CN101515699A - 激光发生器及产生激光的方法 - Google Patents

Abstract

一种激光发生器，包括激光光源及倍频晶体，所述倍频晶体置于所述激光光源谐振腔的腔外，所述倍频晶体用于转换基频光产生倍频光。一种产生激光的方法，包含如下步骤：将激光光源发出的基频光发射出谐振腔的腔外；置于所述谐振腔外的倍频晶体转换所述基频光为倍频光。上述激光发生器及产生激光的方法，采用腔外倍频的方式，解决了输出功率与谐振腔腔长之间的矛盾，从而得到大功率的紫外激光输出。

Description

激光发生器及产生激光的方法

【技术领域】

本发明涉及激光技术领域，尤其是激光发生器及产生激光的方法。

【背景技术】

利用非线性晶体在强激光作用下的二次非线性效应，使频率为ω的激光通过晶体后变为频率为2ω的二倍频光，或二次谐波振荡。一般把入射地激光称为基频光，由二倍频晶体出来的激光称为二倍频光或二次谐波。二倍频光与基频光经三倍频晶体和频可以产生三倍频光。倍频技术扩大了激光的波段，可获得更短波长的激光。

传统的倍频技术采用腔内倍频的方式。采用腔内倍频的方式如果要得到高的输出功率必须有较大的能量作用在激光工作物质上，同时泵浦能量在工作物质上产生的热效应限制了谐振腔的腔长。而腔内倍频的紫外激光器需要足够长的腔长来实现腔内的器件排布，这样就在一定程度上限制了泵浦能量的大小，从而无法得到更大的输出功率。另外，腔内倍频紫外激光器需要足够长的腔长，使输出激光的脉冲宽度受限制；功率密度大使得晶体破坏速度加快；不使用斜角切割的三倍频晶体则需要插入反射紫外的镜片，在插入反射紫外光的镜片时，腔内损耗加大；插入的镜片由于镀有多种膜层损坏速度快；腔内使用三倍频晶体技术容易造成谐振腔失调。

【发明内容】

有鉴于此，有必要提供一种采用腔外倍频的激光发生器。

一种激光发生器，包括激光光源及倍频晶体，所述倍频晶体置于所述激光光源谐振腔的腔外，所述倍频晶体用于转换所述激光光源发出的基频光产生倍频光。

优选地，所述倍频晶体包括二倍频晶体和三倍频晶体，所述二倍频晶体位于所述激光光源和三倍频晶体之间，激光光源发出的基频光分别经过二倍频晶体和三倍频晶体倍频后，产生紫外激光。

优选地，所述激光光源为调Q的红外光源。

优选地，所述三倍频晶体的出射面为斜面，所述斜面的倾斜角度为52到60度。

优选地，所述三倍频晶体为LBO晶体。

优选地，还包括置于所述激光光源和所述二倍频晶体之间的聚焦透镜。

优选地，还包括置于所述二倍频晶体和所述三倍频晶体之间的整形透镜。。

优选地，还包括移动装置，所述移动装置与所述倍频晶体相连以移动所述倍频晶体，所述移动装置的移动方向为垂直于所述基频光的入射方向。

优选地，还包括检测装置和控制装置，所述检测装置用于检测所述倍频光的功率，所述控制装置与所述检测装置及移动装置相连，根据所述倍频光的功率控制所述移动装置移动所述倍频晶体。

此外，还有必要提供一种采用腔外倍频的产生激光的方法。

一种产生激光的方法，包含如下步骤：将激光光源发出的基频光发射出谐振腔的腔外；置于所述谐振腔外的倍频晶体转换所述基频光产生倍频光。

优选地，在所述倍频晶体相对所述基频光呈52到60度斜面的出射面将所述基频光与所述倍频光分开。

优选地，还包括检测所述倍频光的功率，根据所述倍频光的功率移动所述倍频晶体的步骤，所述移动方向为垂直于所述基频光的出射方向。

上述激光发生器及产生激光的方法，采用腔外倍频的方式，解决了输出功率与谐振腔腔长之间的矛盾，从而得到大功率的紫外激光输出。

通过倾斜的出射面将基频光与倍频光分开，无需再使用镜片反射输出，可以减少损耗并延长激光器寿命。同时通过设置合理的倾斜角度，可以减少功率损失。

通过移动装置避开倍频晶体膜层上的坏点，大大提高使用寿命。

【附图说明】

图1为第一实施例的激光发生器示意图；

图2为第二实施例的激光发生器示意图；

图3为第三实施例的激光发生器示意图。

【具体实施方式】

在以下实施例中，采用腔外倍频的方式，解决了输出功率与谐振腔腔长之间的矛盾。

如图1所示，其为第一实施例的激光发生器示意图。激光发生器包括激光光源10及倍频晶体，其中激光光源10为1064nm调Q的红外光源。

腔外倍频可以应用各种红外激光光源，从而产生各种脉冲长度的紫外激光。也可使用包括光纤激光器在内的各种类型红外光源作为主振荡级的主振荡功率放大器(MOPA)系统，从而得到大功率的紫外激光输出，即：通过对调Q的红外光源10采用腔外倍频及和频的方式，产生各种脉冲长度的紫外激光。

倍频晶体置于激光光源10谐振腔的腔外，倍频晶体用于转换激光光源10发出的基频光产生倍频光。倍频晶体包括二倍频晶体30和三倍频晶体50，二倍频晶体30位于激光光源10和三倍频晶体50之间，三倍频晶体50为LBO晶体。其出射面为斜面，斜面的倾斜角度α为52°到60°。

如图1，调Q的红外激光光源10产生的基频光，入射进入二倍频晶体30，经过二倍频晶体30倍频后，激光再入射到出射面52°到60°角切割的三倍频晶体50中，经过三倍频晶体50倍频后，从而产生有用的355nm紫外激光504，355nm紫外激光504再到需要工作的场合进行工作。在产生紫外激光的过程中，还剩余有少部分未被转换的基频光506(即：1064nm红外激光)、以及微弱的532nm绿光502。

三倍频晶体50倾斜的出射面可以利用晶体的色散效应，使得产生的355nm紫外激光504从三倍频晶体50出射时与少部分未被转换的1064nm红外激光506及532nm绿光激光502分开，无需再使用镜片反射输出，可以减少损耗并延长激光器寿命。三倍频晶体50斜面的倾斜角度为52到60度，三倍频晶体50的出射面按52度到60度之间的任意角度切割，超过90％的振荡光会从出射面透射输出，只有小部分(＜10％)的激光被折射到不同方向，仅造成小部分的功率损失。

本实施例中，三倍频晶体50由三硼酸锂制成。斜面的倾斜角度可以根据三倍频晶体50相对激光的折射率计算得出。三倍频晶体50的倾斜出射面还可以用分光棱镜替代，此时三倍频晶体50的出射面为垂直于基频光的出射方向的面。

如图2所示，其为第二实施例的激光发生器示意图。本实施例的激光发生器还包括置于调Q的红外激光光源10和二倍频晶体30之间的聚焦透镜20和置于二倍频晶体30和三倍频晶体50之间的整形透镜40。聚焦透镜20将调Q的红外激光光源10产生的基频光汇聚入射到二倍频晶体30，经过二倍频晶体30倍频后的激光经过整形透镜40的整形再入射到出射面52°到60°角切割的三倍频晶体50中，从而产生355nm的紫外激光504，仍同时剩余有少部分未被转换的基频光506(即：1064nm红外激光)、以及产生微弱的532nm绿光502。

当然，聚焦透镜20和整形透镜40可以根据需要设置，也就是说，可以只单独设置聚焦透镜20或整形透镜40，也可以如本实施例同时设置。

如图3所示，其为第三实施例的激光发生器示意图。本实施例的激光发生器还包括检测装置60、控制装置70和移动装置80。检测装置60用于检测倍频光的功率，控制装置70与检测装置60及移动装置80相连，根据倍频光的功率控制移动装置80移动倍频晶体。移动装置80与三倍频晶体50相连以移动三倍频晶体50，移动装置80的移动方向为垂直于基频光的出射方向(如图3所示的由XY坐标组成的平面内二维移动)。本实施例根据功率反馈自动避开晶体膜层上的坏点，大大提高使用寿命。在其他实施例中，也可以省略控制装置70和移动装置80，定期移动或手动控制移动装置80移动倍频晶体。移动装置80为机械移动装置，例如二维精密平移装置，可以在垂直于基频光的出射方向的平面内移动。

上述激光发生器产生激光的方法可以概括为如下过程：

将激光光源发出的基频光发射出谐振腔的腔外；

聚焦透镜20将基频光汇聚后入射到二倍频晶体30；

置于谐振腔外的二倍频晶体30转换基频光为二倍频光；

整形透镜40将从二倍频晶体30发出的激光整形后入射到三倍频晶体50；

置于谐振腔外的三倍频晶体50接收基频光和二倍频光和频产生三倍频光，基频光、二倍频光及三倍频光从三倍频晶体50呈52到60度斜面射出，并依据波长的不同分成三束；

检测装置60检测三倍频光的功率，控制装置70根据三倍频光的功率控制移动装置80移动三倍频晶体，移动方向为垂直于基频光的出射方向。例如，在三倍频光的功率低于预定值时，控制装置70发出信号至移动装置80，移动装置80接收到该信号后控制三倍频晶体50在垂直纸面的方向移动。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1、一种激光发生器，包括激光光源及倍频晶体，其特征在于，所述倍频晶体置于所述激光光源谐振腔的腔外，所述倍频晶体用于转换所述激光光源发出的基频光为倍频光。

2、根据权利要求1所述的激光发生器，其特征在于，所述倍频晶体包括二倍频晶体和三倍频晶体，所述二倍频晶体位于所述激光光源和三倍频晶体之间，激光光源发出的基频光分别经过二倍频晶体和三倍频晶体倍频后，产生紫外激光。

3、根据权利要求1所述的激光发生器，其特征在于：所述激光光源为调Q的红外光源。

4、根据权利要求2所述的激光发生器，其特征在于，所述三倍频晶体的出射面为斜面，所述斜面的倾斜角度为52到60度。

5、根据权利要求2所述的激光发生器，其特征在于：所述三倍频晶体为LBO晶体。

6、根据权利要求2所述的激光发生器，其特征在于，还包括置于所述激光光源和所述二倍频晶体之间的聚焦透镜。

7、根据权利要求2所述的激光发生器，其特征在于，还包括置于所述二倍频晶体和所述三倍频晶体之间的整形透镜。

8、根据权利要求1所述的激光发生器，其特征在于，还包括移动装置，所述移动装置与所述倍频晶体相连以移动所述倍频晶体，所述移动装置的移动方向为垂直于所述基频光的入射方向。

9、根据权利要求8所述的激光发生器，其特征在于，还包括检测装置和控制装置，所述检测装置用于检测所述倍频光的功率，所述控制装置与所述检测装置及移动装置相连，根据所述倍频光的功率控制所述移动装置移动所述倍频晶体。

10、一种产生激光的方法，其特征在于，包含如下步骤：

将激光光源发出的基频光发射出谐振腔的腔外；

置于所述谐振腔外的倍频晶体转换所述基频光产生倍频光。

11、根据权利要求8所述的产生激光的方法，其特征在于，在所述倍频晶体相对所述基频光呈52到60度斜面的出射面将所述基频光与所述倍频光分开。

12、根据权利要求8所述的产生激光的方法，其特征在于，还包括检测所述倍频光的功率，根据所述倍频光的功率移动所述倍频晶体的步骤，所述移动方向为垂直于所述基频光的出射方向。

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