一种用于产生高平均功率准连续紫外脉冲激光的装置制造方法
【专利摘要】一种用于产生高平均功率准连续紫外脉冲激光的装置，包括凹面谐振腔镜，激光晶体，平面转折镜，激光Q开关，平面镜，倍频晶体，耦合输出平面镜，三倍频晶体，平面腔镜，泵浦激光器，耦合透镜组。所述的凹面谐振腔镜为曲率相同的凹凸镜，凹面朝向激光晶体构成激光谐振腔的一个腔镜。凹面谐振腔镜和与光轴夹角为45°放置的平面转折镜以及平面腔镜构成“L”形激光谐振腔，两个泵浦光纤头发出的泵浦光分别经过两个耦合透镜组耦合进激光晶体，形成反转粒子数，由Q开关将反转粒子数积累的能量变为高重复频率的脉冲激光振荡。倍频晶体将腔内形成的1064nm激光部分转化为532nm激光，再由三倍频晶体将剩余的1064nm激光与转化出的532nm激光和频产生355nm的脉冲激光。355nm脉冲激光由一定角度斜放置的耦合输出镜耦合出激光谐振腔，得到需要的355nm紫外脉冲激光输出。本实用新型可获得高平均功率准连续紫外脉冲激光，具有效率高，输出功率高，输出光谱纯度高的优点。
【专利说明】一种用于产生高平均功率准连续紫外脉冲激光的装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种能够产生高平均功率准连续紫外脉冲激光的装置，可广泛用 于工业加工、激光显示以及科研等领域。
【背景技术】
[0002] 紫外及深紫外固体激光器因其输出激光波长短、可聚焦性能好、单光子能量高、适 合于无接触冷加工及微加工等特点，在光刻技术、微孔加工、晶片刻划、微电子学加工、大气 探测、光化学、生物光学及医学等领域有着广泛的应用。特别是在微电子学加工以及透明材 料的冷加工领域，紫外激光有其它波长的激光器难以比拟的优势，近年来在激光加工领域 获得了越来越多的应用。紫外加工设备对激光器的平均功率要求也越来越高，工业上应用 的紫外激光器大多平均功率已达到3W。目前工业上用的紫外全固态激光器，大多采用Nd : YV04晶体作为增益介质，并采用声光Q开关或电光Q开关获得高重复频率脉冲输出。为了获 得较高的转换效率，大多采用腔内倍频的方式，在谐振腔内放置非线性倍频晶体将l〇64nm 的激光倍频为532nm的激光，再通过谐振腔内的另一块非线性晶体，以和频的方式将532nm 的激光与剩余的l〇64nm激光进行非线性频率变换，从而获得355nm的紫外激光。
[0003] 目前工业应用的紫外激光器采用最多的谐振腔形有直线腔和"V"形腔两种。直线 腔所有的元件均排列在一条直线上如附图1.，泵浦源从一端对激光晶体进行泵浦，获得的 紫外激光从另一端输出。这种激光器的优点是结构简单，便于调整，但缺点是难以获得3W 或3W以上的紫外激光输出。采用"V"形腔的紫外激光器为了获得3W以上的紫外激光输出， 大多采用两块激光晶体，以"V"形腔谐振腔的一支臂两端分别放置两块激光晶体，采用半导 体激光器进行端面泵浦，在另一臂上放置倍频晶体与和频晶体获得紫外激光输出。这两种 谐振腔形都从谐振腔的一个腔镜直接输出355nm的紫外激光，容易有残余1064nm及532nm 激光与355nm紫外光混在一起出射，造成355nm激光光谱成分不纯，容易在激光加工过程中 产生多余热效应而影响加工质量。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的在于克服上述已有技术缺点，提供一种可产生高平均功率准连 续紫外脉冲激光的装置，这种激光器具有效率高，输出功率高，输出光谱纯度高的优点。
[0005] 本实用新型的技术解决方案如下：
[0006] 一种用于产生高平均功率准连续紫外脉冲激光的装置，包括凹面谐振腔镜、激光 晶体、平面转折镜、激光Q开关、平面镜、倍频晶体、耦合输出平面镜、三倍频晶体、平面腔 镜、泵浦激光器和耦合透镜组，其特征在于所述的凹面谐振腔镜与45°放置的平面转折镜 和平面腔镜共同构成了 "L"形激光谐振腔，谐振腔的总长度小于50cm，两个泵浦激光器从 激光晶体的两侧分别通过耦合透镜组对激光晶体进行泵浦，Q开关可以是声光Q开关，也可 以是电光Q开关；激光输出由与光轴呈一定夹角的f禹合输出平面镜f禹合输出。
[0007] 所述的凹面谐振腔镜是凹面和凸面曲率相同的凹凸镜，凹面朝向激光晶体，凹面 镀有0° 1064nm高反介质膜和808nm增透介质膜，凸面镀有808nm增透介质膜，凹面谐振腔 镜镜面的曲率半径为〇. 8m到1. 6m之间。
[0008] 所述的激光晶体可以是Nd :YV04晶体，也可以是Nd :GdV04晶体。
[0009] 所述的平面转折镜朝向激光晶体的一面镀有45° 808nm增透介质膜和1064nm全 反介质膜，另一面镀有45° 808nm增透介质膜，平面转折镜镜面的法线与晶体的光轴夹角 为 45°。
[0010] 所述的平面镜朝向倍频晶体的一面镀有〇° l〇64nm增透介质膜和532nm全反膜， 另一面镀有0° l〇64nm增透介质膜。
[0011] 所述的倍频晶体可以是I类相位匹配的LB0晶体，也可以是I类非临界相位匹配 的LB0晶体，还可以是I类相位匹配的CLB0晶体或其它I类相位匹配的非线性倍频晶体。
[0012] 所述的耦合输出平面镜的法线与谐振腔的光轴有一定的夹角，夹角的范围为 5-35°之间，镜面朝向三倍频晶体的一面镀有相应角度的355nm激光全反介质膜和532nm 增透膜以及l〇64nm增透膜，另一面镀有相应角度的532nm增透介质膜和1064nm增透介质 膜。
[0013] 所述的三倍频晶体可以是II类相位匹配的LB0晶体，可以是II类相位匹配的ΒΒ0 晶体或其它非线性晶体。
[0014] 所述的平面腔镜朝向三倍频晶体的一面镀有0° 1064nm、532nm以及355nm三种波 长的全反介质膜，另一面不镀膜。
[0015] 本实用新型的技术效果：
[0016] 本实用新型采用"L"形谐振腔，谐振腔的总长度小于50cm，调Q后可以获得15ns 以内宽度的激光脉冲。采用两个激光泵浦源从两侧分别对一块激光晶体进行泵浦，可以获 得较高的激光转换效率和大于3W的紫外激光输出。采用曲率为0. 8-1. 6m之间的凹面镜与 平面腔镜组成的稳定谐振腔，将倍频晶体与三倍频晶体依次放在靠近平面腔镜的一端，可 以使非线性晶体内的激光光束直径最小，提高非线性晶体内激光的功率密度，从而获得较 高的非线性转换效率。激光晶体采用Nd :YV04或者Nd :GdV04晶体，这两种晶体的泵浦吸收 峰都为808nm附近，发射的激光波长为1064nm，这两种激光晶体的增益都很高，激光阈值又 比较低，同时又是双折射晶体，易于获得线偏振激光，有利于实现倍频和三倍频。采用的倍 频晶体为I类相位匹配的非线性晶体或者I类非临界相位匹配的非线性晶体，获得532nm 的激光，采用的和频晶体为II类相位匹配的非线性晶体，用于将532nm的激光与1064nm的 激光和频产生355nm的激光输出。采用的小角度平面耦合输出镜镀有355nm全反射介质膜 与1064nm及532nm增透膜，可以将355nm紫外光耦合出谐振腔，并且输出的355nm激光光 谱纯度高，其中混有的l〇64nm和532nm激光功率小于1%。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是目前较为常见的一种紫外激光器组成示意图，其中1为泵浦激光器，2为泵 浦稱合透镜，3为后腔镜,4为激光晶体,5为调Q开关,6为532nm平面反射镜,7为倍频晶 体，8为355nm平面反射镜，9为三倍频晶体，10为平面输出腔镜。
[0018] 图2是本实用新型的组成示意图，其中1为凹面谐振腔镜，2为激光晶体，3为平面 转折镜，4为激光Q开关，5为平面镜，6为倍频晶体，7为耦合输出平面镜，8为三倍频晶体， 9为平面腔镜，10为泵浦激光器，11为耦合透镜组。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范 围。
[0020] 先请参阅图2,图2是本发明一种用于产生高平均功率准连续紫外脉冲激光的装 置组成示意图。包括组成谐振腔的凹面谐振腔镜（1)、激光晶体（2)、平面转折镜（3)和激 光Q开关（4)，平面镜（5)，倍频晶体￠)，耦合输出平面镜（7)，三倍频晶体（8)，平面腔镜 (9)，泵浦激光器（10)和耦合透镜组（11)。其特征在于所述的凹面谐振腔镜（1)与45°放 置的平面转折镜（3)和平面腔镜（9)共同构成了 "L"形激光谐振腔，谐振腔的总长度小于 50cm。两个泵浦激光器（10)从激光晶体（2)的两侧分别通过耦合透镜组（11)对激光晶体 进行泵浦，可以将大功率泵浦光功率耦合进激光晶体，从而便于获得高平均功率激光输出。 激光Q开关对谐振腔进行调Q，获得宽度小于15ns的窄脉冲激光输出。耦合输出平面镜法 线与谐振腔光轴的夹角在5-35°之间，倍频晶体与三倍频晶体均尽量靠近平面腔镜（9)依 次放置。
[0021] 本装置的工作过程：
[0022] 两个泵浦激光器或泵浦光纤头（10)发出808nm波长的泵浦光，分别经过耦合透镜 组（11)耦合进激光晶体（2)，激光晶体（2)，激光晶体实现粒子数反转后，在Q开关打开时 在由凹面谐振腔镜（1)和平面转折镜（3)以及平面腔镜（9)组成的谐振腔内形成1064nm的 激光脉冲，该脉冲在经过倍频晶体（6)后有部分1064nm的激光转化为532nm的激光，532nm 的激光与l〇64nm的激光共同经过三倍频晶体（8)时，会由于非线性和频效应产生355nm的 激光，355nm的激光在谐振腔内被平面腔镜（9)反射，再次经过三倍频晶体，由耦合输出平 面镜⑵反射出谐振腔，获得355nm的脉冲输出光。
[0023] 具体实施例：
[0024] 请参阅图2。泵浦激光器（10)采用两个30W连续功率的808nm尾纤输出半导体 激光器，其光纤头发出的泵浦光经过由两个相同焦距的透镜组成的耦合透镜组（11)，进入 激光晶体（2)。激光晶体（2)采用掺杂浓度0. 4%，尺寸为4X4X 10的Nd :YV04晶体，包裹 铟箔后放入铜质的热沉对晶体散热。凹面谐振腔镜（1)采用曲率半径0.8m的凹凸镜，凹面 镀0° 808nm波长增透膜和1064nm全反膜，凹面朝向激光晶体。平面转折镜的法线与激光 晶体光轴呈45°夹角。Q开关采用声光Q开关，声光Q开关的调Q频率设为50kHz。倍频 晶体采用尺寸为3X3X8mm，I类非临界相位匹配的LB0晶体，晶体两端分别镀有1064nm和 532nm的0°增透膜。三倍频晶体采用II类相位匹配的LB0晶体，尺寸同样为3X3X8mm。 耦合输出平面镜与光轴的夹角为20°，整个谐振腔的长度为50cm。采用此实施例的激光装 置，可以获得平均功率4W，脉冲重复频率50k Hz，脉冲宽度13ns的355nm激光输出。
[0025] 根据以上具体实施例的验证，本发明能够克服已有技术的缺点，产生平均功率大 于3W的355nm波长脉冲激光。并且本发明具有转换效率高，输出功率高，光谱纯度高等优 点。
【权利要求】
1. 一种用于产生高平均功率准连续紫外脉冲激光的装置，包括凹面谐振腔镜（1)、激 光晶体（2)、平面转折镜（3)和激光Q开关（4)，平面镜（5)，倍频晶体（6)，耦合输出平面镜 (7)，三倍频晶体（8)，平面腔镜（9)，泵浦激光器（10)和耦合透镜组（11)，其特征在于所述 的凹面谐振腔镜（1)与45°放置的平面转折镜（3)和平面腔镜（9)共同构成了"L"形激光 谐振腔，谐振腔的总长度小于50cm，两个泵浦激光器（10)从激光晶体（2)的两侧分别通过 耦合透镜组（11)对激光晶体进行泵浦，Q开关可以是声光Q开关，也可以是电光Q开关；激 光输出由与光轴呈一定夹角的f禹合输出平面镜（7) f禹合输出。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的凹面谐振腔镜（1)是凹面和凸面曲率 相同的凹凸镜，凹面朝向激光晶体（2)，凹面镀有0° 1064nm高反介质膜和808nm增透介质 膜，凸面镀有808nm增透介质膜，凹面谐振腔镜镜面的曲率半径为0. 8m到1. 6m之间。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的激光晶体（2)可以是Nd:YV04晶体，也 可以是Nd :GdV04晶体。
4. 根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的平面转折镜（3)朝向激光晶体（2)的 一面镀有45° 808nm增透介质膜和1064nm全反介质膜，另一面镀有45° 808nm增透介质 膜，平面转折镜镜面的法线与晶体的光轴夹角为45°。
5. 根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的平面镜（5)朝向倍频晶体￠)的一面 镀有0° l〇64nm增透介质膜和532nm全反膜，另一面镀有0° 1064nm增透介质膜。
6. 根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的倍频晶体（6)可以是I类相位匹配的 LBO晶体，也可以是I类非临界相位匹配的LBO晶体，还可以是I类相位匹配的CLBO晶体或 其它I类相位匹配的非线性倍频晶体。
7. 根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的耦合输出平面镜（7)的法线与谐振腔 的光轴有一定的夹角，夹角的范围为5-35°之间，镜面朝向三倍频晶体（8)的一面镀有相 应角度的355nm激光全反介质膜和532nm增透膜以及1064nm增透膜，另一面镀有相应角度 的532nm增透介质膜和1064nm增透介质膜。
8. 根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的三倍频晶体（8)可以是II类相位匹配 的LBO晶体，可以是II类相位匹配的BBO晶体或其它非线性晶体。
9. 根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的平面腔镜（9)朝向三倍频晶体的一面 镀有0° l〇64nm、532nm以及355nm三种波长的全反介质膜，另一面不镀膜。
【文档编号】H01S3/094GK203895738SQ201420147870
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】彭焕运, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:上海飞涅尔激光科技有限公司