可见激光直接变频产生深紫外激光的方法及全固态深紫外激光器的制造方法

文档序号:9352042阅读:735来源:国知局
可见激光直接变频产生深紫外激光的方法及全固态深紫外激光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种可见激光直接变频产生深紫外激光的方法与装置,属于激光技术 领域。
【背景技术】
[0002] 紫外激光器在科研、工业及医疗中有重要应用,是目前激光市场增长较快的部分, 此外随着纳米精细激光加工、超高能量分辨率光电子能谱仪和光电子发射显微镜等现代化 仪器的发展,深紫外相干光源的研究也十分迫切。深紫外激光器分三种:固体紫外激光器、 气体紫外激光器及半导体激光二极管,三种激光器各有优缺点。其中固体紫外激光器又可 通过氙灯、氪灯及激光二极管等方式进行栗浦,而使用激光二激光栗浦的紫外激光器具有 效率高、重频高、性能可靠、体积小、光束质量较好及功率稳定等特点。由于紫外光子能量 大,难以通过外激励源激励产生一定高功率的连续紫外激光,故实现紫外连续波激光一般 是应用晶体材料非线性效应变频方法产生。全固态紫外激光谱线产生的方法一般有两种, 一是直接对红外全固体激光器进行腔内或腔外3倍频或4倍频来得到紫外激光谱线;二是 先利用倍频技术得到二次谐波然后再利用和频技术得到紫外激光谱线。前一种方法有效非 线性系数小,转换效率低,后一种方法由于利用的是二次非线性极化率,转换效率比前一种 高很多。
[0003] 中国专利文件CN102957083A公开了一种直接倍频实现波长160~170nm全固态 深紫外激光的装置,其栗浦源为320~340nm波长全固态紫外激光栗浦源;薄片状深紫外 倍频晶体光胶于第一和第二匹配材料直角棱柱斜边面上;第一匹配材料钝角切割角度满足 320~340nm紫外光垂直入射到第一匹配材料后再入射到直接倍频晶体中,满足倍频晶体 位相匹配角度;第二匹配材料钝角切割角度满足160~170nm深紫外光垂直于第二匹配材 料直角面出射;紫外光从入射窗口进入密封罐体,由第一匹配材料直角边垂直入射,由倍频 晶体直接倍频,产生的深紫外光与剩余紫外光经第二匹配材料后分开,160~170nm深紫外 光从出射窗口输出。其所述全固态紫外激光栗浦装置通过1. 28~1. 36微米基频光的四倍 频实现320~340nm波长的紫外激光,该方法获得光源步骤复杂,转换效率低。

【发明内容】

[0004] 针对现有技术的不足,本发明提供了一种通过可见激光直接变频产生深紫外激光 的方法。
[0005] 本发明还提供一种结构简单的基于全固态可见激光器和倍频晶体直接变频获取 深紫外激光的装置,即一种全固态深紫外激光器。
[0006] 本发明的技术方案如下:
[0007] -种可见激光直接变频产生深紫外激光的方法,包括将二倍频晶体和三倍频晶体 用于全固态激光器中,将可见激光直接变频获取深紫外激光;
[0008] 通过栗浦源栗浦激光增益介质产生可见光,该可见光垂直通过二倍频晶体的通光 面,所得倍频光与剩余的可见光基频光到达平凹输出镜的凹面,该平凹输出镜两面均镀有 介质膜,该平凹输出镜与可见光光路的垂直面有夹角、倾斜放置,使得通过二倍频晶体后的 倍频激光与剩余的可见光基频光经平凹输出镜反射到达三倍频晶体内进行三倍频,所得三 倍频光再经一平面反射镜反射后从所述的平凹输出镜输出,得深紫外波段的激光。
[0009] 所述三倍频晶体置于真空装置中。
[0010] 所述二倍频晶体是可用于紫外波段的倍频晶体,优选:0 _BaB204晶体(简称BB0); 可按现有技术用高温溶液法生长或用提拉法生长。BB0晶体按照相位0_= 35°~23°, 炉=〇°匹配角进行切割加工。
[0011] 所述三倍频晶体是可用于深紫外波段的倍频晶体,优选:KBe2B03F2晶体(简称 KBBF),RbBe2B03F2晶体,CsBe2B03F2晶体;可按现有技术用助溶剂法生长。采用现有棱镜耦 合技术制作三倍频晶体器件,不需要对KBBF晶体沿相匹配方向进行切割,从而避免了因晶 体过薄而不能使用于深紫外谐波光产生的缺点。KBe2B03F2晶体按棱镜耦合技术加工制作, 摆放并置于真空环境中,例如真空罐中。
[0012] 所述二倍频晶体和三倍频的晶体的端面抛光,端面有镀膜或者无镀膜。
[0013] 所述栗浦源为半导体激光二极管(LD)、氙灯或氩离子激光器等能提供栗浦能量的 光源。优选的,所述的栗浦源为中心波长为445nm的蓝光半导体激光二极管。也称商业化 蓝光LD。
[0014] 所述平凹输出镜两面所镀的介质膜根据激光波段进行选择。其中,凹面镀以对 150-250nm激光波段部分反射的介质膜,平面镀有对150-250nm激光波段增透的介质膜。
[0015] 所述的激光增益介质是可以通过栗浦源栗浦产生可见光输出的激光晶体、激光陶 瓷或者激光玻璃等所有合适的增益介质,加工成圆柱体或者长方体,任选的,其端面镀以有 利于栗浦光吸收和激光振荡的介质膜,也可以只进行激光级精抛光而不镀膜。优选的,所述 的激光增益介质是掺杂镨离子的氟化物晶体,选自掺镨氟化钆锂(Pr3+:GdLiF4)晶体,掺镨 氟化钇锂(Pr3+:YLiF4)晶体,掺镨氟化镥锂(Pr3+:LuLiF4)晶体,掺镨氟化钡钇(Pr3+:BaY2Fs) 晶体,其中掺杂物的掺杂浓度及切割尺寸按本领域常规技术即可。
[0016] 根据本发明所述的方法,在激光增益介质后增设电光调Q开关或其他能用于可见 光波段进行Q调制的饱和吸收体,可获得脉冲形式的深紫外光输出。
[0017] 本发明方法所得深紫外激光是170nm-240nm深紫外连续激光或脉冲激光。
[0018] 本发明还提供实现以上方法的装置:
[0019] -种全固态深紫外激光器,是将可见激光直接变频产生深紫外激光的装置,包括 栗浦源,聚焦系统,输入镜,激光增益介质,二倍频晶体,平凹输出镜,三倍频晶体,反射镜; 所述输入镜和平凹输出镜组成的谐振腔采用V型腔结构;输入镜靠近栗浦源的表面镀以对 栗浦光增透的介质膜,相对的另一面镀以对500-750nm高反射的介质膜;
[0020] 平凹输出镜的凹面镀以对150-250nm激光波段部分反射的介质膜,平面镀有对 150-250nm激光波段增透的介质膜。所述的二倍频晶体置于所述谐振腔内的可见光光路1 上位于激光增益介质之后,所述的三倍频晶体置于平凹输出镜的凹面反射光的光路2上, 反射镜位于该光路2的平凹输出镜之后并垂直于该光路2。
[0021] 栗浦光经聚焦系统和输入镜聚焦到激光增益介质中,产生可见波段基频光,经二 倍频晶体倍频后产生紫外波段光并到达平凹输出镜,剩余的可见光基频光和倍频产生的紫 外经平凹输出镜反射后进入三倍频晶体,三倍频晶体放置于真空罐中,两束光进行三倍频 后经平面反射镜反射再由平凹输出镜输出深紫外波段的激光。
[0022] 优选的,所述的输入镜是平面镜,所述的反射镜是平平反射镜。
[0023] 以上装置中的栗浦源、激光增益介质、二倍频晶体、平凹输出镜、三倍频晶体的具 体含义与前述方法中的相同。不再赘述。优选的,所述二倍频晶体是0_BaB 2O4晶体,按照 相位0_=35°~23°,匹配角进行切割加工。
[0024] 进一步优选的,所述栗浦源为中心波长为445nm的LD激光器。所述激光增益介质 是掺镨氟化物晶体。所述输入镜为平面镜,靠近栗浦源的通光表面镀以对445nm增透的介 质膜,另一面镀以对500-750nm高反射的介质膜。所述平凹输出镜曲率半径为50-100mm。 其平凹面镀膜根据输出激光进行优选确定,所述平平反射镜镀膜根据腔内激光进行优选确 定。
[0025] 为了获得较高功率的可见光激光输出,所述谐振腔根据平凹输出镜的曲率半径进 行确定;优选谐振腔长度10-20cm,特别优选谐振腔长度15cm。
[0026] 根据本发明,所述的组成谐振腔的输入镜、平凹输出镜的曲率可根据谐振腔要求 设计,谐振腔设计为本领域熟知技术。所述关于介质膜的"增透"、"高反射"、"部分反射"具 有本领域公知的含义,"增透"指对特定波长的光透过率多99%,"高反射"指对特定波长的 反射率多99%,"部分反射"指对特定波长的反射率在95% -99%之间。
[0027] 本发明中,二倍频晶体与紫外倍频晶体同义,三倍频晶体与深紫外倍频晶体同义。 全固态深紫外激光器与可见激光直接变频产生深紫外激光的装置同义。
[0028] 根据本发明的全固态深紫外激光器,在激光增益介质后增加电光调Q开关或其他 能用于可见光波段进行Q调制的饱和吸收体,获得脉冲形式的可见光输出。由此可最终产 生脉冲形式的深紫外光输出。
[0029] 下面是本发明的方法及装置的几个优选方案:
[0030] 一、由522nm波长绿色可见光直接变频产生174nm深紫外光
[0031] 装置结构如前所述,选用中心波长为445nm的LD激光器栗作为浦源,选用掺镨氟 化物晶体为增益介质;输入镜靠近栗浦源的表面镀以对445nm增透的介质膜,相对的另一 面镀以对500-750nm高反射的介质膜。平凹输出镜的凹面镀以对150-250nm部分反射、反射 率为95 % -99 %之间
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