专利名称：456nm固体蓝光泵浦360nm紫外全固体激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种全固体激光器，尤其是涉及一种以456nm固体激光泵浦掺Pr: GV04的 倍频360nm紫外全固体激光器。
背景技术：
紫外激光在材料加工、工业制造、半导体性能测试、激光全息等领域具有特殊的应用前 景，迄今，这些紫外激光器主要包括脉冲的准分子激光器和连续的气体激光器(如363nm的 氩离子激光器和320nm氦-镉激光器)，还有近年来开发出的355nm脉冲三倍频Nd: YAG/Nd: YV04固体激光器。其中，准分子激光器的系统复杂、效率低、使用寿命较短；气体紫外激 光器的体积庞大、效率低、输出功率低(如美国Coherent公司的INOVA300C波长为363nm 的氩离子激光最大输出功率仅为150mW，但价格在8万美元以上；而氦-镉激光输出功率在 10mW左右，价格也达数万美元)；而355nmNd: YAG/Nd: YV04固体激光器由于是在1064nm 基波的基础上三倍频获得的，阈值较高，转换效率比较低，因此，为了达到瓦级输出， 一般 采用调Q脉冲运转，系统较为复杂，还需水冷工作。无论是上述哪种紫外激光器，都在不同 程度上存在系统复杂、效率低下、价格昂贵等缺点，为了克服上述缺点，最近Coherent公司 与德国汉堡大学合作，利用479nm蓝色泵浦光半导体(OPS)作为泵浦源，激发Pr: YLiF4激光 晶体，产生720nm的连续激光，然后通过腔内倍频，在最高的5.3W蓝光OPS泵浦下获得输 出功率达1.3W的360nm紫外全固体激光(V.Ostroumov， W.Seelert, L.Hunziker， C.Ihli, A.Richter， E.Heumann， and G.Huber， "UV generation by intracavity frequency doubling of an OPS-pumped Pr:YLF laser with 500 mW of cw power at 360 nm"， (published online Feb. 19, 2007) SPIE.6451:645103)。
为了提高输出功率，必须提高泵浦源激光的功率，从目前技术看，OPS由美国相干公司 专有，蓝光最大也达到5 W以上，但是价格达10万美元以上。在这种背景下，本申请人依 托现有的DPSSLs蓝光技术，在固体激光器研制方面取得突破，成功研制的波长473nm全固 体连续蓝光激光器，获得最高1.6W的稳定输出功率，课题组主要成员贾富强博士与卜轶坤 博士在中科院长春光机所博士论文期间取得大于5 W波长456nm和457nm的稳定功率输出 (F.Q.Jia, Y.K.Bu， et al., "5.3W deep-blue light generation by intra-cavity frequency doubling of Nd:GdV04"， Applied Physics B Vol.83(2): 244-246(2006); Q.H.Xue, Q.Zheng, Y.K.Bu, F.Q.Jia， L.S.Qian， "High-power efficient diode-pumped Nd:YVO4/LBO 457nm blue laser with 4.6-W output power", Optics Letters Vol.31(8): 1070-1072(2006))。而最新研究(邹玉林，吴敬朋，臧竞 存等，PnGdV04晶体的光谱特性及光谱计算，中国科技论文在线，2007年09月26日， http:/Avww.paper.edu.cn)表明Pr:GV04激光晶体在455 nm附近(FWMH=6nm)具有强的吸收， 适合456nm/457nm的DPSSLs泵浦。通过折叠腔以及特殊的膜系设计，采用LBO晶体腔内 倍频，获得较高功率的紫外360nm激光输出。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的非全固态紫外360nm激光器所存在的系统复杂、效率低 下、价格昂贵等缺点，提供一种456nm固体蓝光泵浦360nm紫外全固体激光器。 本发明的技术方案是采用新的腔体和膜系结构的全固态激光。 本发明设有
全固态456nm蓝光激光器；
平凸耦合输入镜，平凸耦合输入镜设于全固态456nm蓝光激光器的输出端； 平面输入镜，平面输入镜的输入端接平凸耦合输入镜的输出端；
带温控装置的Pr:GV04激光晶体，带温控装置的Pr:GV04激光晶体的输入端面接平面输
入镜；
激光输出镜，激光输出镜设于Pr:GV04激光晶体的输出端，作为紫外光的输出镜； 倍频晶体，倍频晶体设于激光输出镜的后端；
折叠腔镜(折叠腔后腰镜)，折叠腔镜设于倍频晶体的后端，作为紫外光的全反后腰镜。
平面输入镜为456nrn增透(HT)和反射率11>96%的720nm高反介质膜，直接镀在Pr:GV04 激光晶体的输入端面，作为激光器的输入镜。
温控装置可采用常规的半导体制冷器，带温控装置的Pr:GV04激光晶体和光学耦合系统 与其它光学元件一块固定在基座上。
本发明提出以大功率LD泵浦Nd:GV04/LBO 456 nm作为泵浦光源，通过折叠腔以及膜 系设计，采用Pr:GV04作为激光晶体，LBO晶体腔内倍频，获得较高功率的紫外360nm激光 输出。本发明的突出效果将在具体实施方式
中加以进一步的说明。
图1为本发明实施例的结构框图。
图2为本发明实施例的结构组成示意图。
4图3为平面输入镜的膜系理论曲线。在图3中，横坐标为波长Wavelength (nm)，纵坐 标为透射率Transmittance(%)。
图4为激光输出镜的膜系理论曲线。在图4中，横坐标为波长Wavelength (mn)，纵坐 标为透射率Transmittance(%)。
图5为折叠腔镜(折叠腔后腰镜)的膜系理论曲线。在图5中，横坐标为波长Wavelength (nm)，纵坐标为透射率Transmittance(0/())。
具体实施例方式
本发明包含三个部分光学耦合系统、晶体设计与温控装置和谐振腔体设计。 如图1、 2所示本发明设有全固态456nm蓝光激光器l、平凸耦合输入镜2、平面输入 镜3、带温控装置的Pr:GV04激光晶体4、激光输出镜5、倍频晶体6和折叠腔镜(折叠腔后 腰镜)7。平凸耦合输入镜2设于全固态456nm蓝光激光器1的输出端，平面输入镜3的输 入端接平凸耦合输入镜2的输出端；带温控装置的Pr:GV04激光晶体4的输入端面接平面输 入镜3，激光输出镜5设于PnGV04激光晶体4的输出端，作为紫外光的输出镜；倍频晶体6 设于激光输出镜5的后端；折叠腔镜(折叠腔后腰镜)7设于倍频晶体6的后端，作为紫外 光的全反后腰镜。
平面输入镜3为456nm增透(HT)和反射率11>96%的720nm高反介质膜，直接镀在 Pr:GV04激光晶体4的输入端面，作为激光器的输入镜。
温控装置可采用常规的半导体制冷器，带温控装置的Pr:GV04激光晶体4和光学耦合系 统与其它光学元件一块固定在基座上。
全固态456nm蓝光激光器1输出的456nm连续蓝光激光通过平凸耦合输入镜(凸透镜) 2耦合聚焦后输入Pr:GV04激光晶体4;带温控装置的Pr:GV04激光晶体4的输入端面作为 平面输入镜3，平面输入镜3镀上456nm处透射率T> 96Q/。的增透(HT)和720nm处高反射率 (1111)11>99.5%的介质膜，其理论设计曲线如图3所示。
激光输出镜5镀360nm处高透(1>98%)，同时720nm处高反(R>99.9%)介质膜，其 理论设计曲线如图4所示。
折叠腔镜(折叠腔后腰镜)7镀有360nm、 720nm处均高反(R>99.5%)介质膜，其理论 设计曲线如图5所示。
倍频晶体(LBO) 6镀上商业化的宽带增透介质膜。
在本发明中，为了提高紫外360nm激光输出功率与光束质量等特性，可作如下设计 膜系设计根据已知的偏振光谱性质，优化设计全固态456nm蓝光激光器泵浦Pr:GV(VLBO产生基波720nm及其倍频360nm的腔体结构、晶体参数和膜系，提高360 nm 紫外激光的输出功率水平。
腔体设计选择合适的腔体结构，利用相应的谐振腔原理对腔长和泵浦光的耦合输入系 统进行计算设计，确定激光晶体的位置，保证晶体对泵浦光的吸收达到最佳；同时考虑输出 耦合镜的曲率半径和镀膜，尽可能减小腔内的损耗，获得较好的光束质量。
激光研究采用折叠腔结构，以大功率LD泵浦Nd:GV04/LBO 456 nm激光泵浦设计膜 系，产生720nm四能级偏振激光，通过LBO非线性激光晶体的二次倍频，产生360nm紫外 激光，在优化设计的条件下，可使紫外360nm谱线激光输出功率均大于lW。
平面输入镜456nmHT， 720nmHR。
激光输出镜360nmHT， 720nmHR。
折叠腔镜360nm&720nmHR。
权利要求
1.456nm固体蓝光泵浦360nm紫外全固体激光器，其特征在于设有全固态456nm蓝光激光器；平凸耦合输入镜，平凸耦合输入镜设于全固态456nm蓝光激光器的输出端；平面输入镜，平面输入镜的输入端接平凸耦合输入镜的输出端；带温控装置的Pr:GVO4激光晶体，带温控装置的Pr:GVO4激光晶体的输入端面接平面输入镜；激光输出镜，激光输出镜设于Pr:GVO4激光晶体的输出端，作为紫外光的输出镜；倍频晶体，倍频晶体设于激光输出镜的后端；折叠腔镜，折叠腔镜设于倍频晶体的后端，作为紫外光的全反后腰镜。
2. 如权利要求1所述的456nm固体蓝光泵浦360nm紫外全固体激光器，其特征在于所 述平面输入镜为456nm增透和反射率11>96%的720nm高反介质膜，直接镀在PnGV04激光 晶体的输入端面，作为激光器的输入镜。
3. 如权利要求1所述的456nm固体蓝光泵浦360nm紫外全固体激光器，其特征在于温 控装置为半导体制冷器。
全文摘要
456nm固体蓝光泵浦360nm紫外全固体激光器，涉及一种全固体激光器。提供一种456nm固体蓝光泵浦360nm紫外全固体激光器。设有全固态456nm蓝光激光器、平凸耦合输入镜、平面输入镜、带温控装置的Pr:GVO<sub>4</sub>激光晶体、激光输出镜、倍频晶体和折叠腔镜。平凸耦合输入镜设于全固态456nm蓝光激光器的输出端；平面输入镜输入端接平凸耦合输入镜输出端；带温控装置的Pr:GVO<sub>4</sub>激光晶体的输入端面接平面输入镜；激光输出镜设于Pr:GVO<sub>4</sub>激光晶体的输出端，作为紫外光的输出镜；倍频晶体设于激光输出镜的后端；折叠腔镜设于倍频晶体的后端，作为紫外光的全反后腰镜。
文档编号H01S3/04GK101540472SQ200910111548
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月21日 优先权日2009年4月21日
发明者卜轶坤, 斌 徐, 蔡志平, 许惠英, 贾富强, 栋 魏 申请人:厦门大学