激光二极管直接泵浦腔内倍频紫外全固体激光器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种激光二极管直接泵浦腔内倍频紫外全固体激光器，包括：半导体激光器，半导体激光器座，泵浦光学整形镜，泵浦光学整形镜底座，泵浦光学耦合镜组，泵浦光学耦合镜组座，激光晶体，激光晶体座，激光输出镜，激光输出镜座，非线性倍频晶体，非线性倍频晶体座，全反腔镜，全反腔镜座，冷却板，基板以及外壳。本实用新型的激光二极管直接泵浦腔内倍频紫外全固体激光器，通过采用新型的激光晶体，使基频光经过倍频过程直接产生紫外波段的激光，真正实现了倍频激光的高效输出；结构简单，技术相对成熟，易于获得。
【专利说明】激光二极管直接泵浦腔内倍频紫外全固体激光器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于腔内倍频全固体激光器【技术领域】，涉及一种激光二极管直接泵浦腔内倍频紫外全固体激光器。
【背景技术】
[0002]紫外激光器广泛的应用于材料加工，半导体性能测试，显示技术，全息和平板技术。主要是由于紫外激光器可以直接和破坏连接物质的原子分子的化学键加工物质而不会破坏周围的环境，现公开技术中获得紫外光源的主要方法有:
[0003](I)脉冲式的准分子激光器和连续的气体激光器:
[0004]准分子激光器是二十世纪七十年代的产物，工作波段主要集中在紫外区、真空紫外区和可见光波段。其中以稀有气体准分子(Ar2、Kr2、Xe2)和稀有气体卤化物准分子(ArF、KrF、XeF, ArCl、KrCl、XeCl、XeBr )采用电子束或放电方式可以激发出紫外波段的激光。主要应用于激光化学、非线性光学、激光光谱学等领域，但是准分子激光器的系统结构复杂、转化效率低、使用寿命较短等缺点。气体紫外激光器的体积庞大、效率低、输出功率低、价格昂贵，363nm的氩离子激光器和320nm氦-镉激光器的价格达到数十万人民币。
[0005](2)传统全固体激光器(利用非线性晶体对基频光进行三倍频非线性变换技术):
[0006]传统的固体激光器通过对Nd:YAG/Nd:YV04激光晶体辐射的1064nm基频光进行倍频过程频非线性过程输出532nm光源，需要将1064nm基频光和532nm的倍频光作为新的基频光再次通过非线性过程输出355nm紫外光源。通常采用这种方式连续的转化效率达到千分之几，但科研人员为了获得W级得输出，一般采用脉冲的方式提供脉冲的峰值功率，达到高的转化效率的目的。
[0007](3 ) 479nm泵浦OPSL倍频激光器和456nm泵浦全固态倍频激光器:
[0008]美国相干公司利用光泵半导体技术(OPS)制作出来的479nm的激光器输出功率可以达到5W以上，其479nm的波长能够落到Pr =YLF的吸收峰内，479nm作为泵浦源可直接注入到晶体中进行激光辐射，倍频后输出紫外波段的激光。同样利用912nm的全固体激光器进行倍频后输出456nm的激光光源，其456nm的波长落到Pr:GV04的吸收峰内，456nm作为泵浦源可直接注入到晶体中进行激光辐射，倍频后输出紫外波段的激光。上述两种激光器是通过倍频方式直接获得紫外激光的输出。但是两种激光器的泵浦源是OPSL激光器和全固体激光器，两种激光器的泵浦源通过特殊的技术间接的获得泵浦光光源，所以两种泵浦源价格昂贵。组装后的激光器体积相对较大，价格不菲。
实用新型内容
[0009]本实用新型的目的在于提供一种包括半导体泵浦源，泵浦光学耦合系统，掺镨元素的激光晶体，非线性倍频晶体，全反射腔镜和输出耦合腔镜单次倍频实现紫外360nm输出的激光器模式，能够将基频光通过二次非线性过程转化为倍频光输出进而实现真正意义上的高效输出的，激光二极管直接泵浦腔内倍频紫外全固体激光器。[0010]为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案具体如下:
[0011]一种激光二极管直接泵浦腔内倍频紫外全固体激光器，包括:半导体激光器，半导体激光器座，泵浦光学整形镜，泵浦光学整形镜底座，泵浦光学耦合镜组，泵浦光学耦合镜组座，激光晶体，激光晶体座，激光输出镜，激光输出镜座，非线性倍频晶体，非线性倍频晶体座，全反腔镜，全反腔镜座，冷却板，基板以及外壳；
[0012]半导体激光器固定于半导体激光器座上，泵浦光学整形镜固定于泵浦光学整形镜底座上，泵浦光学耦合镜组固定于泵浦光学耦合镜组座中，激光晶体固定在激光晶体座内，并且要保证激光晶体的通光表面平行，激光输出镜固定于激光输出镜座中，非线性倍频晶体固定于非线性倍频晶体座内，全反腔镜固定于全反腔镜座中，激光晶体座、激光输出镜座、非线性倍频晶体座和全反腔镜座固定于冷却板上，半导体激光器座、泵浦光学整形镜底座、冷却板固定于基板上，罩在外壳中。
[0013]在上述技术方案中，所述激光晶体为Pr =YLF晶体。
[0014]在上述技术方案中，所述半导体激光器能够发射与激光晶体吸收带相应的444nm波长激光光源作为泵浦源。
[0015]在上述技术方案中，所述激光晶体的两个通光表面镀膜情况如下:靠近半导体激光器的一端镀444nm增透膜系和720nm基频光高反膜系，另一端为444nm和720nm基频光的增透膜系。
[0016]在上述技术方案中，所述非线性倍频晶体为I类角度相位匹配的LB0，两个表面镀444nm、720nm和360nm波长的增透膜系。
[0017]在上述技术方案中，所述激光输出镜的镀膜情况如下:靠近半导体激光器的一端镀膜为720nm的高反膜系和对360nm、640nm、607nm倍频光的增透膜系，另一端镀对360nm、640nm、607nm倍频光的增透膜系。
[0018]在上述技术方案中，所述全反腔镜的镀膜情况如下:靠近非线性倍频晶体的一端镀膜为360nm、720nm的高反膜系。
[0019]本实用新型具有以下的有益效果:
[0020]本实用新型提供的一种以444nm InGaN 二极管作为泵浦源泵浦Pr:YLF激光晶体腔内倍频获得360nm紫外输出的全固体激光器。由于选用半导体二极管作为泵浦源，其单管泵浦波长为处于激光晶体的吸收峰内，经系统的整形和耦合后能够提高泵浦光的吸收效率；体积相比其他方式小，可以与全固态谐振腔设计成为一体腔，增加了整体结构的稳定性；二极管半导体激光器相比其他倍频激光器泵浦源(0PSL激光发射479nm波长的激光，和经912nm倍频为发射456nm波长的激光)结构简单，技术相对成熟，易于获得。其结构和器件的降低了加工和安装成本。
[0021]通过采用新型的激光晶体，使基频光经过倍频过程直接产生紫外波段的激光，真正实现了倍频激光的高效输出，为实现小型化，高效化，产品化的紫外激光器打下基础；通过对激光晶体和激光谐振腔镀膜的设计，还可以对该晶体其他跃迁波段的激光进行倍频过程，如522nm基频光倍频产生26 Inm基频光，607nm倍频产生303.5nm倍频光，640nm基频光倍频产生320nm基频光，实现更广波段范围内的紫外倍频激光输出。
【专利附图】
【附图说明】[0022]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细说明。
[0023]图1为本实用新型的结构示意图。
[0024]图中的附图标记表不为:
[0025]1-半导体激光器；2_半导体激光器座；3，4-泵浦光学整形镜；5_泵浦光学整形镜底座；6_泵浦光学耦合镜组；7_泵浦光学耦合镜组座；8_激光晶体；9_激光晶体座；10_激光输出镜；11-激光输出镜座；12-非线性倍频晶体；13-非线性倍频晶体座；14-全反腔镜；15-全反腔镜座；16-冷却板；17_基板；18_外壳。
【具体实施方式】
[0026]本实用新型提供了一种掺稀土镨元素的激光晶体，以444nm InGaN二极管作为泵浦源，腔内倍频获得360nm紫外光源的全固体激光器。
[0027]发明思想为:设泵浦光、基频光和倍频光的波长分别为λρ、入1和λ2，固定在铜制半导体激光器座上的半导体激光器发射与激光晶体吸收谱相对应波长的激光，波长设为λ ρ，通过固定在泵浦光学整形镜座上的泵浦光学耦合镜后将半导体激光器发射的泵浦光进行整形，再通过固定在泵浦光学耦合镜组座中的泵浦光学耦合镜组注入到激光晶体，激光晶体安装于激光晶体座中且要保持激光晶体的通光表面互相平行，激光晶体的两个通过表面，靠近半导体激光器的一端镀膜为对λ ρ波长泵浦光的增透膜系和对X1波长基频光的高反膜系，另一端为对λ ρ波长泵浦光和λ 一皮长基频光的增透膜系；输出耦合腔镜靠近半导体激光器的一端镀膜为X1波长泵浦光的高反膜系和λ 2波长倍频光的增透膜系，另一端的镀膜为λ 3波长倍频 光的增透膜系；全反腔镜靠近非线性晶体座的一端镀膜为对X1波长基频光和λ 3波长倍频光的高反膜系；非线性倍频晶体按照基频光波长X1和倍频光入2相位匹配方向切割，使得基频光波长X1和倍频光λ 3在非线性晶体中共线传播时满足相位匹配关系:η2/λ2=2Χηι/λ i，其中ηι和Ii2分别为λ^Ρ λ 2波长在非线性晶体中传播时的折射率；激光晶体靠近泵浦源一端的膜系为对波长泵浦光的增透膜系和基频光的高反膜系作为谐振腔的一个腔镜，同时与激光输出镜和全反腔镜形成基频光的谐振腔，非线性倍频晶体放置在激光输出镜和全反腔镜之间的较小的束腰中，从而获得倍频激光高效输出。
[0028]下面结合附图对本实用新型做进一步的描述:
[0029]如图1所示，激光二极管直接泵浦腔内倍频紫外全固体激光器，半导体激光器I能够发射与激光晶体8Pr:YLF晶体吸收带相应的444nm波长激光光源作为泵浦源，固定在铜制的半导体激光座2上，泵浦光学整形镜3和泵浦光学整形镜4固定于泵浦光学整形镜底座5上，泵浦光学耦合镜组6固定于铝制的泵浦光学耦合镜组座7中，激光晶体8为Pr:YLF晶体，能够吸收半导体I发射的444nm波长激光同时受激辐射出基频光波长的荧光。激光晶体8的两个通光表面镀膜情况如下:靠近半导体激光器I的一端镀444nm增透膜系和720nm基频光高反膜系，另一端为444nm和720nm基频光的增透膜系，固定在激光晶体座9内，非线性倍频晶体12为I类角度相位匹配的LB0，两个表面镀444nm、720nm和360nm波长的增透膜系，固定于铜制的非线性倍频晶体座13内；激光输出镜10的镀膜情况如下:靠近半导体激光器I的一端镀膜为720nm的高反膜系和对360nm、640nm、607nm倍频光的增透膜系640nm和607nm的受激发射截面比720nm的要大，所以考虑两个波长的抑制，另一端镀对360nm、640nm、607nm倍频光的增透膜系，固定于激光输出镜座11内；全反腔镜14的镀膜情况如下:靠近非线性倍频晶体12的一端镀膜为360nm、720nm的高反膜系，固定于全反腔镜座15中；激光晶体座9、激光输出镜座11、非线性倍频晶体座13和全反腔镜座15固定于冷却板16上,半导体激光器座2、泵浦光学整形镜底座5、冷却板16固定于基板17上,罩在外壳18中。
[0030]由激光晶体8、激光输出镜10和全反腔镜14构成720nm基频光的V型谐振腔，该谐振腔具有两个臂，第一段由激光晶体8的靠近半导体激光器I的端面与激光输出镜10组成，第二段由激光输出镜10和全反腔镜14组成，非线性倍频晶体12放在激光输出镜10和全反腔镜14之间，同时靠近全反腔镜14的基频光交叠光路中。
[0031]半导体激光器I发射与激光晶体8Pr:YLF晶体吸收相对应444nm波长的激光，通过泵浦光学整形镜34对半导体激光器的光学分布进行整形，通过泵浦光学耦合镜组6注入激光晶体8，激光晶体8的通光表面互相平行且与谐振腔同轴。激光晶体8Pr:YLF吸收了半导体激光器I发射的激光后发射基频光720nm的荧光，该荧光在由激光晶体8、激光输出镜10和全反腔镜14构成的基频谐振腔内振荡，经由激光晶体8增益形成720nm波长的激光；该基频光经由非线性倍频晶体12产生倍频波长为360nm的激光，并经激光输出镜10输出到激光器外。
[0032]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种激光二极管直接泵浦腔内倍频紫外全固体激光器，其特征在于，包括:半导体激光器(1)，半导体激光器座(2)，泵浦光学整形镜(3) (4)，泵浦光学整形镜底座(5)，泵浦光学稱合镜组(6),泵浦光学稱合镜组座(7),激光晶体(8),激光晶体座(9),激光输出镜(10),激光输出镜座(11)，非线性倍频晶体(12)，非线性倍频晶体座(13)，全反腔镜(14)，全反腔镜座(15)，冷却板(16)，基板(17)以及外壳(18)； 半导体激光器(I)固定于半导体激光器座(2)上，泵浦光学整形镜(3) (4)固定于泵浦光学整形镜底座(5)上,泵浦光学稱合镜组(6)固定于泵浦光学稱合镜组座(7)中,激光晶体(8)固定在激光晶体座(9)内，并且要保证激光晶体的通光表面平行，激光输出镜(10)固定于激光输出镜座(11)中，非线性倍频晶体(12)固定于非线性倍频晶体座(13)内，全反腔镜(14 )固定于全反腔镜座(15 )中，激光晶体座(9 )、激光输出镜座(11 )、非线性倍频晶体座(13)和全反腔镜座(15)固定于冷却板(16)上，半导体激光器座(2)、泵浦光学整形镜底座(5)、冷却板(16)固定于基板(17)上,罩在外壳(18)中。
2.根据权利要求1所述的激光二极管直接泵浦腔内倍频紫外全固体激光器，其特征在于，所述激光晶体(8)为Pr:YLF晶体。
3.根据权利要求2所述的激光二极管直接泵浦腔内倍频紫外全固体激光器，其特征在于，所述半导体激光器(I)能够发射与激光晶体(8)吸收带相应的444nm波长激光光源作为泵浦源。
4.根据权利要求2所述的激光二极管直接泵浦腔内倍频紫外全固体激光器，其特征在于，所述激光晶体(8)的两个通光表面镀膜情况如下:靠近半导体激光器(I)的一端镀444nm增透膜系和720nm基频光高反膜系，另一端为444nm和720nm基频光的增透膜系。
5.根据权利要求1所述的激光二极管直接泵浦腔内倍频紫外全固体激光器，其特征在于，所述非线性倍频晶体(12)为I类角度相位匹配的LBO，两个表面镀444nm、720nm和360nm波长的增透膜系。
6.根据权利要求1所述的激光二极管直接泵浦腔内倍频紫外全固体激光器，其特征在于，所述激光输出镜(10)的镀膜情况如下:靠近半导体激光器(I)的一端镀膜为720nm的高反膜系和对360nm、640nm、607nm倍频光的增透膜系，另一端镀对360nm、640nm、607nm倍频光的增透膜系。
7.根据权利要求1所述的激光二极管直接泵浦腔内倍频紫外全固体激光器，其特征在于，所述全反腔镜(14)的镀膜情况如下:靠近非线性倍频晶体(12)的一端镀膜为360nm、720nm的闻反I旲系。
【文档编号】H01S3/06GK203747228SQ201420098180
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日
【发明者】王禹凝, 郑权, 田东贺, 高连丛, 邓岩, 曹宇 申请人:长春新产业光电技术有限公司