专利名称：一种多次腔外频率变换的紫外激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多次腔外频率变换的紫外激光器，属于激光技术领域所涉及的一种激光器。
技术背景LD泵浦全固态激光器从二十世纪八十年代以来获得长足的进步，紫外激光器因其在荧光检测、精细加工、光刻等方面的应用，一直以来就是人们研究的热点。从微光刻到打标和打印，紫外激光器的应用是目前工业激光市场增长最快的部分，紫外光加工材料过程称为光蚀效应，是由于紫外光的高能量光子可以直接破坏材料的化学键是“冷”处理过程， 热影响区域微乎其微；相比之下，可见光和红外激光器利用聚焦到加工部位的热量来熔化材料，热量经过传导会影响到周围的材料，产生热影响区域。良好的聚焦性能和冷处理两个优点结合在一起，使得紫外激光器可以加工极其微小的部件，并且大多数材料都能够有效地吸收紫外光，从而紫外激光器有更高的灵活性和更广的应用场合，可以用来加工红外和可见光激光加工不了的材料。实现紫外激光的方式很多如气体激光、全固态激光等，但气体激光器存在系统庞杂、需要定期维护等缺点，而逐渐被LD泵浦的全固态紫外激光器取代， 全固态紫外激光器成为激光研究的重要方向。全固态紫外激光器分为腔内频率变换的紫外激光器和内腔频率变换的紫外激光器，内腔频率变换的紫外激光器效率较高，但存在很多缺点，如稳定性差、脉冲稳定性不好、 光束质量不好等等，所以目前市场上产品化的紫外激光器都采用腔外频率变换来实现，如 CoherentNewport等国际大的激光公司都采用外腔频率变换技术，但由于腔外光功率密度低，一般情况下腔外频率变换的基波到三次谐波的转换率都比较低，小于40%。
发明内容本发明的目的在于提高腔外频率变换的基波到三次谐波的转换率，提出一种外腔多次频率变换的新方法。实现本发明的技术方案是这样解决的，半导体泵浦模块(1)输出泵浦光，经过传能光纤( 传输到耦合系统C3) (4)中，耦合系统C3) (4)为平凸透镜，镀有808或880nm的增透膜，经过⑶和⑷的准直聚焦作用，将泵浦光聚焦到基波增益介质晶体(7)中，基波增益介质晶体(7)双面镀有808nm或880nm以及1064nm的增透膜，基波增益介质晶体(7) 通过泵浦光激励后开始形成自发辐射，通过( (6)和(9)构成基波的激光谐振腔的选模作用，其中(5)镀有1064nm高反膜和808nm或880nm的增透膜，(6)镀有1064nm的高反膜， (9)为输出镜镀有1064nm的部分透射膜，最终形成基波激光输出，通过调制器(8)可形成脉冲的基波激光输出，(10)为聚焦镜，镀有1064nm高透膜，基波输出的激光经过聚焦镜(10) 将基波聚焦到倍频晶体(11)中，形成二次谐波激光输出，(1 为反射聚焦镜，镀有1064nm 和532nm的双色高反膜，二次谐波激光和剩余的基波激光被反射聚焦镜(1 聚焦到三次谐波产生晶体(1 中形成三次谐波激光输出，剩余的基波激光和二次谐波激光再次通过反射聚焦镜(14)，再次被聚焦到第二块三次谐波产生晶体(1 中再次形成三次谐波激光输出，其中聚焦镜(14)镀有1064nm，532nm和355nm的高反射膜，由于多次频率变换大大提高了基波激光到三次谐波激光的转换率。
图1为本发明的原理图， 图2为腔内光斑半径分布，
图3为1064nm激光经过聚焦后的情况
具体实施方式现根据
具体的实施方案半导体泵浦模块⑴输出泵浦光，经过传能光纤O)，传能光纤(2)为芯径400微米，数值孔径0.22的传能光纤，经过传能光纤O)，将泵浦光传输到耦合系统C3) (4)中，耦合系统⑶⑷为平凸透镜，由⑶⑷构成1 1. 5成像系统，并且(3)和⑷双面镀有 808或880nm的增透膜，经过( 和(4)的准直聚焦作用，将泵浦光聚焦到基波增益介质晶体(7)中，(7)为Nd:YV04晶体，掺杂浓度0. 3%，规格为3X3X7mm，基波增益介质晶体(7) 双面镀有808nm或880nm以及1064nm的增透膜，基波增益介质晶体(7)通过泵浦光激励后开始形成自发辐射，通过(5) (6)和(9)构成基波的激光谐振腔的选模作用，其中(5)镀有1064nm高反膜和808nm或880nm的增透膜，(6)镀有1064nm的高反膜，(9)为输出镜镀有1064nm的部分透射膜，(5)的中心距离基波增益介质晶体(7)的左端面为25mm，(5)的中心距离(6)的中心距离为100mm，基波增益介质晶体(7)的右端面距离输出镜(9)的距离为100mm, (5) (6) (9)都为平面镜，这样(5) (6) (9)构成对称腔，增大了谐振腔的热稳定性，其腔内各个位置的光斑直径大小如图(2)所示，在(5) (6) (9)的反馈和选模的作用下， 最终形成基波激光输出，通过调制器(8)可形成脉冲的基波激光输出，(10)为聚焦镜焦距为30mm，距离输出镜(9)的距离为150mm，镀有1064歷高透膜，基波输出的激光经过聚焦镜 (10)将基波聚焦到倍频晶体(11)中，形成二次谐波激光输出，(1 为反射聚焦镜，其曲率半径为100mm，距离聚焦镜(10)的距离为150mm，镀有1064nm和532nm的双色高反膜，二次谐波激光和剩余的基波激光被反射聚焦镜(1 聚焦到三次谐波产生晶体中形成三次谐波激光输出，反射聚焦镜(14)的曲率半径为60mm，距离聚焦镜(12)的距离为150mm，剩余的基波激光和二次谐波激光再次通过被聚焦到第二块三次谐波产生晶体中再次形成三次谐波激光输出，其中聚焦镜(14)镀有1064nm，532nm和355nm的高反射膜，非线性频率变换晶体(11)为LBO晶体，规格为2X2X 20mm，双面镀1064nm和532nm的增透膜，其左端面距离聚焦镜(10)的中心距离为^toirn,非线性频率变换晶体(1 为紫外和频LBO晶体，双而镀 1064nm、532nm和355nm的增透膜，规格为2X2X20mm，其右端面距离反射聚焦镜(12)的中心距离为79mm，非线性频率变换晶体(1 为二次和频紫外LBO晶体，双面镀1064nm、532nm 和355nm的增透膜，规格为2 X 2 X 20mm,其左端面距离反射聚焦镜的距离为50mm，非线性频率变换晶体(11) (13) (15)都采用非临界相位匹配方式，每块非线性频率变换晶体上的光斑直径如图C3)所示，由于多次频率变换大大提高了基波激光到三次谐波激光的转换率。
权利要求
1.一种多次腔外频率变换的紫外激光器，其特征在于半导体泵浦模块(1)输出泵浦光，经过传能光纤⑵传输到耦合系统⑶⑷中，经过⑶和⑷的准直聚焦作用，将泵浦光聚焦到基波增益介质晶体(7)中，基波增益介质晶体(7)开始形成自发辐射，通过(5) (6)和(9)构成基波的激光谐振腔的选模作用，最终形成基波激光输出，通过调制器(8)可形成脉冲的基波激光输出，基波输出的激光经过聚焦镜(10)将基波聚焦到倍频晶体(11) 中，形成二次谐波激光输出，二次谐波激光和剩余的基波激光被反射聚焦镜(1 聚焦到三次谐波产生晶体中形成三次谐波激光输出，剩余的基波激光和二次谐波激光再次通过反射聚焦镜(14)再次被聚焦到第二块三次谐波产生晶体(1 中再次形成三次谐波激光输出。
2.根据权利要求1所述的多次腔外频率变换的紫外激光器其特征在于半导体泵浦模块(1)的中心波长为 808nm、879nm、880nm、885nm、888nm、914nm 或 912nm。
3.根据权利要求1所述的多次腔外频率变换的紫外激光器其特征在于激光增益介质晶体(7) % Nd YVO4, Nd GdVO4, Nd YAG, Nd FLY, NdiLuVO4, Yb Yag
4.根据权利要求1所述的多次腔外频率变换的紫外激光器其特征在于二次谐波产生晶体(11)可以是LB0、KTP、BB0、BiB0、CLB0，匹配方式可采用临界相位匹配或非临界相位匹配。
5.根据权利要求1所述的多次腔外频率变换的紫外激光器其特征在于聚焦镜(12) (14)为反射式聚焦镜或透射式聚焦镜。
6.根据权利要求1所述的多次腔外频率变换的紫外激光器其特征在于调制器(8)是声光Q开光，也可以是电光Q开光或饱和吸收式被动Q开关。
全文摘要
本发明涉及一种多次腔外频率变换的紫外激光器，属于激光技术领域所涉及的一种激光器，包括泵浦源、传能光纤、耦合系统、基波增益介质晶体、谐振腔反射镜、聚焦镜、反射式聚焦镜、三次谐波非线性晶体，利用半导体泵浦源对基波增益介质晶体进行泵浦，基波增益介质晶体在谐振腔的选模作用下形成受激辐射的基波光束输出，在调制器的作用下形成脉冲激光输出，利用聚焦镜使基波激光聚焦到二次谐波晶体中，产生倍频激光，倍频激光和剩余的基波激光被聚焦到三次谐波晶体中进行和频，产生三次谐波激光，剩余的基波激光和二次谐波激光再次被聚焦到第二块和频晶体中进行和频，再次产生三次谐波激光输出，通过两次频率变换，提高基波激光到三次谐波激光的转换率。
文档编号H01S3/0941GK102163793SQ20111004517
公开日2011年8月24日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者孙冰, 李斌 申请人:天津梅曼激光技术有限公司