CN104319618A - 355nm紫外固体激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种355nm紫外固体激光器，包括设置在底板上的半导体侧面泵浦模块，侧面泵浦模块左侧的滑轨上由远及近同轴设置有准直激光器、全反射腔镜、第一声光Q开关和第二声光Q开关，侧面泵浦模块右侧的滑轨上由近及远同轴设置有谐波反射镜、倍频晶体、和频晶体、三次谐波输出镜和光阑。本发明提供了一种简单实用的设计，通过直线型内腔三倍频方法实现一种高效高功率的355nm紫外固体激光器。具有结构简单紧凑的特点,谐波反射镜、倍频晶体、和频晶体的依次设置降低插入损耗并且易于调节，双声光Q开关提高了激光器功率，在重复频率为10kHz时，该激光器最大输出功率高达40W，从808nm到355nm的光-光转换效率约为8%，容易实现工程化应用。
Description
技术领域
本发明属于全固态激光技术领域，具体涉及一种355nm紫外固体激光器。
背景技术
紫外激光由于具有光子能量大和聚焦性能好的优点，已经广泛运用于工业、科研、医疗及军事等领域，特别是钻孔、打标、划片、焊接等工业微加工领域。半导体激光器（LD）泵浦的全固态紫外激光器，具备体积小、效率高、寿命长、无毒和价格便宜等诸多优点，近年来发展迅速，成为全固态激光技术领域的研究热点之一。全固态紫外激光器又以355nm和266nm紫外激光器最为常见。
目前，对1064nm波长的基频光与532nm波长的倍频光腔内或腔外和频产生三次谐波（即三倍频），是获取高功率355nm紫外激光的主要技术手段。David R. Dudley等报道了题为“Q-switched diode pumped Nd:YAG rod laser with output power of 420W at 532nm and 160W at 355nm”的文章，利用两个大功率泵浦模块串联，在折叠谐振腔内加入双折射补偿元件，虽然355nm激光输出功率高达160W，但谐振腔结构复杂，腔内元件众多，调节困难，较大的插入损耗使得其光-光转换效率仅有6%。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种355nm紫外固体激光器。
本发明的技术方案是：一种355nm紫外固体激光器，包括设置在底板上的半导体侧面泵浦模块，侧面泵浦模块左侧的滑轨上由远及近同轴设置有准直激光器、全反射腔镜、第一声光Q开关和第二声光Q开关，侧面泵浦模块右侧的滑轨上由近及远同轴设置有谐波反射镜、倍频晶体、和频晶体、三次谐波输出镜和光阑。
全反射腔镜、谐波反射镜及三次谐波输出镜均为平面镜。
所述的全反射腔镜内表面镀有1064nm基频波长高反膜。
所述的第一声光Q开关与第二声光Q开关通光端面镀有1064nm波长增透膜。
所述的半导体侧面泵浦模块包括一支尺寸为Φ3mm×130mm的Nd：YAG晶体与40个功率20W的激光器阵列，激光器阵列发射808nm波长的泵浦光，按五角形等间距对称环绕泵浦Nd：YAG晶体。Nd：YAG晶体中Nd3+掺杂浓度为0.6at%，通光端面镀有1064nm波长增透膜。
所述的谐波反射镜左端面镀有1064nm波长增透膜，右端面镀有532nm和355nm波长的高反膜及1064nm波长的增透膜。
所述的倍频晶体与和频晶体均为非线性光学晶体三硼酸锂，所述的倍频晶体左右两通光端面均镀有1064nm和532nm波长增透膜，和频晶体左右两通光端面均镀有1064nm、532nm和355nm波长增透膜。
所述的三次谐波输出镜左端面镀有1064nm和532nm波长高反膜及355nm增透膜，右端面面镀有355nm波长增透膜。
本发明提供了一种简单实用的设计，通过直线型内腔三倍频方法实现一种高效高功率的355nm紫外固体激光器。具有结构简单紧凑的特点,谐波反射镜、倍频晶体、和频晶体的依次设置降低插入损耗并且易于调节，双声光Q开关提高了激光器功率，在重复频率为10kHz时，该激光器最大输出功率高达40W，从808nm到355nm的光-光转换效率约为8%，容易实现工程化应用。
附图说明
图1 是本发明的结构示意图；
图2 是本发明中激光的振荡分布图。
其中：
1 准直激光器 2 全反射腔镜
3 第一声光Q开关 4 第二声光Q开关
5 半导体侧面泵浦模块 6 谐波反射镜
7 倍频晶体 8 和频晶体
9 三次谐波输出镜 10 光阑
11 滑轨 12 底板。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1所示，一种355nm紫外固体激光器，包括设置在底板12上的半导体侧面泵浦模块5，侧面泵浦模块5左侧的滑轨11上由远及近同轴设置有准直激光器1、全反射腔镜2、第一声光Q开关3和第二声光Q开关4，侧面泵浦模块5右侧的滑轨11上由近及远同轴设置有谐波反射镜6、倍频晶体7、和频晶体8、 三次谐波输出镜9和光阑10。
全反射腔镜2、谐波反射镜6及三次谐波输出镜9均为平面镜。
所述的全反射腔镜2内表面镀有1064nm基频波长高反膜。
所述的第一声光Q开关3与第二声光Q开关4通光端面镀有1064nm波长增透膜。
所述的半导体侧面泵浦模块5包括一支尺寸为Φ3mm×130mm的Nd：YAG晶体与40个功率20W的激光器阵列，激光器阵列发射808nm波长的泵浦光，按五角形等间距对称环绕泵浦Nd：YAG晶体。Nd：YAG晶体中Nd3+掺杂浓度为0.6at%，通光端面镀有1064nm波长增透膜。
所述的谐波反射镜6左端面镀有1064nm波长增透膜，右端面镀有532nm和355nm波长的高反膜及1064nm波长的增透膜。
所述的倍频晶体7是采用的Ⅱ类临界相位匹配的LBO晶体，切割角度为θ=21.1o，φ=90o，长度为20mm，两通光端面均镀有1064nm和532nm波长增透膜。
所述的和频晶体8是采用的Ⅱ类临界相位匹配的LBO晶体，切割角度为θ=42.5o，φ=90o，长度为25mm，两通光端面均镀有1064nm、532nm和355nm波长增透膜。
所述的倍频晶体7左右两通光端面均镀有1064nm和532nm波长增透膜，和频晶体8左右两通光端面均镀有1064nm、532nm和355nm波长增透膜。
所述的三次谐波输出镜9左端面镀有1064nm和532nm波长高反膜及355nm增透膜，右端面面镀有355nm波长增透膜。
所述的光阑10安装在四维调整架上，直径为4mm，调整光阑10的位置可滤除输出光中大部分的杂散光。
本发明的工作原理如下：
准直激光器1仅在调试激光器时使用，将准直激光器1发出的可见光束作为参考光束，需依次将其他光学器件调节至准直状态。在半导体侧面泵浦模块5中，激光器阵列发出的808nm泵浦光照射Nd：YAG棒产生1064nm荧光，在全反射腔镜2与三次谐波输出镜9构成的基频光谐振腔中来回振荡形成1064nm基频激光。在谐振腔内插入第一声光Q开关3和第二声光Q开关4进行调制，使1064nm基频光由连续状态变成脉冲状态，获得高的激光峰值功率。当1064nm基频激光经过倍频晶体7时，一部分1064nm基频光在倍频晶体中产生倍频效应转换为波长为532nm的倍频光，随后剩余的1064nm基频光与532nm倍频光在通过和频晶体8时产生和频效应，部分转化为波长为355nm的和频光。产生的355nm和频光透过三次谐波输出镜9输出腔外，而未转化的1064nm基频光与532nm倍频光被三次谐波输出镜9逆向反射回来，再次通过和频晶体8产生逆向355nm和频光。谐波反射镜6同时将逆向的532nm倍频光与355nm和频光沿原路反射，使532nm倍频光在谐波反射镜6与三次谐波输出镜9之间振荡，多次参与和频过程，提高和频效率，并使355nm激光从三次谐波输出镜9单向输出。输出的355nm激光经过光阑10后，大部分的杂散光被滤除，从而获得较好的光斑。
图2是1064nm基频光、532nm倍频光与355nm和频光的振荡分布图。
本发明提供了一种简单实用的设计，通过直线型内腔三倍频方法实现一种高效高功率的355nm紫外固体激光器。具有结构简单紧凑的特点,谐波反射镜、倍频晶体、和频晶体的依次设置降低插入损耗并且易于调节，双声光Q开关提高了激光器功率，在重复频率为10kHz时，该激光器最大输出功率高达40W，从808nm到355nm的光-光转换效率约为8%，容易实现工程化应用。
Claims (8)
1.一种355nm紫外固体激光器，包括设置在底板（12）上的半导体侧面泵浦模块（5），其特征在于：侧面泵浦模块（5）左侧的滑轨（11）上由远及近同轴设置有准直激光器（1）、全反射腔镜（2）、第一声光Q开关（3）和第二声光Q开关（4），侧面泵浦模块（5）右侧的滑轨（11）上由近及远同轴设置有谐波反射镜（6）、倍频晶体（7）、和频晶体（8）、 三次谐波输出镜（9）和光阑（10）。
2.根据权利要求1所述的355nm紫外固体激光器，其特征在于：全反射腔镜（2）、谐波反射镜（6）及三次谐波输出镜（9）均为平面镜。
3.根据权利要求1所述的355nm紫外固体激光器，其特征在于：所述的全反射腔镜（2）内表面镀有1064nm基频波长高反膜。
4.根据权利要求1所述的355nm紫外固体激光器，其特征在于：所述的第一声光Q开关（3）与第二声光Q开关（4）通光端面镀有1064nm波长增透膜。
5.根据权利要求1所述的355nm紫外固体激光器，其特征在于：所述的半导体侧面泵浦模块（5）包括一支尺寸为Φ3mm×130mm的Nd：YAG晶体与40个功率20W的激光器阵列，激光器阵列发射808nm波长的泵浦光，按五角形等间距对称环绕泵浦Nd：YAG晶体，Nd：YAG晶体中Nd3+掺杂浓度为0.6at%，通光端面镀有1064nm波长增透膜。
6.根据权利要求1所述的355nm紫外固体激光器，其特征在于：所述的谐波反射镜（6）左端面镀有1064nm波长增透膜，右端面镀有532nm和355nm波长的高反膜及1064nm波长的增透膜。
7.根据权利要求1所述的355nm紫外固体激光器，其特征在于：所述的倍频晶体（7）与和频晶体（8）均为非线性光学晶体三硼酸锂，所述的倍频晶体（7）左右两通光端面均镀有1064nm和532nm波长增透膜，和频晶体（8）左右两通光端面均镀有1064nm、532nm和355nm波长增透膜。
8.根据权利要求1所述的355nm紫外固体激光器，其特征在于：所述的三次谐波输出镜（9）左端面镀有1064nm和532nm波长高反膜及355nm增透膜，右端面面镀有355nm波长增透膜。
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