CN107946891B - 一种大功率紫外固体激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率紫外固体激光器，属于激光器技术领域。包括LD泵浦源、激光晶体、调Q开关、全反镜、转折反射镜、双波长全反镜、布儒斯特窗镜、倍频晶体、和频晶体、第一柱面透镜、第三柱面透镜；所述全反镜、转折反射镜和双波长全反镜构成产生基频光振荡的折叠谐振腔，所述折叠谐振腔内从全反镜开始沿基频光路依次设置调Q开关、激光晶体、布儒斯特窗镜、第一柱面透镜、转折反射镜、和频晶体、倍频晶体、第三柱面透镜、双波长全反镜。本发明提供一种利用柱面透镜在谐振腔内产生线状光斑提高相位匹配度，具有高效率和和高稳定性的355nm波长大功率紫外固体激光器。

Description

一种大功率紫外固体激光器
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种大功率紫外固体激光器，特别涉及一种半导体激光（LD）侧面泵浦腔内倍频、和频的355nm波长紫外固体激光器。
背景技术
紫外激光光子能量高，在许多非金属材料加工过程中直接破坏材料分子键而实现“冷”切除，因此具有良好的加工质量。LD泵浦的全固态紫外激光器具有体积小、使用方便等优点，在医用塑料、微电子等加工领域具有良好的应用。紫外固体激光器涉及复杂的变频技术，综合效率很大程度上取决于激光器谐波转化效率。提高谐波转化效率的有效途径主要是提高相位匹配度和增大激光功率密度，因此一般将倍频及和频晶体置于激光束腰位置，但功率密度过大容易引起晶体的损坏，即晶体中的光斑不能过小；一般紫外固体激光器的倍频及和频晶体为LBO，其相位匹配受温度影响很大，通常紫外激光器LBO晶体的温度控制精度要求不超过0.1度，虽然温度控制精度够高，但光斑截面内的温度梯度是没法消除的，也就是激光束中心和边缘必然处在失配状态，光斑越大，温度梯度越大，失配越严重。现有紫外激光器技术方案中没有解决光斑截面内的温度梯度引起的相位失配问题，一般采用端泵方式，通过控制晶体整体温度精度和提高功率密度来提高效率，综合效率难以大幅度提高。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种利用线状光斑提高相位匹配度，具有高效率和和高稳定性的355nm波长大功率紫外固体激光器。
本发明的技术方案：
一种大功率紫外固体激光器，包括LD泵浦源、激光晶体、调Q开关、全反镜、转折反射镜、双波长全反镜、布儒斯特窗镜、倍频晶体、和频晶体、第一柱面透镜、第三柱面透镜；
所述全反镜、转折反射镜和双波长全反镜构成产生基频光振荡的折叠谐振腔，所述折叠谐振腔内从全反镜开始沿基频光路依次设置调Q开关、激光晶体、布儒斯特窗镜、第一柱面透镜、转折反射镜、和频晶体、倍频晶体、第三柱面透镜、双波长全反镜。
其中，所述全反镜和转折反射镜镀1064nm反射膜，所述双波长全反镜镀1064nm和532nm双波长反射膜。
其中，还包括第二柱面透镜，所述第二柱面透镜设置在所述折叠谐振腔外对355nm紫外激光进行准直。
其中，所述折叠谐振腔内的第一柱面透镜镀1064nm波长增透膜，所述第三柱面透镜镀1064nm和532nm波长增透膜，用于将基频光聚焦为线形激光束。
其中，所述布儒斯特窗镜为厚度相同的两片石英镜片构成，布儒斯特角分两个方向设置，实现激光束轴线不变。
本发明的优点是：
1.谐振腔内两柱面镜将基频光聚焦为线形光斑，通过倍频晶体及和频晶体进行谐波转化时，光斑内温度差与圆光斑情况相比大幅度减小，极大提高激光效率。
2.侧面泵浦方式和线形光斑组合，可实现紫外激光器向超大功率发展。
附图说明
图1：本发明提供的一种大功率紫外固体激光器的结构示意图。
图中：1. 全反镜 2.调Q开关
3. 激光晶体 4.LD泵浦源
5. 布儒斯特窗镜 61.第一柱面透镜
62.第二柱面透镜 63.第三柱面透镜
7. 转折反射镜 8.和频晶体
9. 倍频晶体 10. 双波长全反镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明一种大功率紫外固体激光器由LD泵浦源4、激光晶体3、调Q开关2、全反镜1、转折反射镜7、双波长全反镜10、布儒斯特窗镜5、倍频晶体9、和频晶体8和第一柱面透镜61、第二柱面透镜62、第三柱面透镜63组成。
其中，全反镜1、转折反射镜7和双波长全反镜10构成产生基频光振荡的折叠谐振腔，全反镜1和转折反射镜7镀1064nm反射膜，双波长全反镜10镀1064nm和532nm双波长反射膜。谐振腔内从全反镜1开始沿基频光路依次设置调Q开关2、激光晶体3、布儒斯特窗镜5、第一柱面透镜61、转折反射镜7、和频晶体8、倍频晶体9、第三柱面透镜63、双波长全反镜10。第二柱面透镜62设置在谐振腔外对355nm紫外激光进行准直。
其中，所述折叠谐振腔内的第一柱面透镜61镀1064nm波长增透膜，所述第三柱面透镜63镀1064nm和532nm波长增透膜，用于将基频光聚焦为线形激光束。
其中，激光晶体3为Nd:YAG晶体棒，规格Φ3×60；儒斯特窗镜5为厚度为3mm的两片石英镜片构成，两片张开角度111度；第一柱面透镜61焦距15cm，镀1064nm波长增透膜；第三柱面透镜63焦距5cm，镀1064nm和532nm波长增透膜；倍频晶体9及和频晶体8都为LBO晶体，规格分别为5×3×12mm和5×3×15mm，均采用角度相位匹配工作方式，TEC温控将温度精度控制在0.1度。所述调Q开关2为电光Q开关或声光Q开关。
本发明的工作原理：在LD泵浦源4侧面泵浦条件下，通过调Q开关2调制，在全反镜1、转折反射镜7、双波长全反镜10构成的折叠谐振腔内形成1064nm脉冲基频光振荡。基频光穿过石英材质的布儒斯特窗镜5及和频晶体8的布儒斯特窗，偏振消光比达到3:1以上，有效抑制了垂直偏振光振荡，实现基频光水平偏振。往返振荡的基频光通过倍频晶体9部分转换为532nm波长的倍频光。正向倍频光被双波长反射镜10反射和反向倍频光一起进入和频晶体8，同反向基频光和频生成355nm波长紫外光。谐振腔内两柱面镜，即第一柱面透镜61和第三柱面透镜63，将基频光聚焦为线形光斑，通过倍频晶体9及和频晶体8进行谐波转化时，光斑内温度差与圆光斑情况相比大幅度减小，极大提高激光效率。激光束通过和频晶体8的布儒斯特角时，355nm波长紫外光、剩余的倍频光和基频光分离开来，紫外光通过第二柱面透镜62整形成圆光束输出，未转化的基频光则继续形成基频光振荡。
该激光器在侧面泵浦条件下，通过调Q开关2调制，在折叠谐振腔内形成1064nm脉冲基频光振荡，基频光4次穿过石英材质的布儒斯特窗镜5和一次穿过和频晶体8的布儒斯特窗，实现1064nm基频光水平偏振。往返振荡的基频光通过倍频晶体9部分转换为532nm波长的倍频光，正向倍频光被双波长反射镜10反射和反向倍频光一起进入和频晶8，同反向基频光和频生成355nm波长的紫外激光。谐振腔内第一柱面透镜61和第三柱面透镜63将基频光聚焦为线形光斑，通过倍频及和频晶体进行谐波转化时，光斑内温度差与圆光斑情况相比大幅度减小，极大提高激光效率。激光束通过和频晶体8的布儒斯特角时，355nm波长紫外光、剩余的倍频光和基频光分离开来，紫外光通过第二柱面透镜62整形成圆光束输出，未转化的基频光则继续形成基频光振荡。在808nm波长 LD泵浦光功率300W的条件下，实现355nm波长紫外激光平均功率输出20W。
虽然本发明已经详细示例并描述了相关的特定实施例做参考，但对本领域的技术人员来说，在阅读和理解了该说明书和附图后，在不背离本发明的思想和范围上，可以在耦合对准装置的结构和制作细节上作出各种改变。这些改变都将落入本发明的权利要求所要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种大功率紫外固体激光器，其特征在于：包括LD泵浦源(4)、激光晶体(3)、调Q开关(2)、全反镜(1)、转折反射镜(7)、双波长全反镜(10)、布儒斯特窗镜(5)、倍频晶体(9)、和频晶体(8)、第一柱面透镜(61)、第三柱面透镜(63)；
所述全反镜(1)、转折反射镜(7)和双波长全反镜(10)构成产生基频光振荡的折叠谐振腔，所述折叠谐振腔内从全反镜(1)开始沿基频光路依次设置调Q开关(2)、激光晶体(3)、布儒斯特窗镜(5)、第一柱面透镜(61)、转折反射镜(7)、和频晶体(8)、倍频晶体(9)、第三柱面透镜(63)、双波长全反镜(10)；
所述折叠谐振腔内的第一柱面透镜(61)镀1064nm波长增透膜，所述第三柱面透镜(63)镀1064nm和532nm波长增透膜，用于将基频光聚焦为线形激光束。
2.根据权利要求1所述的一种大功率紫外固体激光器，其特征在于：所述全反镜(1)和转折反射镜(7)镀1064nm反射膜，所述双波长全反镜(10)镀1064nm和532nm双波长反射膜。
3.根据权利要求2所述的一种大功率紫外固体激光器，其特征在于：还包括第二柱面透镜(62)，所述第二柱面透镜(62)设置在所述折叠谐振腔外对355nm紫外激光进行准直。
4.根据权利要求1所述的一种大功率紫外固体激光器，其特征在于：所述布儒斯特窗镜(5)为厚度相同的两片石英镜片构成，布儒斯特角分两个方向设置，实现激光束轴线不变。
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