CN104409962A - 一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，包括激光泵浦源、光学耦合系统、激光谐振腔、折叠镜、谐波分离镜、绿光反射镜、激光晶体、调 Q 开关、二次谐波晶体以及三次谐波晶体； 调 Q 方式产生的高峰值功率准连续基频激光经过倍频晶体产生绿激光，生产的绿激光与剩余的基波共同作用生产 355nm 紫外激光，未转化的绿光与紫外光经不同的路径输出，可形成绿光、紫外的双波长输出激光器；本发明可充分利用两种波长满足在实际应用中的需要，也可选择其中一种波长输出，拓宽了应用领域，系统效率高，结构紧凑，使用方便，可广泛应用于工业加工、科研、医疗、军事等领域。

Description

一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器

技术领域

本发明涉及激光器应用技术领域，尤其是一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器。

背景技术

高平均功率全固态调Q355nm与532nm激光器在微电子、激光加工、光刻技术、精密材料加工等领域应用广泛，如在电路板加工与立体印刷方面。电路板加工要求紫外激光在高重复频率时提供大于300μJ的脉冲能量；立体印刷技术要求的是平均功率(一般在0.4～1W之间)；而一般的激光材料加工要求的平均功率在5～10W水平。

紫外光的短波长对于微加工应用有两个优越性：(1)较短的波长能够加工更小的部件，光束的衍射现象是限制加工部件最小尺寸的主要因素，最小可达到的聚焦点的直径随着波长的增加而线性增加；(2)高能量的光子可以直接破坏材料的化学键，紫外光加工材料过程称为“光蚀”效应，高能量的光子直接破坏材料的化学键，是“冷”处理过程，热影响区域微乎其微；相比之下，可见光和红外激光器利用聚焦到加工部位的热量来熔化材料，热量经过传导会影响到周围的材料，产生热影响区域。

目前市场上大部分的端面泵浦紫外激光器都是腔内和频方式。这种方式仍然不能将倍频激光完全转换，但剩余的倍频激光容易造成腔内元件损坏，或污染腔体，影响激光器的性能。为了满足对不同材料选择性的加工，通常需要两种波长的激光器。尤其是需要倍频和紫外交替加工时，不得不使用两台激光器交替使用。系统复杂性较高，不紧增加了成本，还增加了工序。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种可输出双波长，且结构紧凑的二极管端面泵浦全固态紫外激光器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，包括激光泵浦源、光学耦合系统、激光谐振腔、折叠镜、谐波分离镜、绿光反射镜、激光晶体、调Q开关、二次谐波晶体以及三次谐波晶体；所述激光谐振腔包括第一全反镜以及第二全反镜，所述第一全反镜、第二全反镜与折叠镜之间构成V型、L型或Z型折叠腔结构，其中，所述激光晶体以及调Q开关依次设在折叠镜与第一全反镜之间，所述谐波分离镜、三次谐波晶体以及二次谐波晶体依次设在所述折叠镜与第二全反镜之间；所述谐波分离镜用于输出紫外激光，所述绿光反射镜用于输出倍频绿光。

优选的，所述的激光泵浦源为具有一个泵浦源的单端泵浦或具有两个泵浦源的双端泵浦。

优选的，所述的二次谐波晶体为磷酸二氢钾、三硼酸锂、硼酸铋、磷酸氧钛钾或偏硼酸钡其中的一种非线性光学晶体。

优选的，所述的三次谐波晶体为三硼酸锂、或三硼酸铯、或硼酸铯锂或偏硼酸钡其中的一种非线性光学晶体。

优选的，所述的激光晶体为Nd:YVO₄、Nd:YAG晶体、Nd：YLF晶体或Nd:Glass其中的一种。

优选的，所述的调Q开关为声光调Q器件、电光调Q器件或被动调Q器件。

优选的，所述折叠镜的材质为融石英或石英，其两端面均镀高透膜。

优选的，所述谐波分离镜的材质为融石英或石英，其中一端面镀高透膜，另一端面镀高反膜。

本发明二极管激光器输出的泵浦激光经准直聚焦后进入激光晶体，激光晶体吸收泵浦光后受激辐射，经过激光谐振腔镜和折叠镜的选模作用，产生高光束质量的线偏基频光(S偏振)。由于调Q作用得到高峰值功率的基频脉冲光。线偏振的基频光经过二次谐波晶体时，产生垂直基频偏振态(P偏振)的倍频绿光脉冲。相互垂直偏振态的绿光脉冲和剩余的基波脉冲在三次谐波晶体内发生和频，产生偏振态与基波偏振态(S偏振)一致的三次谐波紫外激光脉冲。谐波分离镜将绿光与紫外光分离，紫外光从谐波分离镜处输出，绿光由折叠镜处输出。此外，本发明可以通过调节二次谐波晶体的控制温度调节绿光与紫外光的功率分配。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该全固态紫外激光器具有转换效率高，体积小、稳定可靠、使用方便、用途广泛、性价比高等特点；充分利用两种波长满足在实际应用中的需要，也可选择其中一种波长输出，拓宽了应用领域，系统效率高，结构紧凑，使用方便，可广泛应用于工业加工、科研、医疗、军事等领域。

附图说明

图1为本发明的“L”型全固态紫外激光器的结构示意图；

图2为本发明的“V”型全固态紫外激光器的结构示意图；

图3为本发明的“Z”型全固态紫外激光器结构示意图。

图中的附图标记为：

1、激光泵浦源；2、光学耦合系统；3、第二全反镜；4、第一全反镜；5、折叠镜；6、谐波分离镜；7、绿光反射镜；8、激光晶体；9、调Q开关；10、三次谐波晶体；11、二次谐波晶体；12、紫外光反射镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，包括激光泵浦源1、光学耦合系统2、激光谐振腔、折叠镜5、谐波分离镜6、绿光反射镜7、激光晶体8、调Q开关9、二次谐波晶体11以及三次谐波晶体10；所述激光谐振腔包括第一全反镜4以及第二全反镜3，所述第一全反镜4、第二全反镜3与折叠镜5之间构成V型、L型或Z型折叠腔结构，谐波分离镜6用于输出紫外激光，绿光反射镜7用于输出倍频绿光。

具体的，本实施例中，激光泵浦源1优选为具有一个泵浦源的单端泵浦或具有两个泵浦源的双端泵浦。二次谐波晶体11为磷酸二氢钾、三硼酸锂、硼酸铋、磷酸氧钛钾或偏硼酸钡其中的一种非线性光学晶体。三次谐波晶体10为三硼酸锂、或三硼酸铯、或硼酸铯锂或偏硼酸钡其中的一种非线性光学晶体。激光晶体8优选为Nd:YVO₄、Nd:YAG晶体、Nd：YLF晶体或Nd:Glass其中的一种。调Q开关9为声光调Q器件、电光调Q器件或被动调Q器件。折叠镜5的材质为融石英或石英，其两端面均镀高透膜。谐波分离镜6的材质为融石英或石英，其中一端面镀高透膜，另一端面镀高反膜。

下面结合图1至图3对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

实施例一

请参阅图1，图1为本发明的“L”型全固态紫外激光器的结构示意图；实施例一提供一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，包括激光泵浦源1、光学耦合系统2、激光谐振腔、折叠镜5、谐波分离镜6、绿光反射镜7、激光晶体8、调Q开关9、二次谐波晶体11以及三次谐波晶体10；所述激光谐振腔包括第一全反镜4以及第二全反镜3，所述第一全反镜4、第二全反镜3与折叠镜5之间构成L型折叠腔结构，所述谐波分离镜6用于输出紫外激光，所述绿光反射镜7用于输出倍频绿光。

具体的，第一全反镜4、折叠镜5与第二全反镜3三者之间构成L型折叠腔结构，激光泵浦源1、光学耦合系统2、折叠镜5、激光晶体8、调Q开关9以及第一全反镜4位于第一条直线上，绿光反射镜7、折叠镜5、谐波分离镜6、三次谐波晶体10、二次谐波晶体11以及第二全反镜3之间位于第二条直线上，第一条直线与第二条直线的交点为折叠镜5，且第一条直线与第二条直线的夹角为90°。

实施例二

请参阅图2，图2为本发明的“V”型全固态紫外激光器的结构示意图；实施例二提供一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，包括激光泵浦源1、光学耦合系统2、激光谐振腔、折叠镜5、谐波分离镜6、绿光反射镜7、激光晶体8、调Q开关9、二次谐波晶体11以及三次谐波晶体10；所述激光谐振腔包括第一全反镜4以及第二全反镜3，所述第一全反镜4、第二全反镜3与折叠镜5之间构成V型折叠腔结构，所述谐波分离镜6用于输出紫外激光，所述绿光反射镜7用于输出倍频绿光。

具体的，第一全反镜4、折叠镜5与第二全反镜3三者之间构成V型折叠腔结构，激光泵浦源1、光学耦合系统2、折叠镜5、激光晶体8、调Q开关9以及第一全反镜4位于第一条直线上，绿光反射镜7、折叠镜5、谐波分离镜6、三次谐波晶体10、二次谐波晶体11以及第二全反镜3之间位于第二条直线上，第一条直线与第二条直线的交点为折叠镜5，且第一条直线与第二条直线的夹角为0°～90°。

实施例三

请参阅图3，图3为本发明的“Z”型全固态紫外激光器的结构示意图；实施例三提供一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，包括激光泵浦源1、光学耦合系统2、激光谐振腔、折叠镜5、谐波分离镜6、绿光反射镜7、激光晶体8、调Q开关9、二次谐波晶体11以及三次谐波晶体10；所述激光谐振腔包括第一全反镜4以及第二全反镜3，所述谐波分离镜6用于输出紫外激光，所述绿光反射镜7用于输出倍频绿光。

具体的，本实施例中，包括两个激光泵浦源1、光学耦合系统2以及折叠镜5，在同一直线方向上依次设有激光泵浦源1、光学耦合系统2、折叠镜5、激光晶体8、折叠镜5、光学耦合系统2以及激光泵浦源1，本实施例中，第一全反镜4、激光晶体右侧的折叠镜5、激光晶体左侧的折叠镜5以及第二全反镜3之间为Z型折叠腔结构。

第一全反镜4与激光晶体右侧的折叠镜5之间设有调Q开关9，激光晶体左侧的折叠镜5与第二全反镜3之间设有谐波分离镜6、三次谐波晶体10以及二次谐波晶体11，谐波分离镜6可经紫外光反射镜12输出紫外光。

综上所述，本发明提供的全固态紫外激光器具有转换效率高，体积小、稳定可靠、使用方便、用途广泛、性价比高等特点；充分利用两种波长满足在实际应用中的需要，也可选择其中一种波长输出，拓宽了应用领域，系统效率高，结构紧凑，使用方便，可广泛应用于工业加工、科研、医疗、军事等领域。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其特征在于：包括激光泵浦源、光学耦合系统、激光谐振腔、折叠镜、谐波分离镜、绿光反射镜、激光晶体、调Q开关、二次谐波晶体以及三次谐波晶体；

所述激光谐振腔包括第一全反镜以及第二全反镜，所述第一全反镜、第二全反镜与折叠镜之间构成V型、L型或Z型折叠腔结构，其中，所述激光晶体以及调Q开关依次设在折叠镜与第一全反镜之间，所述谐波分离镜、三次谐波晶体以及二次谐波晶体依次设在所述折叠镜与第二全反镜之间；所述谐波分离镜用于输出紫外激光，所述绿光反射镜用于输出倍频绿光。

2.根据权利要求1所述的二极管端面泵浦全固态紫外器，其特征在于，所述的激光泵浦源为具有一个泵浦源的单端泵浦或具有两个泵浦源的双端泵浦。

3.权利要求1所述的二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其特征在于，所述的二次谐波晶体为磷酸二氢钾、三硼酸锂、硼酸铋、磷酸氧钛钾或偏硼酸钡其中的一种非线性光学晶体。

4.根据权利要求1所述的二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其特征在于，所述的三次谐波晶体为三硼酸锂、或三硼酸铯、或硼酸铯锂或偏硼酸钡其中的一种非线性光学晶体。

5.根据权利要求1所述的二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其特征在于，所述的激光晶体为Nd:YVO₄、Nd:YAG晶体、Nd：YLF晶体或Nd:Glass其中的一种。

6.根据权利要求1所述的二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其特征在于，所述的调Q开关为声光调Q器件、电光调Q器件或被动调Q器件。

7.根据权利要求1所述的二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其特征在于，所述折叠镜的材质为融石英或石英，其两端面均镀高透膜。

8.根据权利要求1所述的二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其特征在于，所述谐波分离镜的材质为融石英或石英，其中一端面镀高透膜，另一端面镀高反膜。