基于自反馈调节的高稳定紫外脉冲激光器及激光产生方法与流程

本发明属于激光器技术领域，尤其涉及一种基于自反馈调节的高稳定紫外脉冲激光器及相应的激光产生方法。

背景技术：

本部分提供的仅仅是与本申请相关的背景信息以方便本领域的技术人员能够更透彻、准确的理解本申请，其并不必然是现有技术。

全固态紫外脉冲激光器已逐渐成为微精细钻孔等微电子加工的最理想激光源，在电子元件封装、高密度激光光盘存储技术、超大规模集成电路芯片的紫外光刻、清洗绘画作品、超高密度光驱、保密通讯、激光核聚变等领域被广泛应用，因而在数码产业、电子工业、医疗器械、航空航天及科学研究等众多领域都具有广阔应用前景。

紫外脉冲激光器的激光谐振腔受环境温度、激光晶体的能级寿命等影响，输出激光脉冲能量的抖动增大，特别是在高重频下，紫外脉冲激光器输出的每个激光脉冲能量很难保证完全的一致性。这使得利用紫外脉冲激光器加工过程中，由于紫外脉冲激光器输出的激光脉冲能量的抖动，会导致加工材料的加工面上表面粗糙度不一，增大了加工产品的劣品率，从而带来生产损失，限制了紫外脉冲激光器在高精度加工的应用。

为了减少或降低紫外脉冲激光器输出激光脉冲能量的抖动，现有技术采用电机控制激光镜进行反馈调节来提高激光脉冲输出的稳定性。然而，电机控制的精度有限，导致激光脉冲输出的稳定性并不理想，同时电机运动过程中产生振动，在长期运行中会导致激光器的功率逐渐下降。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于自反馈调节的高稳定紫外脉冲激光器及激光产生方法，结构简单，能够稳定可靠的输出紫外脉冲激光。

本发明提出一种基于自反馈调节的高稳定紫外脉冲激光器，其包括声光开关、激光谐振腔、光电探测器及频率转换器，所述激光谐振腔由泵浦源、腔镜、压电陶瓷自反射镜和具有反射近红外激光的45°反射镜组成；

所述腔镜、所述声光开关、所述45°反射镜和所述光电探测器依次设置在所述泵浦源发出的泵浦光的传播方向；

所述光电探测器设置在所述45°反射镜的反射面的背面，所述光电探测器用于对从所述45°反射镜漏出的近红外激光响应并检测器脉冲幅值；

所述频率转换器设置在所述45°反射镜的反射光射出方向上，所述频率转换器用于将近红外激光进行频率倍频转换成紫外激光进行输出；

所述压电陶瓷自反射镜相对所述45°反射镜设置并与所述压电陶瓷自反射镜电性连接；

所述压电陶瓷自反射镜获取所述光电探测器的脉冲幅值检测结果，根据脉冲幅值的变化自动调节自身的反射角度至在脉冲幅值变化最小；

所述压电陶瓷自反射镜对接收的近红外激光、可见绿色激光及紫外激光均以在脉冲幅值变化最小时所确定的反射角度朝向所述45°反射镜高反，使近红外激光、可见绿色激光及紫外激光再次经过所述频率转换器和频后产生高稳定的紫外激光并穿透所述45°反射镜输出。

在一个优选实施例中，所述45°反射镜包括用于对近红外光高反的第一45°反射镜和用于对近红外光高反并对紫外光高透的第二45°反射镜，所述压电陶瓷自反射镜相对所述第二45°反射镜设置，所述高稳定的紫外激光穿透所述第二45°反射镜输出。

在一个优选实施例中，所述第一45°反射镜的反射表面镀有对波长1050nm~1080nm的近红外光的反射率大于99.7%的高反膜，所述第二45°反射镜的反射表面镀有对波长1050nm~1080nm的近红外光的反射率大于99.7%的高反膜及对波长340nm~370nm的紫外光的透光率大于99%的高透膜。

在一个优选实施例中，所述频率转换器设置在所述压电陶瓷自反射镜与所述第二45°反射镜之间；所述频率转换器包括二倍频率转换器和三倍频转换器，所述二倍频率转换器用于将近红外光进行二倍频转换成可见绿光，所述三倍频转换器用于将可见绿光与近红光进行和频后获得紫外激光。

在一个优选实施例中，所述二倍频率转换器、所述三倍频转换器和所述压电陶瓷自反射镜的表面均镀有对1050nm~1080nm的近红外波长、510~550nm的绿光及340nm~370nm的紫外光的透光率均大于99%的高透膜。

在一个优选实施例中，所述泵浦源由光纤耦合半导体激光器、第一凸透镜、第二凸透镜和激光晶体组成；所述第一凸透镜用于将所述光纤耦合半导体激光器输出的泵浦光经准直成平行光；所述第二凸透镜用于将平行光会聚耦合进所述激光晶体，所述激光晶体用于吸收泵浦光以存储激光能量。

在一个优选实施例中，所述第一凸透镜的焦距是所述第二凸透镜的2~3倍，且所述激光晶体离所述第二凸透镜较远一端设有1°~5°的斜角。

本发明还公开一种基于自反馈调节的高稳定紫外脉冲激光产生方法，其包括：

在声光开关作用下由泵浦源发出泵浦光，由45°反射镜对泵浦光中的近红外激光进行反射；

由设置在所述45°反射镜的反射面背面的光电探测器对从所述45°反射镜漏出的近红外激光响应并检测器脉冲幅值；

在所述45°反射镜的反射光射出方向上设置频率转换器，由所述频率转换器将近红外激光进行频率倍频转换成紫外激光进行输出；

相对所述45°反射镜设置压电陶瓷自反射镜，所述压电陶瓷自反射镜获取所述光电探测器的脉冲幅值检测结果；

所述压电陶瓷自反射镜根据脉冲幅值的变化自动调节自身的反射角度至在脉冲幅值变化最小；

所述压电陶瓷自反射镜对接收的近红外激光、可见绿色激光及紫外激光均以在脉冲幅值变化最小时所确定的反射角度朝向所述45°反射镜高反，使近红外激光、可见绿色激光及紫外激光再次经过所述频率转换器和频后产生高稳定的紫外激光并穿透所述45°反射镜输出。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明采用光电探测器与压电陶瓷自反射镜配合，由光电探测器探测激光脉冲幅值，由压电陶瓷自反射镜根据脉冲幅值变化自动调节反射角度以使得脉冲幅值变化最小，从而实现高稳定的紫外脉冲激光输出，有利于扩大紫外脉冲激光在加工领域的运用前景。本发明的整体结构简单，调节精度高，且不会为激光器带来外部干扰，从而能够稳定可靠的输出紫外脉冲激光。

附图说明

图1是高稳定紫外脉冲激光器一个优选实施例的结构示意图；

图中：1-泵浦源；11-光纤耦合半导体激光器，12-第一凸透镜；13-第二凸透镜；14-激光晶体；2-腔镜；3-声光开关；4-光电探测器；5-45°反射镜；51-第一45°反射镜；52-第二45°反射镜；6-频率转换器；61-二倍频率转换器；61-三倍频转换器；7-压电陶瓷自反射镜。

具体实施方式

为更进一步阐述本申请为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

如图1所示，本发明的一个实施例公开的高稳定紫外脉冲激光器包括泵浦源1、腔镜2、声光开关3、45°反射镜5、光电探测器4、频率转换器6及压电陶瓷自反射镜7，腔镜2、声光开关3、45°反射镜5和光电探测器4依次设置在泵浦源1发出的泵浦光的传播方向，频率转换器6及压电陶瓷自反射镜7设置在45°反射镜5的反射光射出方向上；光电探测器4与压电陶瓷自反射镜7电性连接，由光电探测器4检测泵浦光的脉冲幅值并提供给压电陶瓷自反射镜7，以使压电陶瓷自反射镜7根据脉冲幅值变化自动调节反射角度以使得调节后的脉冲幅值变化最小，从而能够获得高稳定的紫外脉冲激光输出。

上述激光器产生高稳定紫外脉冲激光的方法如下：

①、在声光开关3作用下由泵浦源1发出泵浦光，由45°反射镜5对泵浦光中的近红外激光进行反射；

②、由设置在所述45°反射镜5的反射面背面的光电探测器4对从所述45°反射镜5漏出的近红外激光响应并检测器脉冲幅值；

③在所述45°反射镜5的反射光射出方向上设置频率转换器6，由所述频率转换器6将近红外激光进行频率倍频转换成紫外激光进行输出；

④相对所述45°反射镜5设置压电陶瓷自反射镜7，所述压电陶瓷自反射镜与光电探测器4电性连接以获取所述光电探测器4的脉冲幅值检测结果；

⑤所述压电陶瓷自反射镜7根据脉冲幅值的变化自动调节自身的反射角度至在脉冲幅值变化最小；

⑥所述压电陶瓷自反射镜7对接收的近红外激光、可见绿色激光及紫外激光，均以在脉冲幅值变化最小时所确定的反射角度朝向所述45°反射镜5高反，使近红外激光、可见绿色激光及紫外激光再次经过所述频率转换器6和频处理后，产生高稳定的紫外激光并穿透所述45°反射镜5输出。

其中，压电陶瓷自反射镜7是基于压电陶瓷的一种快速反射镜（faststeeringmirror，fsm），在获取光电探测器4的脉冲幅值检测结果（为电压信号）时，压电陶瓷自反射镜7自身所具有的压电陶瓷微位移器根据脉冲幅值检测结果的电压信号产生一个微位移以调节压电陶瓷自反射镜7的反射角度：当脉冲幅值检测结果（电压信号）变化较大，压电陶瓷自反射镜7的反射角度的自动调节幅度也较大，反射角度调节较大后，会促使脉冲幅值检测结果的变化减小，压电陶瓷自反射镜7依次不断自动调节，直到脉冲幅值检测结果脉冲幅值变化最小时所确定的反射角度，此时能够获得高稳定紫外脉冲激光。

具体来说，所述泵浦源1由光纤耦合半导体激光器11、第一凸透镜12、第二凸透镜13和激光晶体14组成，所述光纤耦合半导体激光器11输出泵浦光经所述第一凸透镜12准直成平行光，再经所述第二凸透镜13会聚耦合进所述激光晶体14，所述激光晶体14实现对所述光纤耦合半导体激光器11输出泵浦光高效率吸收，存储激光能量。所述泵浦源1、所述腔镜2、所述45°反射镜5和所述压电陶瓷自反射镜7组成激光谐振腔。在所述声光开关3工作时，所述激光晶体14存储激光能量瞬间释放产生泵浦光，经所述频率转换器6转换成紫外脉冲激光输出。

优选的，所述泵浦源1输出波长为806nm~810nm或870nm~890nm的泵浦光；所述第一凸透镜12、所述第二凸透镜13和所述激光晶体14均镀有对波长806nm~810nm或870nm~890nm的透光率大于99%的高透膜；所述第一凸透镜12的焦距是所述第二凸透镜13的2~3倍；所述激光晶体14为掺nd稀土元素晶体，输出近红外波长1050nm~1080nm；所述激光晶体14离所述第二凸透镜13较远一端，设有1°~5°的斜角以便于泵浦光经所述第二凸透镜13会聚耦合进所述激光晶体14。

对应的，所述声光开关3与所述激光晶体14均镀有对近红外波长1050nm~1080nm的透光率大于99%的高透膜。

进一步的，所述45°反射镜5包括第一45°反射镜51和设在所述第一45°反射镜51的反射光射出方向上的第二45°反射镜52。

所述第一45°反射镜51的反射表面镀有对波长1050nm~1080nm近红外光的反射率大于99.7%的高反膜，所述第一45°反射镜51对近红外光高反。所述光电探测器4设置在所述第一45°反射镜51的反射面的背面，以使所述第一45°反射镜51对近红外光高反后漏出的极少量的近红外光能够被所述光电探测器4探测到，所述光电探测器4能够对波长1050nm~1080nm的近红外光响应以检测其脉冲幅值。

所述频率转换器6及所述压电陶瓷自反射镜7依次设置在所述第二45°反射镜的反射光射出方向上。所述第二45°反射镜52的反射表面镀有对波长1050nm~1080nm近红外光的反射率大于99.7%的高反膜及对波长340nm~370nm的紫外光的透光率大于99%的高透膜，所述第二45°反射镜52对近红外光高反并对紫外光高透，以让产生的紫外脉冲激光能够穿透从所述第二45°反射镜52输出。

进一步的，所述频率转换器6包括二倍频率转换器61和三倍频转换器62，其表面均镀有对1050nm~1080nm的近红外波长、510~550nm的绿光及340nm~370nm的紫外光的透光率均大于99%的高透膜。所述二倍频率转换器61实现将近红外激光进行二倍频转换成可见绿光，所述三倍频转换器62将可见绿光与近红光进行和频以获得近红外光的三倍频紫外光输出。

进一步的，所述压电陶瓷自反射镜7对近红外激光、可见绿色激光（简称“绿光”）、紫外激光均高反，使得近红外光与可见光经所述压电陶瓷自反射镜7反射至所述频率转换器6可在继续进行和频后输出脉冲紫外激光，提高泵浦光转换至紫外激光的转换效率。所述压电陶瓷自反射镜7的反射角度在左、右及俯、仰各个方向的调节角度均小于10°，且反射角度的调节精度0.001°~0.005°，从而具有高精度自调节特性。所述压电陶瓷自反射镜7的反射面镀有对波长1050nm~1080nm的近红外光、波长510~550nm的绿光及波长340nm~370nm的紫外光的透光率均大于99%的高反膜。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。