N型腔高功率单频紫外激光器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种N型腔高功率单频紫外激光器，其特征在于：第一平面镜、激光晶体、Q开关、标准具、全波片、第二平面镜、第三平面镜和第四平面镜构成基频光谐振腔；由第三平面镜、二倍频非线性光学晶体和第四平面镜构成二倍频光谐振腔；半导体二极管泵浦源输出808nm泵浦光经过第一非球面透镜和第二非球面透镜组成的非球面光学准直系统以及第一平面镜耦合到激光晶体内，其是一种高功率激光运转，特别是要实现稳定单频运转的高功率紫外激光器，其在激光腔内插入标准具和全波片，有效抑制了其他波段的激光产生，最终获得355nm激光的单频稳定输出。
【专利说明】
N型腔高功率单频紫外激光器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种全固态紫外激光器，尤其是涉及一种采用N型腔的高功率单频紫外激光器。
【背景技术】
[0002]全固态激光器以其体积小、功率高、波长可调谐等特点，特别是单频运转的激光器，除了本身良好的单色性和方向性外，还具有普通激光器难以达到的相干相干长度长、光束质量好、谱线宽度窄的优点，在激光雷达、激光测距、激光遥感、激光医疗、光谱学、光频标准和非线性光学频率变换等领域中具有广泛的应用。近年来，在高功率激光运转、特别是要实现激光器的稳定单频运转的研究已成为激光【技术领域】的一个研究热点，市场前景十分广阔。
[0003]在激光器内获得355nm紫外激光的倍频技术可以分为两种，包括腔外倍频和腔内倍频。腔外倍频是将高功率红外激光(如1064nm和914nm)通过非线性光学晶体实现频率转换，其特点在于聚焦点光斑尺寸要求小，晶体比较容易损坏，对晶体镀膜要求高，对紫外激光器的寿命产生了极大的影响，若是高功率的紫外激光器，就需要在一定的使用时间后改变激光晶体的位置来实现换点功能，才能保证激光器的长时间可靠工作，整个系统装置较多，配备复杂，而且需要使用高精密的检测和判别装置。腔内倍频效率高，而且激光到达三倍频非线性光学晶体处的光斑比较大，在相同晶体条件下，不仅延长了激光晶体的使用寿命，而且对晶体镀膜要求低很多，但是由于整个倍频转换过程是在激光腔内完成的，使得激光腔比较敏感。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种采用N型腔的高功率单频紫外激光器，是一种高功率激光运转，特别是要实现稳定单频运转的高功率紫外激光器，其在激光腔内插入标准具和全波片，有效抑制了其他波段的激光产生，最终获得355nm激光的单频稳定输出。
[0005]本实用新型的技术方案是这样实现:采用N型腔的高功率单频紫外激光器，包括半导体二极管泵浦源、光学准直系统、激光晶体、Q开关、三倍频非线性光学晶体、二倍频非线性光学晶体和四个平面镜，用外壳将整个装置照在基板上；其特征在于:第一平面镜、激光晶体、Q开关、标准具、全波片、第二平面镜、第三平面镜和第四平面镜构成基频光谐振腔；由第三平面镜、二倍频非线性光学晶体和第四平面镜构成二倍频光谐振腔；半导体二极管泵浦源输出808nm泵浦光经过第一非球面透镜和第二非球面透镜组成的非球面光学准直系统以及第一平面镜耦合到激光晶体内，产生的1064nm激光经过由第一平面镜、标准具、全波片、第二平面镜、第三平面镜和第四平面镜构成的谐振腔内振荡并由Q开关调制，调制的1064nm基频光两次经过二倍频非线性光学晶体将1064nm基频光转换为532nm倍频光，未二次倍频转换的剩余1064nm基频光与532nm倍频光进行和频，得到的355nm紫外激光从三倍频非线性光学晶体布儒斯特角切割的一面输出。
[0006]所述激光晶体为Nd:YV04，其晶体尺寸为3X3X 10mm3，晶体掺杂浓度为0.5%。
[0007]所述激光器腔内的三倍频非线性光学晶体端面与光轴成布儒斯特角。
[0008]所述的基频光谐振腔激光晶体与第三平面镜之间插入标准具和全波片，垂直放置的石英标准具厚度为0.6_，表面基频光反射率为85%，温度控制在35摄氏度，此时只有某一特定频率的纵模能够振荡，其中全波片先是进行粗选模，标准具再次进行细选模，最终保证355nm紫外激光的单频稳定运转。
[0009]所述的基频光谐振腔元件是平面镜，谐振元件的数量是四个，激光输出方式是脉冲输出。
[0010]所述的基频光谐振腔中第一平面镜的外侧镀有808nm的增透膜，内侧镀有808nm的增透膜和1064nm的高反膜；Q开关、激光晶体、标准具和全波片两端面均镀有1064nm的增透膜；第二平面镜的内侧镀有1064nm的高反膜，第三平面镜和第四平面镜的内侧镀有1064nm和532nm的高反膜。
[0011]所述的二倍频光谐振腔中的二倍频非线性光学晶体两端均镀有1064nm和532nm的增透膜。
[0012]所述二倍频非线性倍频晶体可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，可以采用双折射相位匹配或周期极化材料的准相位匹配，二倍频非线性光学晶体的类型可选自LB0、KTP,周期极化晶体 PPLN、MgO:PPLN, PPSLT, PPLT, PPKTP 等中的一种。
[0013]所述三倍频非线性光学晶体可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，三倍频非线性光学晶体的类型可选自 LB0、ΒΒ0, BIBO、CLBO, PPLN、MgO:PPLN, PPSLT, PPLT, PPKTP 等中的一种，所述三倍频非线性光学晶体的形状以长方体为主，也可以是其他形状。
[0014]本实用新型的积极效果是其采用808nm的半导体二极管端面泵浦激光晶体的方式，并由Q开关进行调制，利用腔内倍频技术，实现1064nm基频光到532nm倍频光的转换，再通过将未完成二次倍频的剩余1064nm基频光与532nm倍频光进行和频，得到所需355nm紫外脉冲激光器；腔内倍频效率高，而且激光到达三倍频非线性光学晶体处的光斑比较大，在相同晶体条件下，不仅延长了激光晶体的使用寿命，而且对晶体镀膜的要求低很多。三倍频非线性光学晶体端面与光轴成布儒斯特角，相比于镀膜方式，明显降低了偏振耦合损耗。激光器内利用了两个非球面透镜组成的非球面光学准直系统，保证了激光晶体处泵浦光与振荡激光达到很好的模匹配，提高了泵浦光到基频光的光光转换效率。谐振腔内插入了标准具和一个起到相位延迟作用的石英石晶体全波片，通过选择适当的标准具长、表面反射率、腔内摆放角度以及温度控制可以很方便的实现相邻谱线的选择，使用标准具选择单纵模激光输出，不需要调节腔镜，稳定性也大为提高。全波片的配合使用，使激光的选模更为精确。最终输出的单频紫外激光功率稳定、转换效率高、光束质量好稳定性优越以及光谱线宽窄等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型做进一步的描述:如图1所示，采用N型腔的高功率单频紫外激光器，包括半导体二极管泵浦源1、光学准直系统、激光晶体7、Q开关5、三倍频非线性光学晶体11、二倍频非线性光学晶体12和四个平面镜，用外壳15将整个装置照在基板14上；其特征在于:第一平面镜4、激光晶体7、Q开关5、标准具8、全波片9、第二平面镜6、第三平面镜10和第四平面镜13构成基频光谐振腔；由第三平面镜10、二倍频非线性光学晶体12和第四平面镜13构成二倍频光谐振腔；半导体二极管泵浦源I输出808nm泵浦光经过第一非球面透镜2和第二非球面透镜3组成的非球面光学准直系统以及第一平面镜4耦合到激光晶体7内，产生的1064nm激光经过由第一平面镜4、标准具8、全波片9、第二平面镜6、第三平面镜10和第四平面镜13构成的谐振腔内振荡并由Q开关5调制，调制的1064nm基频光两次经过二倍频非线性光学晶体12将1064nm基频光转换为532nm倍频光，未二次倍频转换的剩余1064nm基频光与532nm倍频光进行和频，得到的355nm紫外激光从三倍频非线性光学晶体11布儒斯特角切割的一面输出。
[0017]所述激光晶体7为Nd:YV04，其晶体尺寸为3X3X 10mm3，晶体掺杂浓度为0.5%。
[0018]所述激光器腔内的三倍频非线性光学晶体11端面与光轴成布儒斯特角。
[0019]所述的基频光谐振腔中插入标准具8和全波片9，只有某一特定频率的纵模能够振荡，其中全波片9先是进行粗选模，标准具8再次进行细选模，最终保证355nm紫外激光的单频稳定运转。
[0020]所述的基频光谐振腔元件是平面镜，谐振元件的数量是四个，激光输出方式是脉冲输出。
[0021]所述的基频光谐振腔中第一平面镜4的外侧镀有808nm的增透膜，内侧镀有808nm的增透膜和1064nm的高反膜；Q开关5、激光晶体7、标准具8和全波片9两端面均镀有1064nm的增透膜；第二平面镜6的内侧镀有1064nm的高反膜，第三平面镜10和第四平面镜13的内侧镀有1064nm和532nm的高反膜。
[0022]所述的二倍频光谐振腔中的二倍频非线性光学晶体12两端均镀有1064nm和532nm的增透膜。
[0023]所述二倍频非线性倍频晶体12可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，可以采用双折射相位匹配或周期极化材料的准相位匹配，二倍频非线性光学晶体12的类型可选自 LBO、KTP，周期极化晶体 PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP 等中的一种。
[0024]所述三倍频非线性光学晶体11可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，三倍频非线性光学晶体 11 的类型可选自 LB0、BB0、BIB0、CLB0、PPLN、Mg0:PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP等中的一种，所述三倍频非线性光学晶体11的形状以长方体为主，也可以是其他形状。
[0025]如图1所示，半导体二极管单端泵浦355nm紫外激光器，包括半导体二极管泵浦源I和激光晶体5，半导体二极管泵浦源I为输出波长808nm的半导体二极管泵浦，半导体二极管泵浦源I的输出端依次布置有第一非球面透镜2和第二非球面透镜3，第二非球面透镜3的输出端布置第一平面镜4，第一平面镜4的输出端衔接两部分结构，其一衔接Q开关5，Q开关5的输出端布置第二平面镜6 ;其二衔接激光晶体7，激光晶体7依次衔接标准具8、全波片9和第三平面镜10，第三平面镜10衔接三倍频非线性光学晶体11，三倍频非线性光学晶体11依次衔接二倍频非线性光学晶体12和第四平面镜13 ；半导体二极管泵浦源I输出808nm泵浦光经过由第一非球面透镜2和第二非球面透镜3组成的非球面光学准直系统以及第一平面镜4耦合到激光晶体7内，产生的1064nm激光经过由第一平面镜4、第二平面镜6、第三平面镜10和第四平面镜13构成的谐振腔内振荡并由Q开关5进行调制，调制的1064nm基频光两次经过二倍频非线性光学晶体12将1064nm基频光转换为532nm倍频光，未二次倍频转换的剩余1064nm基频光与532nm倍频光经过三倍频非线性光学晶体11进行和频，得到的355nm紫外脉冲激光从三倍频非线性光学晶体11布儒斯特角切割的一面输出。
[0026]半导体二极管单端泵浦355nm紫外激光器装置，在抽运光功率为30W时，在不同频率调制下激光器的输出功率，当调制频率f=30kHz时，激光器输出功率大于5W，泵浦光到355nm紫外激光的转换效率约为17%，如此高的转换效率已接近理论值。在此泵浦功率下，在20kHz时，激光脉冲宽度为12ns。在激光功率为5W时，用光束质量分析仪测得测得光束质量分子M2〈l.3。该激光器运行8小时的稳定性度曲线可以看出稳定度小于3%，光谱线宽Λ〈0.0OOOlnm。从结果可以看出，紫外激光器具有转换效率高、光束质量好、运行稳定、单频等优点，广泛用于紫外激光应用领域。
[0027]以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并没有对本实用新型的保护范围做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等效替换与修饰而形成的技术方案，均属于本实用新型的权利保护范围之内。
【权利要求】
1.N型腔的高功率单频紫外激光器，包括半导体二极管泵浦源、光学准直系统、激光晶体、Q开关、三倍频非线性光学晶体、二倍频非线性光学晶体和四个平面镜，用外壳将整个装置照在基板上；其特征在于:第一平面镜、激光晶体、Q开关、标准具、全波片、第二平面镜、第三平面镜和第四平面镜构成基频光谐振腔；由第三平面镜、二倍频非线性光学晶体和第四平面镜构成二倍频光谐振腔；半导体二极管泵浦源输出808nm泵浦光经过第一非球面透镜和第二非球面透镜组成的非球面光学准直系统以及第一平面镜耦合到激光晶体内，产生的1064nm激光经过由第一平面镜、标准具、全波片、第二平面镜、第三平面镜和第四平面镜构成的谐振腔内振荡并由Q开关调制，调制的1064nm基频光两次经过二倍频非线性光学晶体将1064nm基频光转换为532nm倍频光，未二次倍频转换的剩余1064nm基频光与532nm倍频光进行和频，得到的355nm紫外激光从三倍频非线性光学晶体布儒斯特角切割的一面输出。
2.根据权利要求1所述的N型腔的高功率单频紫外激光器，其特征在于所述激光晶体为Nd:YV04，其晶体尺寸为3X3X 10mm3，晶体掺杂浓度为0.5%。
3.根据权利要求1所述的N型腔的高功率单频紫外激光器，其特征在于所述激光器腔内的三倍频非线性光学晶体端面与光轴成布儒斯特角。
4.根据权利要求1所述的N型腔的高功率单频紫外激光器，其特征在于所述的基频光谐振腔激光晶体与第三平面镜之间插入标准具和全波片，垂直放置的石英标准具厚度为0.6_，表面基频光反射率为85%，温度控制在35摄氏度，此时只有某一特定频率的纵模能够振荡，其中全波片先是进行粗选模，标准具再次进行细选模，最终保证355nm紫外激光的单频稳定运转。
5.根据权利要求1所述的N型腔的高功率单频紫外激光器，其特征在于所述的基频光谐振腔元件是平面镜，谐振元件的数量是四个，激光输出方式是脉冲输出。
6.根据权利要求1所述的N型腔的高功率单频紫外激光器，其特征在于所述的基频光谐振腔中第一平面镜的外侧镀有808nm的增透膜，内侧镀有808nm的增透膜和1064nm的高反膜；Q开关、激光晶体、标准具和全波片两端面均镀有1064nm的增透膜；第二平面镜的内侧镀有1064nm的高反膜，第三平面镜和第四平面镜的内侧镀有1064nm和532nm的高反膜。
7.根据权利要求1所述的N型腔的高功率单频紫外激光器，其特征在于所述的二倍频光谐振腔中的二倍频非线性光学晶体两端均镀有1064nm和532nm的增透膜。
8.根据权利要求1所述的N型腔的高功率单频紫外激光器，其特征在于所述二倍频非线性倍频晶体可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，采用双折射相位匹配或周期极化材料的准相位匹配，二倍频非线性光学晶体的类型选自LBO、KTP，周期极化晶体PPLN、MgO: PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP 中的一种。
9.根据权利要求1所述的采用Ν型腔的高功率单频紫外激光器，其特征在于所述三倍频非线性光学晶体采用临界相位匹配或非临界相位匹配，三倍频非线性光学晶体的类型可选自 LBO、BBO、BIBO、CLBO、PPLN、MgO: PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP 中的一种，所述三倍频非线性光学晶体的形状为长方体。
【文档编号】H01S3/101GK204179482SQ201420627791
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】赵岭, 姚矣, 郑权, 邓岩, 曹宇, 周凯, 张锐 申请人:长春新产业光电技术有限公司