CN111541141A - 一种用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器 - Google Patents

一种用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，属于激光器领域。包括泵浦源、耦合聚焦系统、激光谐振腔、翠绿宝石晶体、双折射滤光片、二倍频非线性晶体、三倍频非线性晶体；激光谐振腔为线性腔或折叠腔或环形腔。单频744nm基频激光经过二倍频非线性晶体将744nm基频光转换成372nm倍频光，剩余的744nm基频光与372nm倍频光经过三倍频非线性晶体进行和频，得到248nm单频深紫外激光。本发明利用可见光激光器作为翠绿宝石激光晶体的泵浦源来实现可用于KrF准分子激光器的248nm单频全固态翠绿宝石激光器，效率较高，且全固态泵浦时所需翠绿宝石晶体的尺寸较小，能够降低激光器造价，更有利于获得高效率、高光束质量的深紫外248nm激光输出。

Description

一种用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全 固态深紫外种子激光器
技术领域
本发明涉及一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，属于激光器技术领域。
背景技术
深紫外激光器具有输出波长短，能量高，易聚焦，冷加工等突出特性，能够实现优良的定位精度，在科研、生物技术和环境监测等方面都有广泛的应用，尤其是在激光制造领域，展现出越来越无可替代的优势，可以进行超精细激光加工。特别地，波长为248nm的深紫外激光器在其中扮演了重要的角色，在248nm光刻技术、激光医疗和先进制造业中有着独特的优势，比如在电路板印制方面，248nm激光器在加工树脂，玻璃和铜等材料时具有更高的吸收率，从而获得优异的工业产品。
目前，248nm深紫外激光一般使用KrF准分子激光器作为种子源直接产生248nm单频激光输出，然后再通过KrF准分子放大器进行多级放大来获得高平均功率深紫外248nm激光，其平均输出功率可高达100W以上。但是由于KrF准分子激光器的光束质量和相干性比较差，导致最终所得248nm深紫外激光的光束质量因子可达50以上，因此聚焦光斑尺寸有限，限制了其在深紫外激光精密加工方面的应用。因此为了获得高功率、高光束质量的深紫外248nm激光输出，使用光束质量较好、功率较低的单频固体深紫外激光器作为种子源来替代KrF准分子激光种子源，再使用光束质量差而输出功率高的KrF准分子激光器作为放大器，是一种非常有效的途径。考虑到248nm波长的四倍为992nm，但是992nm波长并非常用固体激光增益介质的发射波长，因此较难通过四倍频的方式产生248nm激光。992nm波长的两倍为1984nm，可以使用掺Tm的固体激光增益介质获得，但是此时就需要使用八次倍频获得248nm激光输出，较为复杂且效率较低。因此，当前，可用于KrF准分子激光放大器中的种子源的248nm单频深紫外固体激光器方案主要有两种，一种是波长为744nm的钛宝石激光器的三倍频激光，一种是基于闪光灯泵浦的744nm翠绿宝石的三倍频激光。钛宝石晶体是一种发射带宽极宽的激光增益介质，通过波长选择可以输出744nm激光，但是该晶体的热效应非常严重，而且只能使用蓝绿波长的激光作为泵浦源，最为常用的是532nm绿光泵浦源，这些泵浦源较难获得，体积庞大且价格昂贵。采用闪光灯泵浦翠绿宝石是另一种获得744nm激光的技术手段，但是受限于闪光灯的宽光谱，对应的泵浦效率较低且重复频率不高，整体系统效率很低、结构大，寿命短，并且所需翠绿宝石晶体的尺寸较大，造价较高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器。经过研究发现，翠绿宝石晶体(Alexandrite，Cr3 +:BeAl2O4)是一种性能优良的宽带振动晶体，波长调谐范围为701～858nm，是性能优越的激光工作介质，能够实现744nm波长激光输出。同时，翠绿宝石还具有优异的热机械性能，包括高热导率(23Wm-1K-1)、高机械强度和高损伤阈值。最重要的是，由于翠绿宝石晶体的吸收带几乎涵盖了整个可见光波段，除了使用闪光灯泵浦，还可以使用可见光激光器作为泵浦源来实现744nm全固态翠绿宝石激光器，效率较高，而且全固态泵浦时所需翠绿宝石晶体的尺寸较小，约为闪光灯泵浦时的十分之一，能够大大降低激光器的造价。另外，与基于钛宝石的激光器不同的是，翠绿宝石晶体不仅可以使用常用的绿光激光器做泵浦源，还可以使用红光半导体激光器、黄光激光器和蓝光半导体激光器。其中，随着半导体激光技术的发展，红光半导体激光器(输出波长在638nm附近)和蓝光半导体激光器近年来逐渐作为新型的翠绿宝石晶体的泵浦源，其造价低，结构紧凑，对应的深紫外激光转换效率高。另外，黄光激光泵浦源，其输出波长约为590nm，位于翠绿宝石晶体的吸收峰值处，更容易获得高效率，高平均功率和高光束质量的744nm激光输出。因此，用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器的研究，更有利于推动248nm深紫外激光器向小型化、性能稳定化方向迈进。
本发明的技术方案如下：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，包括泵浦源、耦合聚焦系统、激光谐振腔、翠绿宝石晶体、双折射滤光片、二倍频非线性晶体、三倍频非线性晶体；
泵浦源用于发射泵浦激光，耦合聚焦系统用于将泵浦源出射的泵浦激光聚焦到翠绿宝石激光增益介质的晶体上，翠绿宝石晶体作为激光增益介质，位于激光谐振腔内，用于接收耦合聚焦系统聚焦之后的泵浦激光、提供激光谐振腔内的增益；双折射滤光片位于激光谐振腔内、用于获得基于翠绿宝石晶体的744nm激光；二倍频非线性晶体、三倍频非线性晶体用于实现激光二倍频、三倍频，和频后得到的248nm深紫外单频激光。
优选的，所述泵浦源为蓝光半导体激光器(～444nm)、绿光激光器(～532nm)、黄光激光器(～590nm)和红光半导体激光器(～638nm)中的一种，用于泵浦翠绿宝石晶体。
优选的，耦合聚焦系统为单个透镜或多个透镜，其包含的所有光学元件的两侧均镀有对泵浦光波段激光的抗反射介质膜。
优选的，翠绿宝石晶体沿c轴切割，通光截面尺寸为(1～5)mm×(1～5)mm，通光截面为光学量级抛光，通光长度为2mm～15mm，放置于TEC控制的紫铜热沉上，铜块的温度设置在5摄氏度到100摄氏度。
优选的，双折射滤光片，材料为石英，相对于入射激光为布儒斯特角放置，两侧均未镀膜，其厚度为0.5mm-7mm；双折射滤光片的两个表面是相互平行的，其光轴平行于双折射滤光片表面，入射激光以布儒斯特角入射到双折射滤光片的表面并在其内部传播，当旋转光轴的方向时，就可以实现激光波长的调谐变化，通过调节光轴方向可以获得基于翠绿宝石晶体的744nm激光。
优选的，二倍频非线性晶体为角度相位匹配或温度相位匹配的RDP、KD*P、BBO、LBO中的一种非线性光学晶体，晶体两端面均镀有对744nm、372nm和248nm的增透膜。
优选的，三倍频非线性晶体为角度相位匹配或温度相位匹配的BBO、KDP、LBO中的一种非线性光学晶体，晶体两端面均镀有对744nm、372nm和248nm的增透膜。
优选的，激光谐振腔内设有调Q器件，调Q器件放置在激光谐振腔之内，用于实现脉冲激光输出，调Q器件为声光调Q器件、电光调Q器件或被动调Q器件中的一种，目标参数为实现重频6kHz和脉宽20ns的单频深紫外脉冲激光输出。当腔内不放置调Q器件时，可以实现连续激光输出。
优选的，激光谐振腔为线性腔型结构或折叠腔型结构或环形腔结构；
当激光谐振腔为线性腔时，泵浦源的输出端放置有耦合聚焦系统，激光谐振腔包括第一腔镜和输出镜，耦合聚焦系统后设置第一腔镜，第一腔镜为平面镜；沿光路传播方向依次放置翠绿宝石晶体、双折射滤光片、标准具、二倍频非线性晶体、三倍频非线性晶体；泵浦激光通过耦合聚焦系统后经过激光谐振腔的第一腔镜入射到翠绿宝石晶体上，双折射滤光片可以获得744nm基频激光；标准具相对于起振激光垂直放置，材料为石英，只有某一特定频率的纵模能够起振，标准具可以进一步限制起振激光的线宽，从而稳定单频激光输出，744nm基频激光经过二倍频非线性晶体将744nm基频光转换成372nm倍频光，二次倍频转换剩余的744nm基频光与372nm倍频光经过三倍频非线性晶体进行和频，得到的248nm单频深紫外激光；
当激光谐振腔为折叠腔时，泵浦源的输出端放置耦合聚焦系统，激光谐振腔包括第一腔镜、第二腔镜和输出镜，耦合聚焦系统后设置第一腔镜，第一腔镜为平面镜，沿光路传播方向依次放置翠绿宝石晶体、双折射滤光片、标准具、二倍频非线性晶体、三倍频非线性晶体，在标准具之后倾斜放置第二腔镜；
当激光谐振腔为环形腔时，泵浦源的输出端放置耦合聚焦系统，激光谐振腔包括第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和输出镜，耦合聚焦系统后设置第一腔镜，沿光路传播方向放置有翠绿宝石晶体、双折射滤光片、隔离器、二倍频非线性晶体、三倍频非线性晶体；翠绿宝石晶体沿c轴以布儒斯特角切割，通光面为光学量级抛光，晶体长度为2mm-9mm，相对于泵浦激光以布儒斯特角放置于半导体制冷器(TEC)控制的紫铜热沉上，以补偿由第一腔镜3和第二腔镜13角度偏移带来的像散；利用环形腔可以消除空间烧孔效应，获得稳定的单频激光输出；最终实现248nm单频深紫外激光输出。隔离器是为了在环形腔内限制激光振荡方向，得到稳定的单向运转激光。
进一步优选的，当激光谐振腔为线性腔型或折叠腔时，在腔内双折射滤光片之后放置透镜，用于补偿晶体的热效应，提高激光输出功率，改善光束质量；透镜镀有对744nm、372nm和248nm的增透膜。
当激光谐振腔为环形腔时，在输出镜之后放置透镜组，透镜组包括一个或多个透镜组合，用于以获得更高效率的倍频激光输出。
优选的，当二倍频非线性晶体放置在激光谐振腔内时，三倍频非线性晶体可以放置在激光谐振腔内实现腔内三倍频，或，亦可以放置在激光谐振腔外实现腔外三倍频；当二倍频非线性晶体放置在激光谐振腔外时，三倍频非线性晶体也应放置在激光谐振腔外实现腔外三倍频。二倍频非线性晶体既可以放置在激光谐振腔之内实现腔内二倍频，亦可以放置在激光谐振腔之外实现腔外二倍频。
进一步优选的，当激光谐振腔为线性腔、二倍频非线性晶体与三倍频非线性晶体均置于腔内时，第一腔镜两侧均镀有对泵浦激光高透的介质膜，背向泵浦源的一侧镀有对744nm基频激光、372nm二倍频激光和248nm三倍频激光高反的介质膜；输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光和372nm二倍频激光高反的介质膜，两侧均镀有对泵浦激光和248nm三倍频激光的高透的介质膜，用于输出248nm深紫外激光；
当激光谐振腔为线性腔、二倍频非线性晶体与三倍频非线性晶体均置于腔外时，第一腔镜两侧均镀有对泵浦激光高透的介质膜、背向泵浦源的一侧镀有对744nm基频激光高反的介质膜；输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光部分透过率的介质膜；
当激光谐振腔为线性腔、二倍频非线性晶体置于腔内、三倍频非线性晶体置于腔外时，第一腔镜两侧均镀有对泵浦激光高透的介质膜、背向泵浦源的一侧镀有对744nm基频激光、372nm二倍频激光高反的介质膜；输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光部分透过、对372nm二倍频激光高透的介质膜；
当激光谐振腔为折叠腔、二倍频非线性晶体与三倍频非线性晶体均置于腔内时，第一腔镜两侧均镀有对泵浦激光高透的介质膜，背向泵浦源的一侧镀有对744nm基频激光、372nm二倍频激光和248nm三倍频激光高反的介质膜；第二腔镜面向激光腔内的一侧镀有对振荡744nm基频激光、372nm二倍频激光和248nm三倍频激光的高反膜；输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光和372nm二倍频激光高反的介质膜，两侧均镀有对泵浦激光和248nm三倍频激光的高透的介质膜，用于输出248nm深紫外激光；
当激光谐振腔为折叠腔、二倍频非线性晶体与三倍频非线性晶体均置于腔外时，第一腔镜两侧均镀有对泵浦激光高透的介质膜、背向泵浦源的一侧镀有对744nm基频激光高反的介质膜；第二腔镜面向激光腔内的一侧镀有对振荡744nm基频激光的高反膜；输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光部分透过率的介质膜；
当激光谐振腔为折叠腔、二倍频非线性晶体置于腔内、三倍频非线性晶体置于腔外时，第一腔镜两侧均镀有对泵浦激光高透的介质膜、背向泵浦源的一侧镀有对744nm基频激光、372nm二倍频激光高反的介质膜；第二腔镜面向激光腔内的一侧镀有对振荡744nm基频激光、372nm二倍频激光的高反膜；输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光部分透过、对372nm二倍频激光高透的介质膜；
当激光谐振腔为环形腔、二倍频非线性晶体与三倍频非线性晶体均置于腔内时，第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜镀有对振荡744nm基频激光、372nm二倍频激光和248nm三倍频激光均高反的介质膜，输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光和372nm二倍频激光高反，对248nm三倍频激光高透的介质膜；
当激光谐振腔为环形腔、二倍频非线性晶体与三倍频非线性晶体均置于腔外时，第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜镀有对振荡744nm基频激光的高反膜，输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光的部分透过率的介质膜；
当激光谐振腔为环形腔、二倍频非线性晶体置于腔内、三倍频非线性晶体置于腔外时，第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜镀有对振荡744nm基频激光、372nm二倍频激光的高反膜，输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光的部分透过、对372nm二倍频激光的高透的介质膜。
进一步优选的，当激光谐振腔为线性腔型、二倍频非线性晶体与三倍频非线性晶体均置于腔内时，在二倍频非线性晶体前方放置第二腔镜、在三倍频非线性晶体前方放置第三腔镜，第二腔镜两侧均镀有对振荡744nm基频激光的抗反膜，面向二倍频非线性晶体9的一侧镀有对372nm二倍频激光和248nm三倍频激光高反的介质膜；第三腔镜两侧均镀有对振荡744nm基频激光和372nm二倍频激光的抗反膜，面向三倍频非线性晶体的一侧镀有对248nm三倍频激光高反的介质膜。在腔内增加第二腔镜、第三腔镜，可以将二倍频激光和三倍频激光限制在分别由两个腔镜和输出镜组成的谐振腔内、而没有经过前面的翠绿宝石激光晶体和调Q模块，可以提高倍频转换效率。
本发明所述高透、高反，均指透过率、反射率＞99.9％；部分透过均指透过率在0.5％-10％；抗反膜、抗反射介质膜为透过率大于99.9％。
本发明未详尽之处，均可采用现有技术进行。
本发明的有益效果在于：
1)本发明采用使用可见光激光器作为翠绿宝石激光晶体的泵浦源来实现248nm单频全固态翠绿宝石激光器，效率较高，而且全固态泵浦时所需翠绿宝石晶体的尺寸较小，约为闪光灯泵浦时的十分之一，能够大大降低激光器的造价。
2)本发明不仅可以使用常用的绿光激光器做泵浦源，还可以使用红光半导体激光器、黄光激光器和蓝光半导体激光器。其中，随着半导体激光技术的发展，红光半导体激光器(输出波长在638nm附近)和蓝光半导体激光器近年来逐渐作为新型的翠绿宝石晶体的泵浦源，其造价低，结构紧凑，对应的深紫外激光转换效率高。另外，黄光激光泵浦源，其输出波长约为590nm，位于翠绿宝石晶体的吸收峰值处，更容易获得高效率，高平均功率和高光束质量的248nm激光输出。因此，用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器的研究，更有利于推动248nm单频深紫外激光器向小型化、性能稳定化方向迈进。
附图说明
图1为本发明的一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器的实施例1的结构示意图；
图2为本发明的一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器的实施例2的结构示意图；
图3为本发明的一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器的实施例3的结构示意图；
图4为本发明的一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器的实施例4的结构示意图；
其中，1、泵浦源；2、耦合聚焦系统；3、第一腔镜；4、翠绿宝石晶体；5、双折射滤光片；6、透镜；7、标准具；8、调Q器件；9、二倍频非线性晶体；10、三倍频非线性晶体；11、输出镜；12、第二腔镜；13、第三腔镜；14、隔离器。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。
实施例1：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，如图1所示，包括泵浦源1、耦合聚焦系统2、第一腔镜3、翠绿宝石晶体4、双折射滤光片5、透镜6、标准具7、调Q器件8、二倍频非线性晶体9、三倍频非线性晶体10、输出镜11；
泵浦源1可以为蓝光半导体激光器(约444nm)、绿光激光器(约532nm)、黄光激光器(约590nm)和红光半导体激光器(约638nm)，泵浦翠绿宝石晶体；
耦合聚焦系统2用于将泵浦源出射的泵浦激光聚焦到翠绿宝石激光增益介质的晶体上，耦合聚焦系统由两个透镜组成，每个透镜两侧均镀有对泵浦光波段激光的抗反射介质膜；
第一腔镜3为平面镜，两侧均镀有对泵浦激光高透的介质膜，背向泵浦源的一侧(即图1中的第一腔镜3的右侧)镀有对744nm基频激光、372nm二倍频激光和248nm三倍频激光高反的介质膜；
翠绿宝石晶体4，作为激光增益介质，接收耦合聚焦系统聚焦之后的泵浦激光，提供激光谐振腔内的增益。翠绿宝石激光增益介质4的翠绿宝石晶体沿c轴切割，通光截面尺寸为3mm×3mm，通光截面为光学量级抛光，通光长度为10mm，放置于TEC控制的紫铜热沉上，铜块的温度设置在25摄氏度；
双折射滤光片5，材料为石英，相对于起振激光为布儒斯特角放置，两侧均未镀膜，其厚度为4mm。双折射滤光片的两个表面是平行的，其光轴平行于滤光片表面，入射激光以布儒斯特角入射到滤光片的表面并在其内部传播，当旋转光轴的方向时，就可以实现激光波长的调谐变化，通过调节可以获得基于翠绿宝石晶体的744nm激光；
透镜6，放置在激光谐振腔内，可以补偿晶体的热效应，提高激光输出功率，改善光束质量；
标准具7，相对于起振激光垂直放置，材料为石英，只有某一特定频率的纵模能够起振，保证最终得到248nm深紫外激光的单频稳定运转；
调Q器件8，可以放置在激光谐振腔之内，实现脉冲激光输出，可以为声光调Q器件，目标参数为实现重频6kHz和脉宽20ns的单频深紫外脉冲激光输出。
二倍频非线性晶体9，为角度相位匹配或温度相位匹配的RDP非线性光学晶体，晶体两端面均镀有对744nm、372nm和248nm的增透膜；
三倍频非线性晶体10，为角度相位匹配或温度相位匹配的BBO非线性光学晶体，晶体两端面均镀有对744nm、372nm和248nm的增透膜；
输出镜11，面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光和372nm二倍频激光高反的介质膜，两侧均镀有对泵浦激光和248nm三倍频激光的高透的介质膜，用于输出248nm深紫外激光；
激光谐振腔为由第一腔镜3和输出镜11组成的线性腔，在腔内沿光路传播方向依次可以放置翠绿宝石晶体4、双折射滤光片5、透镜6、标准具7、调Q器件8、二倍频非线性晶体9、三倍频非线性晶体10。泵浦激光通过耦合聚焦系统2后经过激光谐振腔的第一腔镜3入射到翠绿宝石晶体4上，双折射滤光片5可以获得744nm基频激光，标准具7可以进一步限制起振激光的线宽，从而稳定单频激光输出，744nm基频激光经过二倍频非线性晶体9将744nm基频光转换成372nm倍频光，二次倍频转换剩余的744nm基频光与372nm倍频光经过三倍频非线性晶体10进行和频，得到的248nm深紫外单频激光从输出镜输出。并且当谐振腔内放置有调Q器件8时，可以获得深紫外单频脉冲激光输出，当不放置调Q器件8时，可以获得深紫外连续单频激光输出。
实施例2：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，如图2所示，使用的激光谐振腔也为线性腔，结构如实施例1所述，所不同的是，在腔内沿光路传播方向依次放置翠绿宝石晶体4、双折射滤光片5、透镜6、标准具7、调Q器件8、第二腔镜11、二倍频非线性晶体9、第三腔镜13、三倍频非线性晶体10。其中，第二腔镜11两侧均镀有对振荡744nm基频激光的抗反膜，面向二倍频非线性晶体9的一侧镀有对372nm二倍频激光和248nm三倍频激光高反的介质膜。第三腔镜13两侧均镀有对振荡744nm基频激光和372nm二倍频激光的抗反膜，面向三倍频非线性晶体10的一侧镀有对248nm三倍频激光高反的介质膜。
实施例3：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，如图3所示，使用的激光谐振腔为折叠腔，结构与实施例1所述，所不同的是，激光谐振腔为由第一腔镜3、第二腔镜12和输出镜11组成的折叠腔，在腔内沿光路传播方向依次放置翠绿宝石晶体4、双折射滤光片5、透镜6、标准具7、调Q器件8、二倍频非线性晶体9、三倍频非线性晶体10。其中，第二腔镜12面向激光腔内的一侧镀有对振荡744nm基频激光、372nm二倍频激光和248nm三倍频激光的高反膜。
实施例4：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，如图4所示，使用的激光谐振腔为环形腔，结构如实施例1所述，所不同的是，激光谐振腔为由第一腔镜3、第二腔镜12、第三腔镜13和输出镜11组成的环形腔，在谐振腔内放置有翠绿宝石晶体4、双折射滤光片5、调Q器件8、隔离器14。其中，第二腔镜12和第三腔镜13面向激光腔内的一侧均镀有对振荡744nm基频激光的高反膜。翠绿宝石晶体4，沿c轴以布儒斯特角切割，通光面为光学量级抛光，晶体长度为7mm，相对于泵浦激光以布儒斯特角放置于半导体制冷器(TEC)控制的紫铜热沉上，以补偿由第一腔镜3和第二腔镜13角度偏移带来的像散。利用环形腔可以消除空间烧孔效应，获得稳定的单频激光输出。透镜6为一个透镜，用于对744nm基频光进行聚焦到倍频晶体上，以获得更高效率的倍频激光输出。同时将二倍频非线性晶体9和三倍频非线性晶体10均放置在激光谐振腔外，从而实现248nm单频深紫外激光输出。当谐振腔内放置有调Q器件8时，可以获得248nm深紫外单频脉冲激光输出。
实施例5：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例1所述，所不同的是，在腔内双折射滤光片之后未放置透镜。
实施例6：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例1所述，所不同的是，腔内不放置调Q器件，可以实现连续激光输出。
实施例7：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例1所述，所不同的是，调Q器件8为电光调Q器件。
实施例8：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例1所述，所不同的是，调Q器件8为被动调Q器件。
实施例9：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例1所述，所不同的是，二倍频非线性晶体9为角度相位匹配或温度相位匹配的KD*P非线性光学晶体。
实施例10：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例1所述，所不同的是，二倍频非线性晶体9为角度相位匹配或温度相位匹配的BBO非线性光学晶体。
实施例11：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例1所述，所不同的是，二倍频非线性晶体9为角度相位匹配或温度相位匹配的LBO非线性光学晶体。
实施例12：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例1所述，所不同的是，三倍频非线性晶体10为角度相位匹配或温度相位匹配的KDP非线性光学晶体。
实施例13：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例1所述，所不同的是，三倍频非线性晶体10为角度相位匹配或温度相位匹配的LBO非线性光学晶体。
实施例14：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例1所述，所不同的是，耦合聚焦系统为单个透镜。
实施例15：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例3所述，所不同的是，腔内不设置调Q器件，获得深紫外连续单频激光输出。
实施例16：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例3所述，所不同的是，在腔内双折射滤光片之后未放置透镜。
实施例17：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例4所述，所不同的是，未放置调Q器件8，获得248nm深紫外连续单频激光输出。
实施例18：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例1所述，所不同的是，二倍频非线性晶体设于激光谐振腔内，三倍频非线性晶体设于激光谐振腔外。
实施例19：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例4所述，所不同的是，透镜为多个透镜组合。
实施例20：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例4所述，所不同的是，二倍频和三倍频晶体也都放置在腔内，当放置在腔内时，放在第三腔镜13与输出镜11之间。
实施例21：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例1所述，所不同的是，翠绿宝石激光增益介质4的翠绿宝石晶体沿c轴切割，通光截面尺寸为1mm×1mm，通光截面为光学量级抛光，通光长度为2mm，放置于TEC控制的紫铜热沉上，铜块的温度设置在5摄氏度；双折射滤光片5厚度为0.5mm。
实施例22：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例1所述，所不同的是，翠绿宝石激光增益介质4的翠绿宝石晶体沿c轴切割，通光截面尺寸为5mm×5mm，通光截面为光学量级抛光，通光长度为15mm，放置于TEC控制的紫铜热沉上，铜块的温度设置在100摄氏度；双折射滤光片5厚度为7mm。
实施例23：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例4所述，所不同的是，翠绿宝石晶体长度为2mm。
实施例24：
一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其结构如实施例4所述，所不同的是，翠绿宝石晶体长度为9mm。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其特征在于，包括泵浦源、耦合聚焦系统、激光谐振腔、翠绿宝石晶体、双折射滤光片、二倍频非线性晶体、三倍频非线性晶体；
泵浦源用于发射泵浦激光，耦合聚焦系统用于将泵浦源出射的泵浦激光聚焦到翠绿宝石晶体上，翠绿宝石晶体位于激光谐振腔内，用于接收耦合聚焦系统聚焦之后的泵浦激光、提供激光谐振腔内的增益；双折射滤光片位于激光谐振腔内、用于获得基于翠绿宝石晶体的744nm激光；二倍频非线性晶体、三倍频非线性晶体用于实现激光二倍频、三倍频，和频后得到的248nm深紫外单频激光。
2.根据权利要求1所述的用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其特征在于，所述泵浦源为蓝光半导体激光器、绿光激光器、黄光激光器和红光半导体激光器中的一种。
3.根据权利要求1所述的用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其特征在于，耦合聚焦系统为单个透镜或多个透镜，其包含的所有光学元件的两侧均镀有对泵浦光波段激光的抗反射介质膜。
4.根据权利要求1所述的用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其特征在于，翠绿宝石晶体沿c轴切割，通光截面尺寸为(1～5)mm×(1～5)mm，通光截面为光学量级抛光，通光长度为2mm～15mm，放置于TEC控制的紫铜热沉上，铜块的温度设置在5摄氏度到100摄氏度。
5.根据权利要求1所述的用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其特征在于，双折射滤光片相对于入射激光为布儒斯特角放置，两侧均未镀膜，其厚度为0.5mm-7mm；双折射滤光片的两个表面是相互平行的，其光轴平行于双折射滤光片表面，入射激光以布儒斯特角入射到双折射滤光片的表面并在其内部传播，通过调节光轴方向获得基于翠绿宝石晶体的744nm激光。
6.根据权利要求1所述的用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其特征在于，二倍频非线性晶体为角度相位匹配或温度相位匹配的RDP、KD*P、BBO、LBO中的一种非线性光学晶体，晶体两端面均镀有对744nm、372nm和248nm的增透膜；
优选的，三倍频非线性晶体为角度相位匹配或温度相位匹配的BBO、KDP、LBO中的一种非线性光学晶体，晶体两端面均镀有对744nm、372nm和248nm的增透膜。
7.根据权利要求1所述的用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其特征在于，激光谐振腔内设有调Q器件，调Q器件放置在激光谐振腔之内，用于实现脉冲激光输出，调Q器件为声光调Q器件、电光调Q器件或被动调Q器件中的一种，目标参数为实现重频6kHz和脉宽20ns的单频深紫外脉冲激光输出。
8.根据权利要求1所述的用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其特征在于，激光谐振腔为线性腔型结构或折叠腔型结构或环形腔结构；
当激光谐振腔为线性腔时，泵浦源的输出端放置有耦合聚焦系统，激光谐振腔包括第一腔镜和输出镜，耦合聚焦系统后设置第一腔镜，第一腔镜为平面镜；沿光路传播方向依次放置翠绿宝石晶体、双折射滤光片、标准具、二倍频非线性晶体、三倍频非线性晶体；泵浦激光通过耦合聚焦系统后经过激光谐振腔的第一腔镜入射到翠绿宝石晶体上，双折射滤光片获得744nm基频激光；标准具相对于起振激光垂直放置，标准具进一步限制起振激光的线宽，从而稳定单频激光输出，744nm基频激光经过二倍频非线性晶体将744nm基频光转换成372nm倍频光，二次倍频转换剩余的744nm基频光与372nm倍频光经过三倍频非线性晶体进行和频，得到的248nm单频深紫外激光；
当激光谐振腔为折叠腔时，泵浦源的输出端放置耦合聚焦系统，激光谐振腔包括第一腔镜、第二腔镜和输出镜，耦合聚焦系统后设置第一腔镜，第一腔镜为平面镜，沿光路传播方向依次放置翠绿宝石晶体、双折射滤光片、标准具、二倍频非线性晶体、三倍频非线性晶体，在标准具之后倾斜放置第二腔镜；
当激光谐振腔为环形腔时，泵浦源的输出端放置耦合聚焦系统，激光谐振腔包括第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和输出镜，耦合聚焦系统后设置第一腔镜，沿光路传播方向放置有翠绿宝石晶体、双折射滤光片、隔离器、二倍频非线性晶体、三倍频非线性晶体；翠绿宝石晶体沿c轴以布儒斯特角切割，通光面为光学量级抛光，晶体长度为2mm-9mm，相对于泵浦激光以布儒斯特角放置于半导体制冷器控制的紫铜热沉上；最终实现248nm单频深紫外激光输出；
优选的，当激光谐振腔为线性腔型或折叠腔时，在腔内双折射滤光片之后放置透镜，用于补偿晶体的热效应；
当激光谐振腔为环形腔时，在输出镜之后放置透镜组，透镜组包括一个或多个透镜组合。
9.根据权利要求8所述的用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其特征在于，当二倍频非线性晶体放置在激光谐振腔内时，三倍频非线性晶体放置在激光谐振腔内实现腔内三倍频，或，放置在激光谐振腔外实现腔外三倍频；当二倍频非线性晶体放置在激光谐振腔外时，三倍频非线性晶体也放置在激光谐振腔外实现腔外三倍频。
10.根据权利要求9所述的用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，其特征在于，当激光谐振腔为线性腔、二倍频非线性晶体与三倍频非线性晶体均置于腔内时，第一腔镜两侧均镀有对泵浦激光高透的介质膜，背向泵浦源的一侧镀有对744nm基频激光、372nm二倍频激光和248nm三倍频激光高反的介质膜；输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光和372nm二倍频激光高反的介质膜，两侧均镀有对泵浦激光和248nm三倍频激光的高透的介质膜，用于输出248nm深紫外激光；
当激光谐振腔为线性腔、二倍频非线性晶体与三倍频非线性晶体均置于腔外时，第一腔镜两侧均镀有对泵浦激光高透的介质膜、背向泵浦源的一侧镀有对744nm基频激光高反的介质膜；输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光部分透过率的介质膜；
当激光谐振腔为线性腔、二倍频非线性晶体置于腔内、三倍频非线性晶体置于腔外时，第一腔镜两侧均镀有对泵浦激光高透的介质膜、背向泵浦源的一侧镀有对744nm基频激光、372nm二倍频激光高反的介质膜；输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光部分透过、对372nm二倍频激光高透的介质膜；
当激光谐振腔为折叠腔、二倍频非线性晶体与三倍频非线性晶体均置于腔内时，第一腔镜两侧均镀有对泵浦激光高透的介质膜，背向泵浦源的一侧镀有对744nm基频激光、372nm二倍频激光和248nm三倍频激光高反的介质膜；第二腔镜面向激光腔内的一侧镀有对振荡744nm基频激光、372nm二倍频激光和248nm三倍频激光的高反膜；输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光和372nm二倍频激光高反的介质膜，两侧均镀有对泵浦激光和248nm三倍频激光的高透的介质膜，用于输出248nm深紫外激光；
当激光谐振腔为折叠腔、二倍频非线性晶体与三倍频非线性晶体均置于腔外时，第一腔镜两侧均镀有对泵浦激光高透的介质膜、背向泵浦源的一侧镀有对744nm基频激光高反的介质膜；第二腔镜面向激光腔内的一侧镀有对振荡744nm基频激光的高反膜；输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光部分透过率的介质膜；
当激光谐振腔为折叠腔、二倍频非线性晶体置于腔内、三倍频非线性晶体置于腔外时，第一腔镜两侧均镀有对泵浦激光高透的介质膜、背向泵浦源的一侧镀有对744nm基频激光、372nm二倍频激光高反的介质膜；第二腔镜面向激光腔内的一侧镀有对振荡744nm基频激光、372nm二倍频激光的高反膜；输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光部分透过、对372nm二倍频激光高透的介质膜；
当激光谐振腔为环形腔、二倍频非线性晶体与三倍频非线性晶体均置于腔内时，第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜镀有对振荡744nm基频激光、372nm二倍频激光和248nm三倍频激光均高反的介质膜，输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光和372nm二倍频激光高反，对248nm三倍频激光高透的介质膜；
当激光谐振腔为环形腔、二倍频非线性晶体与三倍频非线性晶体均置于腔外时，第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜镀有对振荡744nm基频激光的高反膜，输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光的部分透过率的介质膜；
当激光谐振腔为环形腔、二倍频非线性晶体置于腔内、三倍频非线性晶体置于腔外时，第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜镀有对振荡744nm基频激光、372nm二倍频激光的高反膜，输出镜面向谐振腔的一侧镀有对振荡744nm基频激光的部分透过、对372nm二倍频激光的高透的介质膜；
优选的，当激光谐振腔为线性腔型、二倍频非线性晶体与三倍频非线性晶体均置于腔内时，在二倍频非线性晶体前方放置第二腔镜、在三倍频非线性晶体前方放置第三腔镜，第二腔镜两侧均镀有对振荡744nm基频激光的抗反膜，面向二倍频非线性晶体9的一侧镀有对372nm二倍频激光和248nm三倍频激光高反的介质膜；第三腔镜两侧均镀有对振荡744nm基频激光和372nm二倍频激光的抗反膜，面向三倍频非线性晶体的一侧镀有对248nm三倍频激光高反的介质膜。
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