜10上，从而平面全反射镜13对凹 面全反射镜10和钛宝石晶体9之间的激光进行折叠，减小了激光器的长度。同样平面全反 射镜14和平面全反射镜13的作用相同，在此不再赘述。平面全反射镜14和平面全反射镜 13相对于钛宝石晶体9对称设置在钛宝石晶体9的两侧。并且凹面全反射镜10位于钛宝 石晶体9的一侧（图1所示是上侧)，凹面全反射镜15位于钛宝石晶体9的另一侧（图1所 示是下侧)。从而凹面全反射镜15、平面全反射镜14、平面全反射镜13和凹面全反射镜10 之间的光路折叠呈"Z"型。全反射棱镜11和全反射棱镜12位于和凹面全反射镜10的同 侦牝用于将凹面全反射镜10入射过来的激光反射到凹面全反射镜10上。全反射镜16和全 反射镜17位于和凹面全反射镜15的同侧，用于将凹面全反射镜15入射过来的激光反射到 凹面全反射镜15上。在其他的实施例中，全反射棱镜11、全反射棱镜12、全反射镜16和全 反射镜17也可以用平面全反射镜代替。
[0038] 从平面全反射镜8反射的可调谐种子激光先入射到凹面全反射镜15上，经过凹面 全反射镜15反射到平面全反射镜14上，平面全反射镜14将可调谐种子激光反射到钛宝石 晶体9中进行功率放大，之后入射到平面全反射镜13上，平面全反射镜13将一次放大的可 调谐激光反射到凹面全反射镜10上，经过凹面全反射镜10的反射到全反射棱镜12,经过全 反射棱镜12反射到全反射棱镜11，经过全反射棱镜11反射到凹面全反射镜10,再依次经 凹面全反射镜10、平面全反射镜13、钛宝石晶体9、平面全反射镜14和凹面全反射镜15反 射到全反射棱镜17,经过全反射棱镜17反射到全反射棱镜16,并依次经凹面全反射镜15、 平面全反射镜14、钛宝石晶体9、平面全反射镜13和凹面全反射镜10反射到全反射棱镜 12,经全反射棱镜12反射到全反射棱镜11，再次经过凹面全反射镜10、平面全反射镜13、钛 宝石晶体9、平面全反射镜14、凹面全反射镜15反射，最后经过全反射棱镜18将激光反射 出来。激光在四通放大器3中来回共四次经过钛宝石晶体9,即进行了 4程放大，从而输出 功率放大后的可调谐基频激光。
[0039] 从四通放大器3出射的可调谐基频激光入射到半波片49和格兰棱镜50,通过旋 转半波片49可以连续的改变从格兰棱镜50输出的可调谐的基频激光的功率，从而改变最 终输出的可调谐深紫外激光的功率。从格兰棱镜50出射的可调谐基频激光依次经过凸透 镜51和平面反射镜52后入射到LB0晶体36中倍频得到可调谐二倍频激光，没有完全转化 成可调谐二倍频激光的可调谐基频激光和二倍频激光入射到双色镜37,双色镜37用于透 射可调谐基频激光并反射可调谐二倍频激光。可调谐基频激光经过双色镜37透射到平面 反射镜53,并依次经过凸透镜54入射到分束镜39,分束镜39透射85%的可调谐基频激光 并反射15%的可调谐基频激光，经过分束镜39透射的基频激光依次经过半波片55、平面反 射镜56和凸透镜57入射到双色镜41并通过双色镜41透射到BB0晶体42,其中平面反射 镜53和平面反射镜56用于过滤可调谐基频激光中的可调谐二倍频激光，且半波片54用于 将可调谐基频激光的线偏振态旋转90°。经过双色镜37反射的可调谐二倍频激光依次经 过凸透镜58、平面反射镜59和平面反射镜60后入射到双色镜41并经过双色镜41反射到 BB0晶体42,其中平面反射镜59和平面反射镜60用于过滤可调谐二倍频激光中的可调谐 基频激光，BBO晶体42将位于同一光路上的可调谐基频激光和可调谐二倍频激光进行和频 得到可调谐三倍频激光。可调谐三倍频激光依次经过平面反射镜61、平面反射镜62、平面 反射镜63、平面反射镜64、平面反射镜65和凸透镜66入射到双色镜44上并经双色镜44 反射到BB0晶体45上，其中平面反射镜61、平面反射镜62、平面反射镜63、平面反射镜64、 平面反射镜65用于过滤可调谐三倍频激光中的可调谐二倍频激光和可调谐基频激光。另 一方面，经过分束镜39反射后的基频激光依次经过平面反射镜67和平面反射镜68以及凸 透镜69入射到双色镜44上并经双色镜44透射到BB0晶体45上，BB0晶体45将位于同一 光路上的可调谐三倍频激光和可调谐基频激光进行和频得到可调谐四倍频激光，最后通过 平面反射镜70、平面反射镜71和平面反射镜72将可调谐四倍频激光反射出来，其中平面反 射镜70、平面反射镜71和平面反射镜72用于将输出的可调谐四倍频激光中的可调谐三倍 频激光和可调谐基频激光成分过滤干净。
[0040] 下面将本实施例中光学器件的具体参数列举如下，泵浦激光器1选用Potonics Industrial公司的DM-527-30型号激光器，输出激光的中心波长为527nm，重复频率为 1kHz，标称最大功率为30W，脉冲宽度为200ns。凹透镜30直径为一英寸，焦距为-150mm，对 527nm激光透过率大于99. 5% ;凸透镜31直径为一英寸，焦距为250臟，对527nm激光透过 率大于99. 5% ;分束镜5的直径为一英寸，对527nm激光反射率为20%，透过率为80% ;平面 反射镜6、平面反射镜46和平面反射镜47直径为一英寸，对527nm激光反射率大于99. 5% ; 凸透镜33直径为一英寸，焦距为250臟，对527nm激光透过率大于99. 5% ;凸透镜32直径为 一英寸，焦距为600mm，对527nm激光透过率大于99. 5%。脉冲式可调谐窄线宽振荡器2采 用基于littman结构的钛宝石窄线宽振荡器，钛宝石晶体48尺寸为4_X4_X4mm，布儒 斯特角切割，吸收系数为6. 66,其荧光上能级寿命为3. 2ys;平面双色射镜73的直径为一 英寸，对527nm激光透过率大于95%，对750nm-850nm范围内激光反射率大于99% ;光栅74 选用optomatrix的商用全息光栅，表面增镀按掠入射优化的保护金膜，刻线密度为1800线 /mm，有效使用面积为46mmX10mm，典型单程衍射效率为24% ;平面全反射镜76有效面积为 50mmX12. 5mm，对750nm-850nm范围内激光反射率大于99. 5% ;稱合输出镜75直径为一英 寸，对750nm-850nm范围内激光反射率小于70% ;色散腔长约为60mm，增益腔长约为160mm; 可以通过色散腔提供的窄线宽脉冲自动注入到增益腔，因此在保证激光脉冲维持亚pm量 级线宽的同时，可以提高振荡器的输出功率，输出的种子激光的重复频率为1kHz，线宽小于 0? 4pm，脉宽约为14ns，波长为800nm，功率大于500mW，近场光斑直径为1. 5mm。凹透镜34 直径为一英寸，焦距为-150mm，对750nm-850nm范围内激光透过率大于99% ;凸透镜35直 径为一英寸，焦距为200mm，对750nm-850nm范围内激光透过率大于99% ;平面反射镜7和 平面反射镜8直径为一英寸，对750nm-850nm范围内激光反射率大于99. 5%。种子激光经 过凹透镜34和凸透镜35扩束准直后的光斑直径为4mm。四通放大器3中的每通之间的间 隔大于3米能够有效控制种子激光脉宽的展宽，钛宝石晶体9尺寸为7mmX7mmX10臟，吸 收系数为4. 3 ;凹面全反射镜10和凹面全反射镜15的直径一英寸，曲率半径为2000mm，对 750nm850nm范围内激光反射率大于99. 5% ;平面全反射镜13和平面全反射镜14的直径一 英寸，对750nm-850nm范围内激光反射率大于99. 5% ;全反射棱镜11、全反射棱镜12、全反 射棱镜16、全反射棱镜17有效面积为13. 5mmX10mm，对750nm-850nm范围内激光反射率大 于99. 5%。经过四通放大器3后出射的激光的重复频率为1kHz，线宽小于0. 4pm，脉宽约为 20ns，功率大于5W，近场光斑直径为4mm。
[0041] 半波片49直径为一英寸，对750nm-850nm范围内激光透过率大于99% ;格兰棱 镜50的有效口径为lOmmXIOmm，对750nm?850nm范围内激光透过率大于99%。凸透镜 51直径为1英寸，焦距为600mm，对750nm-850nm范围内激光透过率大于99. 5% ;平面反射 镜52直径为一英寸，对750nm-850nm范围内激光反射率大于99. 5% ;LB0晶体36尺寸为 8mmX8mmX14mm，切割角度为0=90° 选用I类相位匹配方式；双色镜37直径 为一英寸，对750nm-850nm范围内激光透过率大于95%且对390nm-410nm范围内激光反射 率大于99% ;凸透镜58直径为1英寸，焦距为400mm，对390nm-410nm范围内激光透过率大 于99% ;平面反射镜59和平面反射镜60直径为一英寸，对390nm-410nm范围内激光反射率 大于99. 5% ;平面反射镜53和平面反射镜56直径为一英寸，对750nm-850nm范围内激光反 射率大于99. 5% ;凸透镜54直径为1英寸，焦距为400mm，对750nm-850nm范围内激光透过率 大于99% ;分束镜39的直径为1英寸，对750nm?850nm范围内激光反射率为15%，透过率为 85% ;半波片55直径为1英寸，对750nm-850nm范围内激光透过率大于95% ;凸透镜57直径 为1英寸，焦距为600mm，对750nm-850nm范围内激光透过率大于99% ;双色镜41直径为1英 寸，对750nm-850nm范围内激光透过率大于95%且对390nm-410nm范围内激光反射率大于 99. 5% ;BB0晶体42尺寸为8_X8_X14mm，切割角度为0 =44. 3°，（p=0°，采用I类相位 匹配方式；平面反射镜61-65直径为1英寸，对260nm-273nm范围内激光反射率大于99. 5% ; 凸透镜66直径为1英寸，焦距为300mm，对260nm-273nm范围内激光透过率大于99% ;平面 反射镜67和平面反射镜68直径为1英寸，对750nm-850nm范围内激光反射率大于99. 5% ; 凸透镜69直径为1英寸，焦距为400mm，对750nm-850nm范围内激光透过率大于99% ;双色 镜44直径为1英寸，对750nm-850nm范围内激光透过率大于95%且对260nm-273nm范围内 激光反射率大于99% ;BBO晶体45尺寸为7mmX7mmX12mm，切割角度为0 =64. 8°，Cp=〇°, 采用I类相位匹配方式；平面反射镜70-72的直径为1英寸，对195nm-205nm范围内激光反 射率大于99% ;当基频激光功率为5W时，输出的四倍频的深紫外激光重复频率为1kHz，线宽 小于1. 6pm，脉宽约为20ns，典型功率值为60mW。
[0042] 本发明利用脉冲式可调谐窄线宽振荡器，可以通过调整平面全反射镜76的水平 方向的倾角调谐中心波长，获得调谐范围在780nm-820nm的窄线宽脉冲激光输出；然后将 输出的激光注入到共焦的四通放大器，将功率从500mW提升到5W;再将放大后的基频激光 注入到频率变换器，获得调谐范围为195nm?205nm的深紫外窄线宽脉冲激光。
[0043] 在其他的实施例中，本领域的技术人员可知，当基频激光的中心波长调谐时，LBO 晶体36的俯仰角度，BBO晶体42的左右倾斜角度，BBO晶体45的俯仰角度依次对应调整， 保证最优的非线性相位匹配角进而保证最大频率变换效率。
[0044] 图2是本发明第一个实施例的可调谐窄线宽深紫外激光器的四通放大器输出激 光的脉冲宽度图。图2的右上角的插图是脉冲式可调谐窄线宽振荡器输出的种子激光的脉 冲宽度，约为14ns(FMHW)，其对应的空间宽度为4. 2米。因此当种子激光脉冲在四通放大器 中传播时，放大器每一通之间的传输距离最好大于4. 2米，才能减少第i通的脉冲与第i-1 通的脉冲在晶体中的重叠，进而减弱脉冲在多通放大过程中的展宽(其中i=2, 3,4)。考虑到 整套系统的空间限制及稳定性，四通放大器中的每一通之间的传输距离设计为3米，如图2 所示，经过四通放大器后输出的基频激光的脉冲宽度展宽为20ns(FMHW)。这主要是由于激 光脉冲在多通放大器中传播时，第i通的脉冲前沿与第i-1通的脉冲后沿重合，因此，脉冲 前沿获得更高的增益，进而在放大过程中前沿的相对幅度增大较多，所以脉冲略有展宽。 [0045] 图3是本发明第一个实施例的可调谐窄线宽深紫外激光器的四通放大器输出激 光的光谱线宽干涉条纹图。四通放大器输出的基频激光经过两级干涉仪的干涉条纹明暗间 隙非常清楚，即相干性非常好，也就是输出激光为单纵模。测试结果也表明光谱线宽小于 0? 4pm，同时输出800. 00717nm的基频激光。
[0046] 图4本发明第一个实施例的可调谐窄线宽深紫外激光器的输出的深紫外激光的 功率调谐曲线图。深紫外激光的调谐功率先随着其波长的增加而增加，之后随着其波长 的增加而大致呈减小趋势。深紫外激光的调谐功率在其波长为200nm附近时达到最高的 80mW，在其波长为195nm时大于20mW，在205nm时大于40mW。
[0047] 图5是本发明第一个实施例的可调谐窄线宽深紫外激光器的频率变换器输出激 光的中心波长示意图。由于该波长是光谱仪测量，仅证明该装置可以获得195nm-205nm范 围的深紫外激光，并不代表准确的线宽。
[0048] 在泵浦激光同时作为四通放大器3的泵浦源的情况下，正好满足同步放大条件用 于将可调谐种子激光放大。从而使得脉冲式可调谐窄线宽振荡器2和四通放大器3可以共 用泵浦激光器1，因此，在获得同样功率量级的可调谐窄线宽深紫外激光输出的同时，至少 节省了一个泵浦源和同步控制电路。
[0049]图6是根据本发明第二个实施例的可调谐窄线宽深紫外激光器的结构示意图。其 与图1基本相同，区别在于经过分束镜5透射的泵浦激光入射到凸透镜32,并经凸透镜32 聚焦后入射到四通放大器3中的钛宝石晶体9中，并使得钛宝石晶体9位于凸透镜32的焦 点处。从四通放大器3出射的波长在780nm-820nm范围内的可调谐基频激光入射到切割角 度为
【权利要求】
1. 一种可调谐窄线宽深紫外激光器，包括： 一个粟浦激光器，用于提供粟浦激光； 第一分束镜，用于将所述粟浦激光分成第一粟浦激光和第二粟浦激光； 脉冲式可调谐窄线宽振荡器，包括第一铁宝石晶体，所述第一粟浦激光入射到所述脉 冲式可调谐窄线宽振荡器中并输出波长780nm-820nm的可调谐种子激光，所述可调谐种子 激光比所述粟浦激光延时100-15化S ; 多通放大器，包括第二铁宝石晶体，所述第二粟浦激光入射到所述第二铁宝石晶体，所 述多通放大器用于将入射到多通放大器的可调谐种子激光进行功率放大输出可调谐基频 激光； 频率变换器，用于将所述可调谐基频激光进行4倍频得到波长为195nm-205nm的可调 谐深紫外激光。
2. 根据权利要求1所述的可调谐窄线宽深紫外激光器，其特征在于，所述脉冲式可调 谐窄线宽振荡器的增益腔长为120mm-300mm。
3. 根据权利要求2所述的可调谐窄线宽深紫外激光器，其特征在于，所述脉冲式可调 谐窄线宽振荡器的增益腔长为160mm。
4. 根据权利要求1所述的可调谐窄线宽深紫外激光器，其特征在于，所述粟浦激光的 脉冲宽度为200ns。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的可调谐窄线宽深紫外激光器，其特征在于，所述多 通放大器包括形成对称"Z"型共焦结构的第一凹面全反射镜、第二凹面全反射镜、四个全反 射镜、第一平面全反射镜和第二平面全反射镜，第二铁宝石晶体位于所述第一凹面全反射 镜和所述第二凹面全反射镜对光线的汇聚焦点处，所述第一平面全反射镜位于所述第二铁 宝石晶体和所述第一凹面全反射镜的光路之间，所述第二平面全反射镜位于所述第二铁宝 石晶体和所述第二凹面全反射镜的光路之间。
6. 根据权利要求5所述的可调谐窄线宽深紫外激光器，其特征在于，所述四个全反射 镜为四个全反射棱镜。
7. 根据权利要求5所述的可调谐窄线宽深紫外激光器，其特征在于，所述多通放大器 为四通放大器。
8. 根据权利要求7所述的可调谐窄线宽深紫外激光器，其特征在于，所述第一分束镜 将所述粟浦激光的20%反射成第一粟浦激光，并将所述粟浦激光的80%透射成第二粟浦激 光。
9. 根据权利要求1至4任一项所述的可调谐窄线宽深紫外激光器，其特征在于，所述频 率变换器包括： 二倍频器，用于将第一部分所述可调谐的基频激光二倍频得到可调谐的二倍频激光； 双色镜，用于将剩余的可调谐的基频激光和所述可调谐的二倍频激光分束在两个不同 的光路中； 第二分束镜，用于将所述剩余的可调谐的基频激光分成具有第二部分的可调谐的基频 激光和第H部分的可调谐的基频激光； 半波片，用于将所述第二部分的可调谐的基频激光的线偏振态旋转90° ; 第一光路合束装置，用于将所述可调谐的二倍频激光和所述线偏振态旋转90°的可调 谐的基频激光汇合到相同的光路中； H倍频器，用于将所述可调谐的二倍频激光和所述线偏振态旋转90°的可调谐的基频 激光和频得到可调谐的H倍频激光； 第二光路合束装置，用于将所述可调谐的H倍频激光和第H部分的可调谐的基频激光 汇合到相同的光路中； 四倍频器，用于将所述可调谐的H倍频激光和第H部分的可调谐的基频激光和频得到 可调谐的四倍频激光。
10. 根据权利要求1至4任一项所述的可调谐窄线宽深紫外激光器，其特征在于，所述 第一铁宝石晶体按照布鲁斯特角切割，吸收系数为6. 66,所述第二铁宝石晶体按照布鲁斯 特角切割，吸收系数是4. 3。
11. 根据权利要求1至4任一项所述的可调谐窄线宽深紫外激光器，其特征在于，所述 脉冲式可调谐窄线宽振荡器为littman结构脉冲式可调谐窄线宽振荡器。
【文档编号】H01S3/11GK104348073SQ201310346606
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2013年8月9日
【发明者】王睿, 滕浩, 李德华, 魏志义 申请人:中国科学院物理研究所