CN101373883A - 三倍频激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三倍频激光器，包括：第一全反镜(1)，一用于输出基频光的激光晶体(3)、一偏振谐波片(4)、二倍频晶体(5)、第一波片(6)、第二全反镜(7)、三次谐波输出镜(8)、三倍频晶体(9)和第三全反镜(10)；所述第一全反镜(1)和第二全反镜(7)形成第一谐振腔，所述激光晶体(3)设置在所述第一谐振腔内，在所述激光晶体(3)与所述第二全反镜(7)之间的光路上依次设置所述偏振谐振波片(4)、二倍频晶体(5)和第一波片(6)，所述偏振谐振波片(4)的反射光路上依次设置三次谐波输出镜(8)、三倍频晶体(9)和第三全反镜(10)，所述第一波片(6)既是基频光的1/4波片，又是倍频光的1/2波片。

Description

三倍频激光器

技术领域

本发明涉及固体激光器技术，特别涉及一种能够高效率输出三次谐波的三倍频激光器。

背景技术

由于紫外固体激光具有高分辨和对材料强吸收的特点，近几年来在国际上发展极为迅速。波长为355nm的Nd：YAG和Nd：YVO₄三次谐波激光加工机已主导了精细加工，特别是用于多层、高密度印刷电路板PCB的精密打孔设备市场。在特种材料打标、集成电路修复、生物荧光分析、环境污染监测、DNA分析等的应用上，也显示出巨大优势。

另外，三次谐波是产生高次谐波的中间手段。三次谐波与基波混频产生的四次谐波可用于平面液晶显示的薄膜晶体管切割，光纤光栅制造，在精密机械制造中进行紫外凝胶三维立体制模。三次谐波与二倍谐波混频产生的五次谐波深紫外激光，在高密度集成电路制造中用于掩膜修复、电阻材料刻蚀，在半导体工业中用于基片缺陷检查，在眼科上用于矫正近视眼视力的角膜手术。

现有技术中，普遍使用的气体紫外激光器或灯泵浦的紫外激光器，气体紫外激光器诸设备庞大、效率低、寿命短和稳定性差，维护操作较复杂等问题；灯泵浦激光增益介质时的吸收效率低、热效应明显。国内己有采用谐振腔外和频技术产生紫外脉冲激光的报道，但是众所周知谐振腔外的倍频产生效率都较低，极大地制约了紫外脉冲激光的产生效率。采用腔内和频的技术路线，转换效率通常同比腔外和频效率会显著提高，但通常也只有不到3％的光光转换效率，腔内和频如果转换效率上不去，就很容易因为过高的腔内功率密度而引起光学元器件的损坏，增大镜片和晶体的镀膜难度，给紫外激光器的工程化带来瓶颈。典型的三倍频紫外激光器光路图可参考西北大学2004年的专利(专利号：ZL200410073574.8)。

这种腔内和频的方案，存在明显的缺陷：首先，二倍频光只参与了一次和频，剩下的都被作为垃圾光输出腔外，直接影响三倍频的效率；其次，如果二倍频采用二类匹配，就势必造成基频光和倍频光偏振方向呈45度，不满足三倍频最佳能量配比，也会降低三倍频效率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，从而提出一种腔内多次合频、输出效率高的三倍频激光器。

为了达到上述目的，本发明的三倍频激光器采取如下的技术方案：

本发明的三倍频激光器，包括：第一全反镜1，一用于输出基频光的激光晶体3、一偏振谐波片4、二倍频晶体5、第一波片6、第二全反镜7、三次谐波输出镜8、三倍频晶体9和第三全反镜10；所述第一全反镜1和第二全反镜7形成第一谐振腔，所述激光晶体3设置在所述第一谐振腔内，在所述激光晶体3与所述第二全反镜7之间的光路上依次设置所述偏振谐振波片4、二倍频晶体5和第一波片6，所述偏振谐振波片4的反射光路上依次设置三次谐波输出镜8、三倍频晶体9和第三全反镜10，所述第一波片6既是基频光的1/4波片，又是倍频光的1/2波片，所述三次谐波输出镜8对三倍频光具有高透射率，对基频光和倍频光具有高反射率。

在上述技术方案中，所述第一波片6垂直设置在光路上。

在上述技术方案中，所述偏振谐波片4与所述谐振腔内基频光的光轴的夹角为布儒斯特角。

在上述技术方案中，所述第一波片6可沿所述基频光的光轴旋转。

在上述技术方案中，所述谐振腔内还设有Q开关2。

在上述技术方案中，所述偏振谐波片4与所述三次谐波输出镜8之间设有第二波片11。

进一步地，所述第二波片既是基频光的1/2波片，又是倍频光的全波片；或者所述第二波片既是基频光的全波片，又是倍频光的1/2波片。

在上述技术方案中，所述二倍频晶体5包括KTP、KTA、LBO和BBO。

在上述技术方案中，所述三倍频晶体9包括LBO和BBO。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)二倍频光多次通过三倍频晶体参与和频，可以充分利用二倍频光，提高三倍频光转换效率；

2)同时，通过第二波片的使用，即使二倍频晶体采用二类匹配，也可以实现基频光和倍频光的最佳配比和最佳偏振匹配，实现高效率的三倍频输出。

3)通过转动第一波片6，可任意调节基频光进入三倍频晶体9的比例，达到最佳配比，提高转换效率，降低可能的光损伤；

4)本发明的三倍频激光器使用简单方便，安装调试容易，便于工程化推广，可在各种固体调Q腔内和频激光器中使用。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1表示本发明实施例1结构示意图；

图2表示本发明实施例2和实施例3结构示意图；

图3表示本发明实施例4结构示意图；

图面说明：

1  表示第一全反镜；    2  表示Q开关；           3  表示激光晶体；

4  表示偏振谐波片；    5  表示二倍频晶体；      6  表示第一波片；

7  表示第二全反镜；    8  表示三次谐波输出镜；  9  表示三倍频晶体；

10 表示第三全反镜；    11 表示第二波片；        13 表示LD光纤耦合模块；

14 表示准直聚焦光学系统；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1

参照图1制作高效率三倍频激光器，包括：第一全反镜1，一用于输出基频光的激光晶体3、一偏振谐波片4、二倍频晶体5、第一波片6、第二全反镜7、三次谐波输出镜8、三倍频晶体9和第三全反镜10；所述第一全反镜1和第二全反镜7形成第一谐振腔，所述第二全反镜7和第三全反镜10之间构成第二谐振腔，所述激光晶体3设置在所述第一谐振腔内，在所述激光晶体3与所述第二全反镜7之间的光路上依次设置所述偏振谐振波片4、二倍频晶体5和第一波片6，所述偏振谐振波片4的反射光路上依次设置三次谐波输出镜8、三倍频晶体9和第三全反镜10，所述第一波片6为基频光的1/4波片，同时又是倍频光的1/2波片，所述三次谐波输出镜8对三倍频光具有高透射率，对基频光和倍频光具有高反射率。

所述第一波片6垂直于激光光路设置；所述偏振谐波片的偏振方向平行于激光光路；所述偏振谐波片的平面与激光光轴的夹角为布儒斯特角；所述第一波片6能够以激光光路为轴旋转，其中，激光晶体为Nd：YAG，其输出的基频光波长为1064nm，二倍频晶体5采用LBO，三倍频晶体采用LBO，偏振谐波片4表面同时镀有基频光的偏振膜和倍频光的高反膜。

本实施例中的二倍频晶体5也可采用其他II类匹配晶体，如KTP、KTA或BBO晶体；三倍频晶体9还可以使用BBO晶体。

激光晶体3输出的基频光入射到偏振谐波片4上，并成为线偏振光透射，所述透射光入射到二倍频晶体5上，被转换成二倍频光，由于第一波片6为基频光的1/4波片，同时又是倍频光的1/2波片，所以二倍频光和基频光经过第二全反镜7的反射，先后两次通过第一波片6，并再次经过二倍频晶体5的基频光和倍频光被偏振谐波片4和三次谐波输出镜8反射进入三倍频晶体9中进行往返两次和频，和频后的三次谐波由三次谐波输出镜8透射输出腔外，没有转化成三倍频输出的剩余的二倍频光经三次谐波输出镜8和偏振谐波片4反射到达第二全反镜7反射，在第二全反镜7和第三全反镜10之间往复振荡，多次经过三倍频晶体9参与和频；没有转化成三倍频输出的剩余的基频光经三次谐波输出镜8和偏振谐波片4反射到达第二全反镜7反射后，由于第一波片6的作用，s偏振变为p偏振，穿过偏振谐波片4继续振荡。

本实施例中可以通过旋转第一波片6，从而改变基频光在第一谐振腔和第二谐振腔之间功率配比。

本实施例结构简单，成本低，操作方便，可靠，利于工程化的推广。可以较大程度上满足科研、医疗、晶体测试、激光加工等领域对三倍频尤其是紫外激光器的要求。

实施例2：

本实施例的结构如图2所示，二倍频晶体5采用II类匹配，如选择II类匹配的KTP晶体，由于实现倍频后，倍频光的偏振方向为与水平成45度或135度，也就是说，与偏振谐波片4反射后的s偏振基频光成45度或135度，为了提高三次谐波转换效率，在偏振谐波片4和三次谐波输出镜8之间增加第二波片11，该波片既是基频光的1/2波片，又是倍频光的全波片，旋转该波片，可以使基频光和倍频光偏振方向相同或垂直，保证三倍频无论采取一类匹配还是II类匹配，都可以实现最佳偏振配比，提高三倍频转换效率，本实施例中还在激光晶体3和第一反射镜1之间加入了Q开关，以提高峰值功率，增加谐波转换效率，其他同实施例1。

实施例3：

本实施例的结构如图2所示，其与实施例2的区别在于所述第二波片11既是基频光的全波片，又是倍频光的1/2波片，旋转该波片，可以使基频光和倍频光偏振方向相同或垂直，保证三倍频无论采取一类匹配还是II类匹配，都可以实现最佳偏振配比，提高三倍频转换效率。其他同实施例2。

实施例4：

本实施例的结构如图3所示，其与实施例1的区别在于将所述激光晶体3的泵浦方式由侧面泵浦变成端面泵浦，并且在第一反射镜1和激光晶体3之间增设有Q开关，其他同实施例1。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种三倍频激光器，包括：第一全反镜(1)，一用于输出基频光的激光晶体(3)、一偏振谐波片(4)、二倍频晶体(5)、第一波片(6)、第二全反镜(7)、三次谐波输出镜(8)、三倍频晶体(9)和第三全反镜(10)；所述第一全反镜(1)和第二全反镜(7)形成第一谐振腔，所述激光晶体(3)设置在所述第一谐振腔内，在所述激光晶体(3)与所述第二全反镜(7)之间的光路上依次设置所述偏振谐振波片(4)、二倍频晶体(5)和第一波片(6)，所述偏振谐振波片(4)的反射光路上依次设置三次谐波输出镜(8)、三倍频晶体(9)和第三全反镜(10)，所述第一波片(6)既是基频光的1/4波片，又是倍频光的1/2波片，所述三次谐波输出镜(8)对三倍频光具有高透射率，对基频光和倍频光具有高反射率。

2.根据权利要求1所述的三倍频激光器，其特征在于，所述第一波片(6)垂直设置在光路上。

3.根据权利要求1所述的三倍频激光器，其特征在于，所述偏振谐波片(4)与所述谐振腔内基频光的光轴的夹角为布儒斯特角。

4.根据权利要求1所述的三倍频激光器，其特征在于，所述第一波片(6)可沿所述基频光的光轴旋转。

5.根据权利要求1所述的三倍频激光器，其特征在于，所述第一谐振腔内还设有Q开关(2)。

6.根据权利要求1所述的三倍频激光器，其特征在于，所述偏振谐波片(4)与所述三次谐波输出镜(8)之间设有第二波片(11)。

7.根据权利要求6所述的三倍频激光器，其特征在于，所述第二波片(11)既是基频光的1/2波片，又是倍频光的全波片。

8.根据权利要求6所述的三倍频激光器，其特征在于，所述第二波片(11)既是基频光的全波片，又是倍频光的1/2波片。

9.根据权利要求1所述的三倍频激光器，其特征在于，所述二倍频晶体(5)为KTP、KTA、LBO和BBO。

10.根据权利要求1所述的三倍频激光器，其特征在于，所述三倍频晶体(9)为LBO和BBO。

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