CN101656395A - 大功率腔内三倍频紫外激光器 - Google Patents
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Abstract
大功率腔内三倍频紫外激光器，属全固态激光技术领域，包括基频波腔镜、Q开关、基频激光输出模块等部件；上述各部件分别固定在各自的基座上，在基板上依次放置基频波腔镜、Q开关、基频激光输出模块、二向色镜、二倍频非线性光学晶体、三向色镜、三倍频非线性光学晶体和三次谐波输出镜；分别构成基频光谐振腔、二倍频光谐振腔和三倍频光谐振腔；三个谐振腔共轴，用外壳将整个装置罩在基板上。本发明采用简单的直线腔型，高效、大功率且结构简单紧凑，使用方便，安装调试容易，便于工程化推广。
Description
技术领域
本发明涉及全固态激光技术领域，特别涉及一种输出准连续紫外光的大功率腔内三倍频紫外激光器。
背景技术
由于具有高分辨和对材料强吸收等特点，紫外相干光源在超高密度光驱、保密通讯、现代生物技术、密材料加工、紫外固化、光刻、光印刷、医疗以及科学研究等领域具有广泛的应用前景。近年来，随着对小型电子产品和微电子元器件需求的日益增长，聚合物材料的精密处理日渐成为激光在工业应用中发展最快的应用领域之一。紫外激光是处理广泛应用于微电子元器件工业中的塑料(如聚酰亚胺)和金属(如铜)等材料的理想工具，被广泛应用于多层、高密度印刷电路板PCB的精密打孔设备市场，市场前景十分广阔。
目前，普遍使用的紫外激光器主要有气体紫外激光器和全固态紫外激光器。气体紫外激光器在使用中具有明显的缺点，如设备占地面积大、稳定性差、寿命短、高能耗和高设备费用，需要定期更换有毒的气体或液体染料等。而全固态紫外激光器由于具有结构紧凑、稳定性好、寿命长、光束质量好以及成本低等特点，成为近年来人们研究的热点。
常用的产生三次谐波的全固态激光技术包括腔外和频技术和腔内和频技术。腔外和频产生的三次谐波光比较稳定，易于调试，但是由于基频光功率密度低，谐振腔外二次谐波转化效率低，并且由于基频光或者基频光和二次谐波光一次性通过三倍频晶体，未转化为三次谐波的基频光和二次谐波光全部被浪费掉，极大的制约了三次谐波的产生效率。为了充分利用基频光波功率，近年来腔内三倍频发展迅速。如专利号为ZL200410073574.8专利，由于二次谐波光只参与了一次和频过程，剩余的被作为无用光输出腔外直接影响了三次谐波产生的效率；公开号为CN2351879号专利，虽然基频光波经两次倍频产生二次谐波光，但是基频光和二次谐波光均一次通过三倍频晶体进行和频，未被转换的二次谐波仍然被损耗掉，从而使其效率提高受限；公开号为CN1285636号专利由于采用折叠腔结构输出三次谐波光，使三次谐波光存在较大的偏振耦合损耗；公开号为CN1162945号和CN101373883号专利，采用多次二倍频和多次三倍频，提高了转化效率和输出功率，但是结构复杂，且腔内元件引入一定的插入损耗。
发明内容
为克服现有技术的缺陷和不足，本发明提供了一种充分利用腔内基频光的高功率密度、通过多次倍频、多次和频实现高效率、大功率且结构简单紧凑的准连续大功率腔内三倍频紫外激光器。
本发明按照下面所述的方式实现：
一种大功率腔内三倍频紫外激光器，包括基频波腔镜、Q开关、基频激光输出模块、二向色镜、二倍频非线性光学晶体、三向色镜、三倍频非线性光学晶体和三次谐波输出镜；上述各部件分别固定在各自的基座上，其特征在于在基板上依次放置基频波腔镜、Q开关、基频激光输出模块、二向色镜、二倍频非线性光学晶体、三向色镜、三倍频非线性光学晶体和三次谐波输出镜；由基频波腔镜、Q开关、基频激光输出模块和三次谐波输出镜构成基频光谐振腔；由二向色镜、二倍非线性光学晶体和三次谐波输出镜构成二倍频光谐振腔；由三向色镜、三倍频非线性光学晶体和三次谐波输出镜构成三倍频光谐振腔；基频光谐振腔、二倍频光谐振腔和三倍频光谐振腔共轴，用外壳将整个装置罩在基板上。
所述的各部件的基座是由铝制成的，带有冷水管道，通过对相应的基座通水可对镜片进行冷却。
所述的的二倍频非线性光学晶体是I或者II类相位匹配的GTP-KTP、KTP、LBO、KTA或BBO晶体中的一种。
所述的三倍频非线性光学晶体是I或者II类相位匹配的LBO、CBO、BIBO或BBO晶体中的一种。
所述的基频激光输出模块是Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:YAP、Nd:LuVO4、Nd:YVO4或Nd:GdVO4晶体中的一种。
所述的基频波腔镜内侧镀有有1064nm基频波长高反膜；Q开关两端镀有有1064nm基频波长增透膜。
所述的二倍频光谐振腔中的二向色镜的外侧一面镀有有1064nm的增透膜，内侧面镀有有1064nm增透膜和532nm高反膜；二倍频非线性光学晶体两端面均镀有有1064nm和532nm的增透膜。
所述的三倍频光谐振腔中的三向色镜的外侧一面镀有有1064nm和532nm的增透膜，内侧面镀有有1064nm和532nm的增透膜及355nm的高反膜；三倍频非线性光学晶体两端面均镀有1064nm、532nm和355nm的增透膜；三次谐波输出镜内侧镀有1064nm和532nm的高反膜和355nm的增透膜，另一面镀有355nm的增透膜。
本发明工作原理如下：由基频激光输出模块产生的1064nm的荧光经基频光谐振腔振荡放大形成1064nm基频光，然后1064nm基频光在二倍频光谐振腔中多次通过二倍频非线性光学晶体转换为532nm的二倍频光，532nm的二倍频光和剩余的1064nm基频光在三倍频谐振腔中多次通过三倍频非线性光学晶体产生355nm的三倍频光，355nm的三倍频光经三次谐波输出镜输出腔外。
本发明采用简单的直线腔型，高效、大功率且结构简单紧凑，使用方便，安装调试容易，便于工程化推广。由于在基频波腔镜镀有基频波长高反膜；Q开关两端镀有基频波长增透膜；二向色镜镀有基频波长增透膜和二次谐波高反膜；二倍频晶体镀有基频波长和二次谐波增透膜；三向色镜镀有基频波长、二次谐波增透膜和三次谐波高反膜；三倍频晶体镀有基频波长、二次谐波和三次谐波增透膜；三次谐波输出镜镀有基频波长、二次谐波高反膜和三次谐波增透膜，其中基频波腔镜、Q开关、基频激光输出模块和三次谐波输出镜构成基频谐振腔；二向色镜、二倍频非线性光学晶体和三次谐波输出镜构成二倍频谐振腔；三向色镜、三倍频非线性光学晶体和三次谐波输出镜构成三倍频谐振腔，二次谐波被二向色镜隔离在增益介质之外，避免了基频波激光的退偏效应；三次谐波被三向色镜隔离在增益介质之外，避免了增益介质受紫外辐射后的色心效应；利用二向色镜可以使基频光多次通过倍频晶体倍频，提高了二次谐波光的功率密度；二次谐波光可以多次通过三倍频晶体参与和频过程，可以充分利用二次谐波光，提高三次谐波光的转化效率。
附图说明
图1是本实验新型的结构示意图。
其中：1、基频波腔镜基座，2、基频波腔镜，3、Q开关基座，4、Q开关，5、基频激光输出模块基座，6、基频激光输出模块，7、二向色镜基座，8、二向色镜，9、二倍频非线性光学晶体基座，10、二倍频非线性光学晶体，11、三向色镜基座，12、三向色镜，13、三倍频非线性光学晶体基座，14、三倍频非线性光学晶体，15、三次谐波输出镜基座，16、三次谐波输出镜，17、基板，18、外壳。
具体实施方案
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。
实施例1：
如图1所示，一种大功率腔内三倍频紫外激光器，包括基频波腔镜2、Q开关4、基频激光输出模块6、二向色镜8、二倍频非线性光学晶体10、三向色镜12、三倍频非线性光学晶体14和三次谐波输出镜16；上述各部件分别固定在各自的基座上，其特征在于在基板17上依次放置基频波腔镜2、Q开关4、基频激光输出模块6、二向色镜8、二倍频非线性光学晶体10、三向色镜12、三倍频非线性光学晶体14和三次谐波输出镜16；由基频波腔镜2、Q开关4、基频激光输出模块6和三次谐波输出镜16构成基频光谐振腔；由二向色镜8、二倍非线性光学晶体10和三次谐波输出镜16构成二倍频光谐振腔；由三向色镜12、三倍频非线性光学晶体14和三次谐波输出镜16构成三倍频光谐振腔；基频光谐振腔、二倍频光谐振腔和三倍频光谐振腔共轴，用外壳18将整个装置罩在基板17上。
所述的各部件的基座是由铝制成的，带有冷水管道，通过对相应的基座通水可对镜片进行冷却。
所述的的二倍频非线性光学晶体是采用的II相位匹配的GTR-KTP晶体。
所述的三倍频非线性光学晶体是LBO晶体。
所述的基频激光输出模块是采用50W的Nd:YAG晶体。
所述的基频波腔镜内侧镀有有1064nm基频波长高反膜；Q开关两端镀有有1064nm基频波长增透膜。
所述的二倍频光谐振腔中的二向色镜的外侧一面镀有有1064nm的增透膜，内侧面镀有有1064nm增透膜和532nm高反膜；二倍频非线性光学晶体两端面均镀有有1064nm和532nm的增透膜。
所述的三倍频光谐振腔中的三向色镜的外侧一面镀有有1064nm和532nm的增透膜，内侧面镀有有1064nm和532nm的增透膜及355nm的高反膜；三倍频非线性光学晶体两端面均镀有1064nm、532nm和355nm的增透膜；三次谐波输出镜内侧镀有1064nm和532nm的高反膜和355nm的增透膜，另一面镀有355nm的增透膜。
实施例2：
同实施例1，只是所述的的二倍频非线性光学晶体是采用的CBO晶体。
所述的三倍频非线性光学晶体是BIBO晶体。
所述的基频激光输出模块是采用50W的Nd:YAP晶体。
实施例3：
同实施例1，只是所述的的二倍频非线性光学晶体是采用的KTA晶体。
所述的三倍频非线性光学晶体是LBO晶体。
所述的基频激光输出模块是采用50W的Nd:YLF晶体。
Claims (8)
1、一种大功率腔内三倍频紫外激光器，包括基频波腔镜、Q开关、基频激光输出模块、二向色镜、二倍频非线性光学晶体、三向色镜、三倍频非线性光学晶体和三次谐波输出镜；上述各部件分别固定在各自的基座上，其特征在于在基板上依次放置基频波腔镜、Q开关、基频激光输出模块、二向色镜、二倍频非线性光学晶体、三向色镜、三倍频非线性光学晶体和三次谐波输出镜；由基频波腔镜、Q开关、基频激光输出模块和三次谐波输出镜构成基频光谐振腔；由二向色镜、二倍非线性光学晶体和三次谐波输出镜构成二倍频光谐振腔；由三向色镜、三倍频非线性光学晶体和三次谐波输出镜构成三倍频光谐振腔；基频光谐振腔、二倍频光谐振腔和三倍频光谐振腔共轴，用外壳将整个装置罩在基板上。
2、如权利要求1所述的一种大功率腔内三倍频紫外激光器，其特征在于所述的各部件的基座是由铝制成的，带有冷水管道，通过对相应的基座通水可对镜片进行冷却。
3、如权利要求1所述的一种大功率腔内三倍频紫外激光器，其特征在于所述的的二倍频非线性光学晶体是I或者II类相位匹配的GTP-KTP、KTP、LBO、KTA或BBO晶体中的一种。
4、如权利要求1所述的一种大功率腔内三倍频紫外激光器，其特征在于所述的三倍频非线性光学晶体是I或者II类相位匹配的LBO、CBO、BIBO或BBO晶体中的一种。
5、如权利要求1所述的一种大功率腔内三倍频紫外激光器，其特征在于所述的基频激光输出模块是Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:YAP、Nd:LuVO4、Nd:YVO4或Nd:GdVO4晶体中的一种。
6、如权利要求1所述的一种大功率腔内三倍频紫外激光器，其特征在于所述的基频波腔镜内侧镀有有1064nm基频波长高反膜；Q开关两端镀有有1064nm基频波长增透膜。
7、如权利要求1所述的一种大功率腔内三倍频紫外激光器，其特征在于所述的二倍频光谐振腔中的二向色镜的外侧一面镀有有1064nm的增透膜，内侧面镀有有1064nm增透膜和532nm高反膜；二倍频非线性光学晶体两端面均镀有有1064nm和532nm的增透膜。
8、如权利要求1所述的一种大功率腔内三倍频紫外激光器，其特征在于所述的三倍频光谐振腔中的三向色镜的外侧一面镀有有1064nm和532nm的增透膜，内侧面镀有有1064nm和532nm的增透膜及355nm的高反膜；三倍频非线性光学晶体两端面均镀有1064nm、532nm和355nm的增透膜；三次谐波输出镜内侧镀有1064nm和532nm的高反膜和355nm的增透膜，另一面镀有355nm的增透膜。
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