CN102944963B - 一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件 - Google Patents

一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件 Download PDF

Info

Publication number
CN102944963B
CN102944963B CN201210444292.9A CN201210444292A CN102944963B CN 102944963 B CN102944963 B CN 102944963B CN 201210444292 A CN201210444292 A CN 201210444292A CN 102944963 B CN102944963 B CN 102944963B
Authority
CN
China
Prior art keywords
face
outgoing
nonlinear crystal
laser beam
compensation block
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201210444292.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102944963A (zh
Inventor
石朝辉
樊仲维
王培峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing GK Laser Technology Co Ltd
Original Assignee
Beijing GK Laser Technology Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing GK Laser Technology Co Ltd filed Critical Beijing GK Laser Technology Co Ltd
Priority to CN201210444292.9A priority Critical patent/CN102944963B/zh
Publication of CN102944963A publication Critical patent/CN102944963A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102944963B publication Critical patent/CN102944963B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明提供一种非线性晶体组件，包括：非线性晶体，具有第一入射端面和第一出射端面；补偿块，具有第二入射端面和第二出射端面，从非线性晶体出射的激光束通过第二入射端面入射到补偿块中并通过第二出射端面出射，第二出射端面上镀有增透膜。

Description

一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件
技术领域
本发明涉及一种非线性晶体组件，尤其涉及一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件。
背景技术
在外腔倍频紫外激光器中，利用非线性频率变换技术，通过非线性晶体可以获得紫外激光输出，通常需采用三倍频技术、四倍频技术或五倍频技术获得紫外激光。
其中三倍频技术产生紫外激光原理如图1所示：利用基频光先通过二倍频晶体产生二倍频激光输出，然后二倍频激光和剩余的基频光共同通过三倍频晶体，这时二倍频激光和剩余的基频光将在三倍频晶体内产生和频过程，从而产生三倍频激光。例如要产生355nm的紫外激光，则使1064nm的基频光首先通过二倍频晶体（例如LBO，KTP，BBO等），变成532nm的二倍频激光，这时532nm的二倍频激光和剩余的1064nm的基频光再一起通过一个三倍频晶体（例如LBO），和频后变成355nm的三倍频激光。
四倍频技术产生紫外激光原理如图2所示：利用基频光先通过二倍频晶体产生二倍频激光输出，然后二倍频激光再通过四倍频晶体，这时二倍频激光再次发生倍频，这就产生了四倍频激光。例如要产生266nm的紫外激光，则使1064nm的基频光首先通过二倍频晶体（例如LBO，KTP，BBO等）变成532nm的二倍频激光，然后使532nm的二倍频激光再通过一个四倍频晶体（例如BBO）变成266nm的四倍频激光。
现有技术中，为了阻止晶体端面的菲涅耳反射损耗，产生紫外激光输出的非线性晶体的出射端面（三倍频中为S4面，四倍频中为S14面）需要对紫外激光波长镀相应的增透膜。仍以上述1064nm的基频激光为例：S4面一般镀膜为：AR355nm&532nm&1064nm；S14面一般镀膜为：AR266nm&532nm；但是由于目前镀膜技术的限制，紫外激光增透膜的膜层寿命都是有限的，对大功率紫外激光器而言，通常寿命不超过1000小时。这样一套紫外激光器的寿命受到了很大的限制。为了解决这一问题，现有技术中采用运动机构，手动或自动的移动产生紫外激光的非线性晶体，来达到更换出射点位置的方法。但是由于非线性晶体要求严格的匹配角度，通常的运动机构很难做到绝对平行的运动，这造成移动以后晶体的入射角度发生偏移，将导致紫外激光输出功率出现大幅下降，这对后续应用产生巨大的负面影响。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件，使用寿命长，结构简单可靠，且不会使紫外激光输出功率下降。
本发明提供一种非线性晶体组件，包括：
非线性晶体，具有第一入射端面和第一出射端面；
补偿块，具有第二入射端面和第二出射端面，从非线性晶体出射的激光束通过第二入射端面入射到补偿块中并通过第二出射端面出射，第二出射端面上镀有增透膜。
根据本发明提供的组件，其中第二入射端面和第二出射端面与激光束之间的夹角使得从所述第二出射端面出射的激光束为所需方向。
根据本发明提供的组件，其中第二入射端面和第二出射端面与激光束之间的夹角使得从所述第二出射端面出射的激光束平行于入射到非线性晶体的所述第一入射端面的激光束的方向。
根据本发明提供的组件，其中所述第一入射端面垂直于激光束。
根据本发明提供的组件，其中所述第二出射端面垂直于从所述第二出射端面出射的激光束。
根据本发明提供的组件，其中激光入射到所述第二入射端面的入射角为布儒斯特角。
根据本发明提供的组件，其中激光束穿过非线性晶体入射到第一出射端面的入射角等于布儒斯特角。
根据本发明提供的组件，其中所述补偿块可相对于非线性晶体而平移。
根据本发明提供的组件，其中所述补偿块的材料为紫外石英材料。
根据本发明提供的组件，其中所述补偿块可更换。
本发明提供的非线性晶体组件可显著提高非线性晶体的使用寿命，而且出射激光光路仍和入射的激光光路保持平行，这样就不需要复杂的棱镜以及其他折转光路，整套设计结构简单可靠而且成本较低。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1为三倍频技术产生紫外激光的原理示意图；
图2为四倍频技术产生紫外激光的原理示意图；
图3为根据本发明的一个实施例的非线性晶体组件的结构示意图；
图4为根据本发明的一个实施例的非线性晶体组件在操作过程中的移动示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例提供一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件，其结构如图3所示，包括：
非线性晶体，其具有入射端面S1和出射端面S2，其中入射端面S1与沿轴向A入射的激光束L垂直，出射端面S2为斜面，且激光束L与出射端面S2的法线N1之间的角度θ1等于布儒斯特角，当入射的激光束L满足布儒斯特角入射条件的时候，出射时几乎不产生任何的反射损耗，因此出射端面S2可以只抛光，而不镀紫外激光增透膜；
补偿块，由紫外石英材料制成，具有入射端面S3和出射端面S4，从非线性晶体出射的激光束从入射端面S3入射并通过出射端面S4出射，其中入射端面S3为斜面，入射端面S3的法线N2与轴向A之间的角度θ5使得激光L以角度θ4入射到端面S4，并在入射到端面S4后平行于轴向A地在补偿块中传播，出射端面S4与轴向A垂直，且出射端面S4上镀有紫外激光增透膜。
由于补偿块的出射端面仍需要镀有寿命有限的紫外激光增透膜，因此可以采用如下图4所示的方案，通过运动机构平移补偿块而更换激光在紫外激光增透膜中的出射位置，从而提高补偿块的使用寿命，补偿块入射端面S3的角度可使入射激光束L保持入射到非线性晶体组件之前的传播方向，且在补偿块的平移过程中，非线性晶体无需位置移动，因此不会影响紫外激光的功率。一旦补偿块损坏，可快速简单地更换补偿块，而无需拆卸线性晶体，紫外激光的功率也不会受到影响，且更换补偿块的材料成本远远低于更换紫外非线性晶体的成本。
1064nm的基频激光为例，选择最常使用的LBO晶体作为三倍频晶体，示出图3中所示的各个角度的计算过程：
由光学材料手册可以查得355nm紫外激光在LBO中的折射率n1=1.597054，355nm紫外激光在石英中的折射率n2=1.47607。
根据折射定律可知：
n1×sinθ1=1×sinθ2；                        （1）
当满足布儒斯特条件时：θ1+θ2=90°            （2）
利用上述n1数据可知，LBO晶体端面S2的法线N1与轴向A之间的角度θ1=32.05°，激光束L从端面S2出射的出射角θ2=57.95°。
对于补偿块来说，同样地根据折射定律可知：
1×sinθ4=n2×sinθ5                          （3）
当出射激光束L仍为轴向A方向时，应满足条件：
θ4-θ5=θ2-θ1                               （4）
利用上述n2、θ1、θ2的数据，并联立（3）和（4）组成的方程，通过解方程可可得，补偿块端面S3的法线N2与轴向A之间的夹角θ5=37.15°，激光束L入射到补偿块端面S3的入射角θ4=63.05°。
根据本发明的一个实施例，其中补偿块的材料优选为折射率与非线性晶体的折射率接近的紫外石英材料。这样θ5和θ1更为接近，入射到补偿块的角度接近于布儒斯特角，在补偿块端面入射时产生的反射损耗会较低。
根据本发明的一个实施例，其中在对激光器性能要求不高时，激光束L与出射端面S2的法线N1之间的角度θ1也可以不等于布儒斯特角。
根据本发明的一个实施例，其中还可以使激光束L入射到补偿块的入射端面S3的入射角为布儒斯特角，从而降低补偿块入射端面产生的反射损耗，这时激光束L在补偿块中的传播方向不再平行于轴向A，如果要使激光束L以轴向A出射到端面S4以外，则需要使端面S4与轴向A呈一定的夹角。也可以使出射端面S4为其他角度从而使激光束L以所需的方向出射。本领域技术人员可通过简单的几何知识计算得到出射端面S4与轴向A之间的夹角。
根据本发明的一个实施例，其中非线性晶体的入射端面S1也可以是倾斜的，例如可使激光束L入射到端面S1的入射角为布儒斯特角，同时端面S2的倾斜角度被设计为使得激光束L穿过非线性晶体入射到端面S2的入射角为布儒斯特角。通过设计补偿块的入射端面S3与出射端面S4的倾斜角度，可使得激光束L以所需的方向出射。本领域技术人员可通过简单的几何知识计算得到S1、S2、S3和S4各自的倾斜角度。
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 (9)

1.一种非线性晶体组件，包括：
非线性晶体，具有第一入射端面和第一出射端面；
补偿块，具有第二入射端面和第二出射端面，从非线性晶体出射的激光束通过第二入射端面入射到补偿块中并通过第二出射端面出射，第二出射端面上镀有增透膜，其中所述补偿块可相对于非线性晶体而平移。
2.根据权利要求1所述的组件，其中第二入射端面和第二出射端面与激光束之间的夹角使得从所述第二出射端面出射的激光束为所需方向。
3.根据权利要求2所述的组件，其中第二入射端面和第二出射端面与激光束之间的夹角使得从所述第二出射端面出射的激光束平行于入射到非线性晶体的所述第一入射端面的激光束的方向。
4.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一入射端面垂直于激光束。
5.根据权利要求1所述的组件，其中所述第二出射端面垂直于从所述第二出射端面出射的激光束。
6.根据权利要求1所述的组件，其中激光入射到所述第二入射端面的入射角为布儒斯特角。
7.根据权利要求1所述的组件，其中激光束穿过非线性晶体入射到第一出射端面的入射角等于布儒斯特角。
8.根据权利要求1所述的组件，其中所述补偿块的材料为紫外石英材料。
9.根据权利要求1所述的组件，其中所述补偿块可更换。
CN201210444292.9A 2012-11-08 2012-11-08 一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件 Expired - Fee Related CN102944963B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210444292.9A CN102944963B (zh) 2012-11-08 2012-11-08 一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210444292.9A CN102944963B (zh) 2012-11-08 2012-11-08 一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102944963A CN102944963A (zh) 2013-02-27
CN102944963B true CN102944963B (zh) 2015-05-13

Family

ID=47727922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210444292.9A Expired - Fee Related CN102944963B (zh) 2012-11-08 2012-11-08 一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102944963B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3417515B1 (en) * 2016-03-30 2023-11-29 IPG Photonics Corporation High efficiency laser system for third harmonic generation
CN105932534A (zh) * 2016-06-17 2016-09-07 北京国科世纪激光技术有限公司 腔内倍频像散补偿型激光器
CN108988107A (zh) * 2018-08-15 2018-12-11 武汉安扬激光技术有限责任公司 一种飞秒紫外光激光器
CN111244744B (zh) * 2020-01-16 2022-02-15 中国科学院大连化学物理研究所 一种高功率激光系统中光学晶体损伤防护方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6424454B1 (en) * 2001-02-12 2002-07-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Brewster-cut crystal for nonlinear frequency conversion
JP2004279798A (ja) * 2003-03-17 2004-10-07 Nikon Corp 波長変換素子及び紫外線発生装置
CN1601332A (zh) * 2003-09-26 2005-03-30 三菱电机株式会社 波长变换激光装置
JP2006163256A (ja) * 2004-12-10 2006-06-22 Nikon Corp 波長変換結晶及び波長変換光学系
CN101103501A (zh) * 2004-11-30 2008-01-09 电子科学工业公司 用于耐久高功率激光波长变换的非线性晶体改进
CN101604814A (zh) * 2009-06-24 2009-12-16 深圳市大族激光科技股份有限公司 一种紫外倍频激光器及其移点方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6424454B1 (en) * 2001-02-12 2002-07-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Brewster-cut crystal for nonlinear frequency conversion
JP2004279798A (ja) * 2003-03-17 2004-10-07 Nikon Corp 波長変換素子及び紫外線発生装置
CN1601332A (zh) * 2003-09-26 2005-03-30 三菱电机株式会社 波长变换激光装置
CN101103501A (zh) * 2004-11-30 2008-01-09 电子科学工业公司 用于耐久高功率激光波长变换的非线性晶体改进
JP2006163256A (ja) * 2004-12-10 2006-06-22 Nikon Corp 波長変換結晶及び波長変換光学系
CN101604814A (zh) * 2009-06-24 2009-12-16 深圳市大族激光科技股份有限公司 一种紫外倍频激光器及其移点方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102944963A (zh) 2013-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102944963B (zh) 一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件
CN109149346B (zh) 一种实现能量逆转换腔内调控的多光参量振荡器
CN102244346B (zh) 利用半波片的端面泵浦激光器
CN103887698A (zh) 一种高效的单泵源双端对称式泵浦激光器
CN1162945C (zh) 一种三次谐波激光产生方法
CN104659643A (zh) 一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器
CN103944048A (zh) 一种基于单包层钕光纤及环形腔的飞秒激光器及制作方法
CN108988107A (zh) 一种飞秒紫外光激光器
CN101373883B (zh) 三倍频激光器
CN103199427B (zh) 一种内腔单谐振光学参量振荡器
CN104600552A (zh) 一种单晶金刚石连续波可调谐深紫外激光器
CN203747230U (zh) 一种高效的单泵源双端对称式泵浦激光器
CN111064071B (zh) 一种高功率三倍频紫外飞秒激光器
CN101539703A (zh) 一种倍频器
CN217934553U (zh) 一种大光斑和高光束质量输出的紫外激光器
CN101247018A (zh) 一种腔内倍频微片激光器
CN102208747B (zh) 一种固体激光器
CN106025777B (zh) 一种半导体泵浦激光清洗机的激光光路系统
CN102299471B (zh) 腔外谐振紫外激光产生装置
CN102263364A (zh) 泵浦光高效利用的端面泵浦激光器
CN101567516A (zh) 调q激光器
CN201656241U (zh) 一种减少激光腔损伤的激光器
CN201178243Y (zh) 一种腔内倍频微片激光器
CN202930742U (zh) 一种腔内倍频固体激光器
CN204651675U (zh) 一种多波长全固态混频激光器

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
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150513

Termination date: 20201108

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee