CN102088158B - 一种获得高功率紫外激光的方法及装置 - Google Patents
一种获得高功率紫外激光的方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102088158B CN102088158B CN 201010616875 CN201010616875A CN102088158B CN 102088158 B CN102088158 B CN 102088158B CN 201010616875 CN201010616875 CN 201010616875 CN 201010616875 A CN201010616875 A CN 201010616875A CN 102088158 B CN102088158 B CN 102088158B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- frequency
- nonlinear optical
- resonator mirror
- resonator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
一种获得高功率紫外激光的方法，采用环形腔结构实现；环形腔结构由至少三个腔镜环绕构成；第一和第二腔镜相对放置并置于全固态激光器光轴上，其法线与光轴分别成1～89°角；第一和第二腔镜之间还放置二倍频和多倍频晶体；其余腔镜位于二倍频和多倍频晶体一侧上方；第三腔镜置于压电陶瓷上；全固态激光器发出的基频激光通过第一腔镜传输到二倍频晶体进行二倍频后，再通过多倍频晶体进行三倍频或四倍频获得紫外激光；尚未转换的二倍频激光沿环形腔结构中的各倍频晶体和各腔镜进行循环倍频而产生高功率紫外激光由任一腔镜输出。这样可达到二倍频激光100％利用，提高紫外转换效率，避免晶体抗损伤，在一定注入功率下可获得高功率紫外激光。
Description
技术领域
本发明涉及一种获得紫外激光的方法及装置，特别是涉及一种无需强聚焦获得高功率紫外激光的方法及装置。
背景技术
与传统的产生紫外激光的染料激光器、准分子激光器以及闪光灯泵浦的固体激光器相比，LD泵浦的全固态激光器由于体积小、价格低、效率高、寿命长、可靠性高、光束质量好、功率稳定且使用维护方便等优点，得到广泛的应用。而紫外激光由于波长短、衍射效应小、分辨率高、能量集中，在精密材料加工、紫外固化、光刻、光谱分析、医疗等领域有着广泛的应用前景，近年来人们对于紫外激光的研究不断加深，技术不断进步，获得紫外激光的方法也不断增多，利用非线性频率变换获得高功率紫外激光输出的研究已成为激光技术领域的一个研究热点。一般产生全固态紫外激光的方法有三种，第一种方法是在倍频激光光束传输光路上利用另一个谐振腔对倍频激光进行再次腔内倍频获得紫外光输出；第二种方法是直接采用近红外全固态激光进行腔内三倍频或四倍频来获取紫外激光；第三种方法是在腔外先利用二倍频晶体倍频得到二次谐波后再利用三倍频技术或四倍频技术获得紫外激光。第一种方法由于共振增强的作用，在较低的功率水平下仍然能够获得较高的紫外转换效率，但需要入射激光经过紧凑聚焦来获得相对较高的功率密度，且为窄线宽，且输出功率水平受限于晶体的膜层对紫外光子的抗损伤功率密度，输出功率限制在1W以下，仅适合于连续单纵模工作。第二种方法可以获得瓦级以上的紫外激光输出，特点是利用谐振腔内较小的光斑来提高紫外激光转换效率，但当输出功率高于5W后，镀有膜层的晶体和腔镜均无法承受紫外光子的高通量辐射。第三种方法由于采用腔外倍频技术，单次频率转换效率较低，只适用于非常强的红外基波输入的情况，才能够获得功率较高的紫外激光输出。
文献[1]：2006年中国科学院物理研究所报道了采取对532nm聚焦后利用倍频晶体CLBO进行腔外倍频产生28.4W的266nm紫外激光输出；这是国内记载的高功率紫外266nm激光输出较高水平，而他们所使用的CLBO晶体存在两个明显的缺点： 第一，易潮解，使用时必须进行密封；第二，抗损伤能力不高。文献[2]：2007年1月，石朝辉、张晶等报道了采用大功率国产光纤束模块端面抽运Nd:YVO4激光晶体的腔外三倍频紫外激光器，用声光调Q技术实现了高功率高光束质量基频光；采用LBO I类相位匹配和LBO II类相位匹配的腔外倍频方式并利用凹面反射镜的方式进行聚焦，避免了1064nm和532nm激光聚焦时由于波长的不同而产生的色差效应，有效提高了三倍频的倍频效率，采用平行平面腔，二倍频晶体和三倍频晶体分别放置在聚焦透镜的焦平面处，最后在注入功率23.3W时，获得功率为1.86W紫外激光输出[2]，1064nm基频光到355nm紫外激光的转换效率为25.5％。文献[3]：2009年，Coherent公司报道了一款平均功率达到160W的355nm紫外激光输出[3]；激光器为内腔频率变换结构，谐振腔内含有两组侧面抽运的Nd:YAG模块串接结构，用LBO作为倍频晶体和和频晶体，采用布儒斯特角的棱镜进行分光，实验在2.7KW抽运下，在8KHz时得到160W平均功率的355nm紫外激光。文献[4]：2009年，清华大学精密仪器系国家重点实验室光子与电子技术研究中心的柳强、闫兴鹏、巩马理等人报道了43W高重复频率高光束质量的355nm紫外激光输出[4]；基频光为Nd:YVO4MOPA激光器，其种子源为声光调Q双端面抽运Nd:YVO4激光器，种子光通过多级放大以后进入频率转换模块，25mm长的I类非临界相位匹配LBO用作SHG转换，20mm长的II类相位匹配LBO用作和频转换，采用四级放大，在频率为60KHz，脉宽为16.4ns情况下，154W的1064nm基模输出激光通过倍频和和频得到43W的355nm紫外激光输出，脉宽为10.7ns。从以上论述可以看出，为了获得高功率紫外激光输出，以往采取的技术方案主要有两种，一种是通过多级串接放大提高基频光功率，这样使整个装置体积很大，结构复杂，转换效率不高；第二种是对倍频光进行强聚焦，在这样的转换过程中二倍频激光的利用率很低，那么为了获得更高功率的紫外激光必须不断提高1064nm激光的注入功率，这样就产生这样一个问题，采用透镜聚焦的前提是满足相位匹配，这也是很难把握的；另外如果聚焦过度激光束腰很小，二倍频激光发散角增大，在倍频晶体上的入射角偏离相位匹配角造成严重的相位失配，同时也可能出现切光效应，或对三倍频或四倍频非线性光学晶体造成损伤，从而导致倍频转换效率降低，但如果聚焦程度不够又达不到预期目的，所以这种方法存在一定的缺陷，而且倍频效率最高可以达到50％左右。综合起来看，以往获得高功率紫外激光的方法存在以下问题：一是非线性光学晶体的抗损伤问题；二是紫外激光转换效率低的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中获得全固态高功率紫外激光方法的倍频转换效率低和强聚焦后的激光由于功率密度增大而容易损伤倍频晶体等诸多缺点，提供一种获得高功率紫外激光的方法及装置，本发明利用一种环形谐振腔结构，循环利用二倍频激光，有效提高三倍频或四倍频激光的转换效率，从而获得高功率紫外激光，这种高功率紫外激光可广泛应用于光刻技术、精细材料加工、医疗、光谱分析、光生物学等领域。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的获得高功率紫外激光的方法，采用环形谐振腔结构来实现；所述的环形谐振腔结构由至少三个谐振腔镜环绕构成；所述环形谐振腔结构中的第一谐振腔镜1和第二谐振腔镜4置于一LD泵浦全固态激光器7发出脉冲激光的光轴上，所述第一谐振腔镜1与第二谐振腔镜4相对放置，其法线与所述光轴分别成1～89°角；在所述光轴上第一谐振腔镜1和第二谐振腔镜4之间还依次放置二倍频非线性光学晶体2和多倍频非线性光学晶体3；所述的多倍频非线性光学晶体3为三倍频非线性光学晶体或四倍频非线性光学晶体；所述环形谐振腔结构中的其余谐振腔镜位于所述二倍频非线性光学晶体2和多倍频非线性光学晶体3一侧上方；所述环形谐振腔结构中的第三谐振腔镜5放置在一压电陶瓷6上；
由LD泵浦全固态激光器7发出的基频激光通过第一谐振腔镜1传输到二倍频非线性光学晶体2，进行二倍频后获得二倍频激光；二倍频激光在通过多倍频非线性光学晶体3进行三倍频或四倍频，获得紫外激光；尚未转换的二倍频激光再通过第三谐振腔镜5及所述环形谐振腔结构中的其余谐振腔镜回到所述第一谐振腔镜1再进行二倍频，之后二倍频激光沿所述环形谐振腔结构中的各倍频非线性光学晶体和各谐振腔镜进行循环倍频而产生高功率紫外激光；所述压电陶瓷6用于调节二倍频激光的频率与各谐振腔镜的谐振腔频率达到共振，以保证所有二倍频激光均在所述环形谐振腔结构内进行频率转换；所述的二倍频激光为532nm、527nm、523nm或515nm；所产生的紫外激光由所述环形谐振腔结构中的任一谐振腔镜输出。
本发明提供的获得高功率紫外激光的装置，其由LD泵浦全固态激光器7和环形谐振腔结构组成；所述的环形谐振腔结构由至少三个谐振腔镜环绕构成；所述环形谐振腔结构中的第一谐振腔镜1和第二谐振腔镜4置于一LD泵浦全固态激光器7发出脉冲激光的光轴上，所述第一谐振腔镜1与第二谐振腔镜4相对放置，其法线与所述光轴分别成1～89°角；在所述光轴上第一谐振腔镜1和第二谐振腔镜4之间还依次放置二倍频非线性光学晶体2和多倍频非线性光学晶体3；所述的多倍频非线性光学晶体3为三倍频非线性光学晶体或四倍频非线性光学晶体；所述环形谐振腔结构中的其余谐振腔镜位于所述二倍频非线性光学晶体2和多倍频非线性光学晶体3一侧上方；所述环形谐振腔结构中的第三谐振腔镜5放置在一压电陶瓷6上。
所述环形谐振腔结构的腔镜数量为3～6的整数个。
所述产生基频激光的LD泵浦全固态激光器7为全固态电光调Q激光器、声光调Q激光器、被动调Q激光器或锁模光器激光器；其工作物质为Nd:YVO4、Nd:YAG、Nd:YLF或Yb:YAG；所述基频光波长为1064nm、1053nm或1030nm。
所述的二倍频非线性光学晶体2为KTP、LBO、BBO、PPKTP或PPLN；所述的三倍频非线性光学晶体为LBO、CBO或BBO；所述四倍频非线性光学晶体为BBO或CLBO。
所述环形谐振腔结构中的各谐振腔镜为平凹镜、平面镜或两边以布儒斯特角切割的棱镜。
所述压电陶瓷是用于调节532nm(527nm、523nm、515nm)激光的频率与谐振腔频率达到共振，这样可以保证所有二倍频激光532nm(527nm、523nm、515nm)都在环形谐振腔结构内进行频率共振。
本发明的获得高功率紫外激光的方法，第一步，在弱聚焦或不聚焦的情况下先在环形谐振腔结构内获得二倍频激光，将二倍频非线性光学晶体2作为增益介质使用，基频光作为泵浦光来获得高效高功率倍频激光；第二步利用环形谐振腔结构循环利用二倍频激光来实现高效率的紫外转换，从而达到输出高功率紫外激光的目的。
本发明的获得高功率紫外激光的方法及装置具有如下积极的效果：
本发明通过采取一种环形谐振腔结构来实现无需强聚焦获得高功率紫外激光的目的，二倍频产生的532nm(527nm、523nm、515nm)激光在腔内循环传输，从而多次产生紫外激光，提高了倍频转换效率，在相同的注入功率下获得更高功率的紫外激光，避免了由于强聚焦引起的高功率密度激光对二倍频非线性光学晶体造成的损伤，这样从根本上解决了以往要获得高功率紫外激光存在的转换效率低，容易损伤倍频晶体，在倍频晶体损坏后转换效率降低的问题；是一种转换效率高的获得高。 效高功率的紫外激光输出的方法和装置。比较起来，我们发明的这种方法就能够解决上述问题，从而获得高功率的紫外激光；本发明100％利用倍频激光来高效产生紫外光，倍频转换效率高；无需强聚焦，晶体寿命增长。
附图说明
图1为由三块谐振腔镜组成环形谐振腔结构的获得高功率紫外激光的装置的结构示意图，也是本发明的一个实施例；
图2为由四块谐振腔镜组成环形谐振腔结构的获得高功率紫外激光的装置的结构示意图，也是本发明的一个实施例；
图3为由四块谐振腔镜组成环形谐振腔结构的获得高功率紫外激光的装置的结构示意图，也是本发明的一个实施例；
图4为由四块谐振腔镜组成环形谐振腔结构的获得高功率紫外激光的装置的结构示意图，也是本发明的一个实施例；
图5为由四块谐振腔镜组成环形谐振腔结构的获得高功率紫外激光的装置的结构示意图，也是本发明的一个实施例；
图6为由四块谐振腔镜组成环形谐振腔结构的获得高功率紫外激光的装置的结构示意图，也是本发明的一个实施例；
具体实施方式
本发明的获得高功率紫外激光的方法，主要通过采取环形谐振腔结构100％利用二倍频激光，有效提高紫外转换效率，从而克服以往技术方案的缺点，获得高功率紫外激光。所述的环形谐振腔结构有很多种不同形式，我们选择由三块腔镜或四块腔镜组成的环形谐振腔结构进行具体实施。
实施例1，对全固态电光调Q Nd:YVO4激光器7产生的1064nm基频光进行四倍频获得266nm紫外激光：
如图1所示，本实施例的环形谐振腔结构由三块谐振腔镜组成，环形谐振腔结构中的第一谐振腔镜1为曲率半径为200mm的平凹镜，平面镀1064nm增透膜，凹面镀1064nm增透532nm高反膜；第一谐振腔镜1的法线与全固态电光调Q Nd:YVO4激光器7产生的1064nm基频光的光轴成30°角(θ1)；
第二谐振腔镜4为曲率半径为200mm的平凹镜，透过率为95％，平面镀266nm 增透膜，凹面镀266nm增透膜和532nm高反膜；第二谐振腔镜4的法线与全固态电光调QNd:YVO4激光器7产生的1064nm基频光的光轴成30°角(θ2)；
第三谐振腔镜5为平面镜，反射面镀532nm和1064nm高反膜；第三谐振腔镜5放在一压电陶瓷6上；
二倍频非线性光学晶体2选择LBO，两面均镀1064nm和532nm双色增透膜，尺寸为3mm×3mm×10mm；四倍频非线性光学晶体3选择BBO四倍频光学晶体，尺寸为5mm×5mm×6mm，双面镀1064nm、532nm和266nm三色增透膜；
由LD泵浦全固态Nd:YVO4激光器发出的1064nm激光通过第一谐振腔镜1传输到二倍频非线性光学晶体2，进行二倍频后，获得532nm二倍频绿激光；再通过四倍频非线性光学晶体3进行四倍频，获得266nm紫外激光；从第二谐振腔镜4输出；没有转换的532nm二倍频绿激光通过第三谐振腔镜5回到原来的光路中再进行倍频，循环利用532nm二倍频绿激光，最后获得高功率266nm紫外激光；其中压电陶瓷6用于调节532nm二倍频绿激光的频率与谐振腔频率达到共振，提高紫外转换效率。在1064nm激光的频率为20KHz，脉宽为30ns，功率为10W时，获得平均功率为3W的266nm紫外激光，光束质量较好，从1064nm到266nm的转换效率为30％。
实施例2，对全固态电光调Q Nd:YAG激光器7产生1064nm基频光进行三倍频获得355nm紫外激光：
如图1所示，环形谐振腔结构由三块腔镜组成。选择KTP作为二倍频非线性光学晶体2，尺寸为3mm×3mm×10mm，两面均镀1064nm和532nm双色增透膜；
选择LBO作为三倍频非线性光学晶体3，尺寸为3mm×3mm×10mm，双面镀1064nm、532nm和355nm三色增透膜；
第一谐振腔镜1为曲率半径为200mm的平凹镜，平面镀1064nm增透膜，凹面镀1064nm增透532nm高反膜，谐振腔镜1的法线与全固态电光调Q Nd:YAG激光器7产生的1064nm基频光的光轴成30°角(θ1)；
第二谐振腔镜4为曲率半径为200mm的平凹镜，透过率为95％，平面镀355nm增透膜，凹面镀355nm增透膜和532nm高反膜，谐振腔镜4的法线与全固态电光调Q Nd:YAG激光器7产生的1064nm基频光的光轴成30°角(θ2)；
第三谐振腔镜5为平面镜，反射面镀532nm和1064nm高反膜，第三谐振腔镜5 放在一压电陶瓷6上；
由LD泵浦全固态电光调QNd:YAG激光器发出的1064nm激光通过第一谐振腔镜1传输到二倍频非线性光学晶体2，进行二倍频后，获得532nm的绿激光，再通过三倍频非线性光学晶体3进行三倍频，获得的355nm紫外激光从第二谐振腔镜4输出；没有转换的532nm绿激光再通过第三谐振腔镜5回到原来的光路中再进行倍频，循环利用，最后获得高功率355nm紫外激光；压电陶瓷6用于调节532nm激光的频率与谐振腔频率达到共振，提高紫外转换效率。1064nm基频光功率为10W，频率为10KHz，脉宽为20ns时，获得平均功率为3.50W的355nm紫外激光输出，光束质量较好，1064nm激光到355nm激光的转换效率为35％。
实施例3：对全固态电光调Q Nd:YLF激光器7产生的1053nm基频光进行三倍频获得351nm紫外激光：
如图2所示，环形谐振腔结构由四块谐振腔镜组成，第一谐振腔镜1和第二谐振腔镜4均为平凹镜，第三谐振腔镜5和第四谐振腔镜8均为平面镜；
第一谐振腔镜1的法线与全固态电光调Q Nd:YLF激光器7产生的1053nm基频光的光轴光轴成30°角(θ1)，其曲率半径为200mm，平面镀1053nm增透膜，凹面镀1053nm增透527nm高反膜；
第二谐振腔镜4的法线与全固态电光调Q Nd:YLF激光器7产生的1053nm基频光的光轴成45°角(θ2)，其曲率半径为200mm，透过率为95％，凹面镀351nm增透膜、1053nm增透膜和527nm高反膜，平面镀351nm增透膜和1053nm增透膜，第三谐振腔镜5和第四谐振腔镜8镀527nm高反膜；第三谐振腔镜5放在一压电陶瓷6上；
选择BBO作为二倍频非线性光学晶体2，两面均镀1053nm和527nm双色增透膜，尺寸为5mm×5mm×6mm选择LBO作为三倍频非线性光学晶体3，尺寸为3mm×3mm×10mm，双面镀1053nm、527nm和351nm三色增透膜；
全固态电光调Q Nd:YLF激光器7产生的1053nm基频光通过二倍频非线性光学晶体2进行二倍频产生527nm激光，再依次通过三倍频晶体LBO、第二谐振腔镜4、第三谐振腔镜5和第四谐振腔镜8在腔内进行循环倍频产生351nm紫外激光，其中压电陶瓷6用于调节527nm激光的频率与谐振腔频率达到共振，提高紫外转换效率。当1053nm基频光的功率为10W时，用功率计测得输出的351nm紫外激光的平 均功率为2.95W，光束质量较好，转换效率为29.5％。
实施例4，对全固态电光调Q Yb:YAG激光器产生的1030nm基频光进行四倍频获得257nm紫外激光：
如图3所示，环形谐振腔结构由四块腔镜组成，并呈“8”字型；选择LBO作为二倍频非线性光学晶体2，双面镀1030nm双色增透膜和515nm双色增透膜，尺寸为3mm×3mm×10mm；选择BBO作为四倍频非线性光学晶体3，尺寸为5mm×5mm×6mm，双面镀1030nm、515nm和257nm三色增透膜；
第一谐振腔镜1、第二谐振腔镜4、第三谐振腔镜5和第四谐振腔镜8分别位于“8”字型的顶点，第一谐振腔镜1的法线与全固态电光调Q Yb:YAG激光器产生的1030nm基频光的光轴成50°角(θ1)，第二谐振腔镜4的法线与全固态电光调QYb:YAG激光器产生的1030nm基频光的光轴成50°角(θ2)；第一谐振腔镜1曲率半径为200mm，平面镀1030nm增透膜，凹面镀1030nm增透515nm高反膜；第二谐振腔镜4曲率半径为200mm，透过率为95％，凹面镀257nm增透膜、1030nm增透膜和515nm高反膜，平面镀257nm增透膜和1030nm增透膜；第三谐振腔镜5和第四谐振腔镜8为平面镜，反射面镀均镀515nm高反膜；第三谐振腔镜5放在一压电陶瓷6上；
全固态电光调Q Yb:YAG激光器7产生的1030nm基频光通过二倍频非线性光学晶体2进行二倍频产生的515nm激光，再依次通过四倍频非线性光学晶体3、第二谐振腔镜4、第三谐振腔镜5和第四谐振腔镜8在谐振腔内进行循环倍频，其中压电陶瓷6用于调节515nm激光的频率与谐振腔频率达到共振，提高紫外转换效率，最后产生高功率257nm紫外激光。
当1030nm基频光的功率为10W时，用功率计测得输出的257nm紫外激光的平均功率为2.85W，光束质量较好，转换效率为28.5％。
实施例5，全固态电光调Q Nd:YVO4激光器产生的1064nm基频光进行三倍频获得355nm紫外激光：
如图4所示，环形谐振腔结构由四块谐振腔镜组成；第一谐振腔镜1和第二谐振腔镜4为平凹镜，曲率半径均为200mm；第三谐振腔镜5和第四谐振腔镜6均为棱镜(通光面呈布氏角切割)；第一谐振腔镜1法线与全固态电光调Q Nd:YVO4 激光器7产生的1064nm基频光的光轴成30°角(θ1)，其平面镀1064nm增透膜，凹面镀1064nm增透532nm高反；第二谐振腔镜4法线与全固态电光调Q Nd:YVO4激光器7产生的1064nm基频光的光轴成30°角(θ2)，透过率为95％，凹面镀355nm增透膜和532nm高反膜，平面镀355nm增透膜；
选择I类非临界相位匹配LBO作为二倍频非线性光学晶体2，两面均镀1064nm和532nm双色增透膜，尺寸为3mm×3mm×10mm；选择II类相位匹配LBO作为三倍频非线性光学晶体3，尺寸为3mm×3mm×15mm，双面镀1064nm、532nm和355nm三色增透膜。
由全固态电光调Q Nd:YVO4激光器产生的1064nm基频光通过二倍频非线性光学晶体2和三倍频非线性光学晶体3产生355nm紫外激光，从第二谐振腔镜4输出(也可以从棱镜5输出)，没有转换成紫外激光的532nm激光在谐振腔内循环利用，最后获得高功率355nm紫外激光。
在1064nm激光的频率为20KHz，脉宽为30ns，功率为10W时，获得平均功率为3.30W的355nm紫外激光，光束质量较好，从1064nm到355nm的转换效率为33％。
实施例6，对全固态电光调Q Nd:YVO4激光器产生的1064nm基频光进行三倍频获得355nm紫外激光：
如图5所示，环形谐振腔结构由四块腔镜组成，第一谐振腔镜1和第二谐振腔镜4为平凹镜为平面镜，第三谐振腔镜5和第四谐振腔镜8为平凹镜；
选择LBO作为二倍频非线性光学晶体2，双面镀1064nm和532nm双色增透膜，尺寸为3mm×3mm×10mm；选择BBO作为三倍频非线性光学晶体3，尺寸为5mm×5mm×6mm，双面镀1064nm、532nm和355nm三色增透膜；
第一谐振腔镜1法线与全固态电光调Q Nd:YVO4激光器7产生的1064nm基频光的光轴成45°角(θ1)，其入射面镀1064nm增透膜，出射面镀1064nm增透和532nm高反膜；第二谐振腔镜4法线与全固态电光调Q Nd:YVO4激光器7产生的1064nm基频光的光轴成40°角(θ2)，其入射面镀532nm高反，355nm增透，出射面镀355nm增透，透过率为95％；
第三谐振腔镜5和第四谐振腔镜8为平凹镜，曲率半径都为200mm，凹面均镀532nm高反膜；
由LD泵浦全固态电光调Q Nd:YVO4激光器发出的1064nm激光通过第一谐 振腔镜1传输到二倍频非线性光学晶体2，进行二倍频后，获得532nm的绿激光，再通过三倍频非线性光学晶体3进行三倍频，获得355nm紫外激光，从第二谐振腔镜4输出；没有转换的532nm绿激光依次通过第三谐振腔镜5和第四谐振腔镜8回到原来的光路中再进行倍频，其中压电陶瓷6用于调节532nm激光的频率与谐振腔频率达到共振，循环利用532nm绿激光，最后获得高功率355nm紫外激光。
1064nm基频光功率为10W，频率为20KHz，脉宽为30ns时，获得平均功率为3.40W的355nm紫外激光输出，光束质量较好，1064nm激光到355nm激光的转换效率为34％。
实施例7，对全固态电光调Q Nd:YVO4激光器产生的1064nm基频光进行四倍频获得266nm紫外激光：
如图6所示，环形谐振腔结构由四块腔镜组成，第一谐振腔镜1、第二谐振腔镜4、第三谐振腔镜5和第四谐振腔镜8都为平面镜；第一谐振腔镜1入射面镀1064nm增透膜，出射面镀1064nm增透和532nm高反膜；第二谐振腔镜4入射面镀532nm高反，266nm增透，出射面镀266nm增透，透过率为95％；第三谐振腔镜5和第四谐振腔镜8入射面均镀532nm高反膜；第一谐振腔镜1的法线与全固态电光调Q Nd:YVO4激光器7产生的1064nm基频光的光轴成35°角(θ1)，第二谐振腔镜4的法线与全固态电光调Q Nd:YVO4激光器7产生的1064nm基频光的光轴成40°角(θ2)；
选择LBO作为二倍频非线性光学晶体2，其两面均镀1064nm和532nm双色增透膜，尺寸为3mm×3mm×10mm；选择BBO作为四倍频非线性光学晶体3，尺寸为5mm×5mm×6mm，双面镀1064nm、532nm和266nm三色增透膜；
由LD泵浦全固态电光调Q Nd:YVO4激光器7发出的1064nm激光通过第一谐振腔镜1传输到二倍频非线性光学晶体2，进行二倍频后，获得532nm的绿激光，再通过四倍频非线性光学晶体3进行四倍频，获得266nm紫外激光，从第二谐振腔镜输出；没有转换的532nm绿激光再次通过第三谐振腔镜5和第四谐振腔镜8回到原来的光路中再进行倍频；其中压电陶瓷6用于调节532nm激光的频率与谐振腔频率达到共振，循环利用532nm绿激光，最后获得高功率266nm紫外激光。
1064nm基频光功率为10W，频率为20KHz，脉宽为30ns时，获得平均功率为3.45W的266nm紫外激光输出，光束质量较好，1064nm激光到266nm激光的转换效率为34.5％。
同理，本发明的环形谐振腔结构也可以由四块谐振腔镜或四块谐振腔镜组成。
参考文献：
[1]G.Wang，A.Geng，Y.Bo et al..28.4W 266nm ultraviolet-beam generation by gourth-harmonic generation of an all-solid-state laser[J].Opt.Commun.，2006，259(2)：820～822
[2]石朝辉，张晶，崔建丰等.高效率高功率全固态紫外激光器[J].中国激光，2007，34(1)：27～30
[3]D.R.Dudley，O.Mehl，G.Y.Wang et al..Q-switched diode pumped Nd:YAG rod laser with output power of 420W at 532nm and 160W at 355nm[C].SPIE，2009，7193：71930Z
[4]X.Ya，Q.Liu，M.Gong et al..High-repetition-rate high-beam quality 43W ultraviolet laser with extra cavity third harmonic generation[J].Appl.Phys.B：Lasers Opt.2009，95(2)：323～328。
Claims (10)
1.一种获得高功率紫外激光的方法，其特征在于，采用环形谐振腔结构来实现；所述的环形谐振腔结构由至少三个谐振腔镜环绕构成；所述环形谐振腔结构中的第一谐振腔镜（1）和第二谐振腔镜（4）置于一LD泵浦全固态激光器（7）发出脉冲激光的光轴上，所述第一谐振腔镜（1）与第二谐振腔镜（4）相对放置，其法线与所述光轴分别成1～89°角；在所述光轴上第一谐振腔镜（1）和第二谐振腔镜（4）之间还依次放置二倍频非线性光学晶体（2）和多倍频非线性光学晶体（3）；所述的多倍频非线性光学晶体（3）为三倍频非线性光学晶体或四倍频非线性光学晶体；所述环形谐振腔结构中的其余谐振腔镜位于所述二倍频非线性光学晶体（2）和多倍频非线性光学晶体（3）一侧上方；所述环形谐振腔结构中的第三谐振腔镜（5）放置在一压电陶瓷（6）上；
由LD泵浦全固态激光器（7）发出的基频激光通过第一谐振腔镜（1）传输到二倍频非线性光学晶体（2），进行二倍频后获得二倍频激光；二倍频激光通过多倍频非线性光学晶体（3）进行三倍频或四倍频，获得紫外激光；尚未转换的二倍频激光再通过第三谐振腔镜（5）及所述环形谐振腔结构中的其余谐振腔镜回到所述第一谐振腔镜（1）再进行二倍频，之后二倍频激光沿所述环形谐振腔结构中的各倍频非线性光学晶体和各谐振腔镜进行循环倍频而产生高功率紫外激光；所述压电陶瓷（6）用于调节二倍频激光的频率与各谐振腔镜构成的谐振腔频率达到共振，以保证所有二倍频激光均在所述环形谐振腔结构内进行频率转换；所述的二倍频激光波长为532nm、527nm、523nm或515nm；所产生的紫外激光由所述环形谐振腔结构中的任一谐振腔镜输出。
2.按权利要求1所述的获得高功率紫外激光的方法，其特征在于，所述环形谐振腔结构的腔镜数量为3～6的整数个。
3.按权利要求1所述的获得高功率紫外激光的方法，其特征在于，所述的LD泵浦全固态激光器（7）为全固态电光调Q激光器、声光调Q激光器、被动调Q激光器或锁模激光器；其工作物质为Nd：YVO4、Nd：YAG、Nd：YLF或Yb：YAG；所发出的基频激光波长为1064nm、1053nm、1047nm或1030nm。
4.按权利要求1所述的获得高功率紫外激光的方法，其特征在于，所述的二倍频非线性光学晶体（2）为KTP、LBO、BBO、PPKTP或PPLN；所述的三倍频非线性光学晶体为LBO、CBO或BBO；所述四倍频非线性光学晶体为BBO或CLBO。
5.按权利要求1所述的获得高功率紫外激光的方法，其特征在于，所述环形谐振腔结构中的各谐振腔镜为平凹镜、平面镜或两边以布儒斯特角切割的棱镜。
6.一种获得高功率紫外激光的装置，其由LD泵浦全固态激光器（7）和环形谐振腔结构组成；所述的环形谐振腔结构由至少三个谐振腔镜环绕构成；所述环形谐振腔结构中的第一谐振腔镜（1）和第二谐振腔镜（4）置于一LD泵浦全固态激光器（7）发出脉冲激光的光轴上，所述第一谐振腔镜（1）与第二谐振腔镜（4）相对放置，其法线与所述光轴分别成1～89°角；在所述光轴上第一谐振腔镜（1）和第二谐振腔镜（4）之间还依次放置二倍频非线性光学晶体（2）和多倍频非线性光学晶体（3）；所述的多倍频非线性光学晶体（3）为三倍频非线性光学晶体或四倍频非线性光学晶体；所述环形谐振腔结构中的其余谐振腔镜位于所述二倍频非线性光学晶体（2）和多倍频非线性光学晶体（3）一侧上方；所述环形谐振腔结构中的第三谐振腔镜（5）放置在一压电陶瓷（6）上。
7.按权利要求6所述的获得高功率紫外激光的装置，其特征在于，所述环形谐振腔结构的腔镜数量为3～6的整数个。
8.按权利要求6所述的获得高功率紫外激光的装置，其特征在于，所述的LD泵浦全固态激光器（7）为全固态电光调Q激光器、声光调Q激光器、被动调Q激光器或锁模光器激光器；其工作物质为Nd：YVO4、Nd：YAG、Nd：YLF或Yb：YAG；所发出的基频激光波长为1064nm、1053nm、1047nm或1030nm。
9.按权利要求6所述的获得高功率紫外激光的装置，其特征在于，所述的二倍频非线性光学晶体（2）为KTP、LBO、BBO、PPKTP或PPLN；所述的三倍频非线性光学晶体为LBO、CBO或BBO；所述四倍频非线性光学晶体为BBO或CLBO。
10.按权利要求6所述的获得高功率紫外激光的装置，其特征在于，所述环形谐振腔结构中的各谐振腔镜为平凹镜、平面镜或两边以布儒斯特角切割的棱镜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010616875 CN102088158B (zh) | 2010-12-22 | 2010-12-22 | 一种获得高功率紫外激光的方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010616875 CN102088158B (zh) | 2010-12-22 | 2010-12-22 | 一种获得高功率紫外激光的方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102088158A CN102088158A (zh) | 2011-06-08 |
| CN102088158B true CN102088158B (zh) | 2013-02-27 |
Family
ID=44099833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010616875 Active CN102088158B (zh) | 2010-12-22 | 2010-12-22 | 一种获得高功率紫外激光的方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102088158B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104143759A (zh) * | 2013-05-07 | 2014-11-12 | 许洋 | 一种波长为343nm的全固态脉冲紫外激光器 |
| CN103944049B (zh) * | 2014-03-26 | 2017-03-15 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种小型化三腔镜环形腔中红外光参量振荡器 |
| CN104810718B (zh) * | 2015-04-28 | 2018-11-20 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | Nd:YLF激光四倍频装置及调试方法 |
| CN105633785A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-06-01 | 华南师范大学 | 一种锁模紫外激光器的光路系统 |
| CN110289542B (zh) * | 2019-07-04 | 2020-08-04 | 南京信息工程大学 | 一种基于角锥环形腔的2μm高重频注入锁频激光器 |
| CN111106520A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-05-05 | 北京科益虹源光电技术有限公司 | 一种355nm激光器 |
| CN113872036A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-12-31 | 上海频准激光科技有限公司 | 一种基于激光的三倍频装置及激光系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4701929A (en) * | 1985-12-19 | 1987-10-20 | Spectra-Physics, Inc. | Laser diode pumped solid state laser |
| EP0429319A1 (fr) * | 1989-11-03 | 1991-05-29 | Thomson-Csf | Doubleur de fréquence optique |
| CN1437288A (zh) * | 2003-03-14 | 2003-08-20 | 清华大学 | 半导体端面泵浦双向固体环行激光器 |
| CN101364703A (zh) * | 2008-05-30 | 2009-02-11 | 福州高意通讯有限公司 | 一种环行腔激光器 |
| CN101873172A (zh) * | 2010-06-22 | 2010-10-27 | 浙江大学 | 一种基于光纤环形谐振腔的毫米波发生装置及其方法 |
-
2010
- 2010-12-22 CN CN 201010616875 patent/CN102088158B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4701929A (en) * | 1985-12-19 | 1987-10-20 | Spectra-Physics, Inc. | Laser diode pumped solid state laser |
| US4701929B1 (zh) * | 1985-12-19 | 1990-07-10 | Spectra Physics | |
| EP0429319A1 (fr) * | 1989-11-03 | 1991-05-29 | Thomson-Csf | Doubleur de fréquence optique |
| CN1437288A (zh) * | 2003-03-14 | 2003-08-20 | 清华大学 | 半导体端面泵浦双向固体环行激光器 |
| CN101364703A (zh) * | 2008-05-30 | 2009-02-11 | 福州高意通讯有限公司 | 一种环行腔激光器 |
| CN101873172A (zh) * | 2010-06-22 | 2010-10-27 | 浙江大学 | 一种基于光纤环形谐振腔的毫米波发生装置及其方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102088158A (zh) | 2011-06-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102088158B (zh) | 一种获得高功率紫外激光的方法及装置 | |
| JP2009540538A (ja) | Ｕｖ及び可視レーザシステム | |
| CN103996968B (zh) | 一种复合腔结构的自拉曼黄光激光器 | |
| CN101345388B (zh) | 红、黄、绿同时输出的固体激光装置及其激光产生方法 | |
| CN101777724B (zh) | 端面泵浦双波长同轴切换输出调q基频、倍频激光器 | |
| US20130294465A1 (en) | HIGHLY EFFICIENT 3rd HARMONIC GENERATION IN Nd: YAG LASER | |
| CN202059045U (zh) | 一种大功率紫外激光器 | |
| CN106684674A (zh) | 一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器 | |
| CN101202412B (zh) | 一种固体激光器 | |
| Švejkar et al. | Compact diode-pumped CW and Q-switched 2.8 µm Er: YLF laser | |
| Li et al. | High efficiency generation of 355 nm radiation by extra-cavity frequency conversion | |
| CN101000996A (zh) | 双棒串接全固态直腔高功率单q开关准连续绿光激光器 | |
| CN101345389B (zh) | 全固态五波长同时输出的激光装置及五波长激光产生方法 | |
| CN102738695A (zh) | 半导体二极管侧面泵浦腔内倍频紫外激光器及其方法 | |
| Zhang et al. | Generation of 7.8 W at 355 nm from an efficient and compact intracavity frequency-tripled Nd: YAG laser | |
| CN100438232C (zh) | Ld侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器 | |
| CN206878308U (zh) | 一种中红外固体激光器 | |
| CN206595543U (zh) | 一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器 | |
| CN102522690A (zh) | 基于掺Nd3+增益介质的腔内和频连续波紫外激光器 | |
| CN102522691A (zh) | 采用直线腔的掺钕连续紫外激光器 | |
| CN202749676U (zh) | 一种端面泵浦双波长同轴切换输出激光器 | |
| Xu et al. | High power and conversion efficiency intracavity ultraviolet laser at 355 nm | |
| CN207183790U (zh) | 一种和频的腔内倍频激光器 | |
| Zhang et al. | 355-nm UV Generation by Intracavity Frequency Tripled Passively $ Q $-Switched Nd: YAG/Cr $^{4+} $: YAG Laser | |
| CN101174754A (zh) | 基于新月形谐波反射镜的激光器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |