CN111916987A - 高效率的固体紫外激光器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种高效率的固体紫外激光器，包括用以调制并产生第一脉冲激光的红外谐振腔、用以调制并产生第二脉冲激光的绿光谐振腔、及用以将第一脉冲激光和第二脉冲激光进行和频以产生紫外脉冲激光的三倍频模组；红外谐振腔包括第一半导体二极管泵浦源、第一驱动器、第一耦合系统、第一前端镜、第一激光晶体及第一Q开关，第一Q开关使得第一激光入射至三倍频模组内；绿光谐振腔包括第二半导体二极管泵浦源、第二驱动器、第二耦合系统、第二前端镜、第二激光晶体、第二Q开关、及用以将第二脉冲激光反射至三倍频模组内的二倍频反射模组，其可以在不同的功率点，分别对入射至三倍频模组内的两种波长的光功率进行控制，方便快捷。

Description

高效率的固体紫外激光器
技术领域
本发明涉及一种高效率的固体紫外激光器，属于激光设备技术领域。
背景技术
激光自发明以来，因其独特的性质，渐渐在各个领域得到应用，人们对于激光器的研究开发一直没有停步，陆续发明了多种以不同介质为工作物质的激光器。固体紫外激光器因其单光子能量大，可以对材料进行冷加工以及聚焦光斑小的优点，近年来在工业加工中得到了广泛的应用。
市面上主流的固体紫外激光器一般通过先得到1064nm的基频光，再对基频光进行倍频与和频得到355nm的紫外光。其简要过程是，1064nm的基频光先通过二倍频晶体，部分1064nm的基频光被转换为532nm波长的光，之后剩余的1064nm的光和转换出的532nm的光在三倍频晶体中进行和频，产生355nm的紫外光。
这一技术方案长期以来因为结构简单，效率够用，被很多固体紫外激光器厂商采用。但是，由于三倍频所使用的非线性晶体的自身性质以及三倍频过程涉及到的原理，对于入射到三倍频晶体的1064nm和532nm波长的激光的比例有明确的要求，一般认为以1:1为佳，由此带来的问题是，随着激光器功率的提高，能量密度也会增大，此时将1064nm的激光转化为532nm激光的二倍频效率会随之提高，所以入射到三倍频晶体的1064nm激光和532nm激光的比例很难在不同的功率点一直保持在1:1，即对于同一台355nm固体紫外激光器，其工作在不同功率点时，无法一直保持最高的三倍频效率。
由于工作时的功率较低，且能稳定工作的功率变化范围小，这一问题在低功率的固体紫外激光器中带来的弊端并不明显，但是随着应用端对于高功率紫外激光器的需求越来越大，高功率紫外激光器在固体紫外激光产品中占比也越来越高，该问题正成为阻碍固体紫外激光器功率提高的一大难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效率的固体紫外激光器，其可以在不同的功率点，分别对入射至三倍频模组内的两种波长的光功率进行控制，方便快捷。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高效率的固体紫外激光器，包括用以调制并产生第一脉冲激光的红外谐振腔、用以调制并产生第二脉冲激光的绿光谐振腔、及用以将第一脉冲激光和第二脉冲激光进行和频以产生紫外脉冲激光的三倍频模组；
所述红外谐振腔包括第一半导体二极管泵浦源、用以驱动所述第一半导体二极管泵浦源产生第一激光的第一驱动器、用以对第一激光进行整形的第一耦合系统、用以对整形后的第一激光进行增透的第一前端镜、用以使得增透后的第一激光入射以发生离子跃迁的第一激光晶体、设置在所述激光晶体一侧、且用以调制所述第一激光以产生第一脉冲激光的第一Q开关，第一Q开关使得所述第一激光入射至所述三倍频模组内；
所述绿光谐振腔包括第二半导体二极管泵浦源、用以驱动所述第二半导体二极管泵浦源产生第二激光的第二驱动器、用以对第二激光进行整形的第二耦合系统、用以对整形后的第二激光进行增透的第二前端镜、用以使得增透后的第二激光入射以发生离子跃迁的第二激光晶体、用以调制所述第二激光以产生第二脉冲激光的第二Q开关、及用以将所述第二脉冲激光反射至所述三倍频模组内的二倍频反射模组。
进一步地，所述第一半导体二极管泵浦源和第二半导体二极管泵浦源的中心波长皆为808nm或878.6nm或888nm。
进一步地，所述第一前端镜和第二前端镜为用以增透、1064nm高反的反射镜，所述反射镜的镜片为曲率镜片或平平镜。
进一步地，所述第一激光晶体和第二激光晶体为Nd：YAG或Nd：YVO4材质的晶体棒。
进一步地，所述第一Q开关和第二Q开关为声光模块。
进一步地，所述红外谐振腔还包括设置在所述第一Q开关和三倍频模组之间的输出镜，所述输出镜为用以使得至少部分1064nm波长的光透过的曲率镜片或平平镜。
进一步地，所述二倍频反射模组包括设置在所述第二Q开关一侧的分光镜组、二倍频晶体及全反镜，所述第二脉冲激光的波长经由所述二倍频晶体转换后，在全反镜的作用下反射至分光镜组，并经所述分光镜组入射至所述三倍频模组内。
进一步地，所述分光镜组包括设置在所述第二Q开关一侧的第一反射镜及设置在所述第一Q开关一侧的第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜相对倾斜设置。
进一步地，所述第一Q开关和第二Q开关由同一个Q开关驱动器驱动。
本发明的有益效果在于：将和频所需的第一脉冲激光和第二脉冲激光由两个独立的谐振腔分别产生，从而对第一脉冲激光和第二脉冲激光的波长进行单独调整，以使得在不同的功率点，入射至三倍频模组的第一脉冲激光和第二脉冲激光的功率比例始终保持在1:1，方便快捷。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本申请的高效率的固体紫外激光器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参见图1，本发明的一较佳实施例中的一种高效率的固体紫外激光器，包括用以调制并产生第一脉冲激光的红外谐振腔、用以调制并产生第二脉冲激光的绿光谐振腔、及用以将第一脉冲激光和第二脉冲激光进行和频以产生紫外脉冲激光的三倍频模组18，在本实施例中，红外谐振腔用以调制并产生1064nm的第一脉冲激光，该第一脉冲激光为红外激光；绿光谐振腔用以调制并产生532nm的第二脉冲激光，该第二脉冲激光为红外激光。诚然，在其他实施例中，第一脉冲激光和第二脉冲激光的中心波长可以为其他，类型也可为其他，在此不做具体限定，根据实际情况而定。
其中，所述红外谐振腔包括第一半导体二极管泵浦源2、用以驱动所述第一半导体二极管泵浦源2产生第一激光的第一驱动器1、用以对第一激光进行整形的第一耦合系统3、用以对整形后的第一激光进行增透的第一前端镜4、用以使得增透后的第一激光入射以发生离子跃迁的第一激光晶体5、设置在所述激光晶体一侧、且用以调制所述第一激光以产生第一脉冲激光的第一Q开关6，第一Q开关6使得所述第一激光入射至所述三倍频模组18内。所述红外谐振腔还包括设置在所述第一Q开关6和三倍频模组18之间的输出镜7，所述输出镜7为用以使得至少部分1064nm波长的光透过的曲率镜片或平平镜。
所述绿光谐振腔包括第二半导体二极管泵浦源10、用以驱动所述第二半导体二极管泵浦源10产生第二激光的第二驱动器9、用以对第二激光进行整形的第二耦合系统11、用以对整形后的第二激光进行增透的第二前端镜12、用以使得增透后的第二激光入射以发生离子跃迁的第二激光晶体13、用以调制所述第二激光以产生第二脉冲激光的第二Q开关14、及用以将所述第二脉冲激光反射至所述三倍频模组18内的二倍频反射模组。其中，所述二倍频反射模组包括设置在所述第二Q开关14一侧的分光镜组、二倍频晶体16及全反镜17，所述第二脉冲激光的波长经由所述二倍频晶体16转换后，在全反镜17的作用下反射至分光镜组，并经所述分光镜组入射至所述三倍频模组18内。所述分光镜组包括设置在所述第二Q开关14一侧的第一分光镜15及设置在所述第一Q开关6一侧的第二分光镜8，所述第一分光镜15和第二分光镜8相对倾斜设置。在本实施例中，二倍频晶体为LBO或其他功能类似的非线性晶体，所述分光镜的镜片为对1064nm波长光进行增透、对532nm波长的光进行高反的曲率镜片或平平镜。诚然，在其他实施例中，所述二倍频晶体和分光镜也可为其他，在此不做具体限定，只要达到上述效果目的即可。
呈上述，所述红外谐振腔和绿光谐振腔部分相同，因此，所述第一半导体二极管泵浦源2和第二半导体二极管泵浦源10的中心波长皆为808nm或878.6nm或888nm；所述第一前端镜4和第二前端镜12为用以对泵浦光增透、1064nm高反的反射镜；所述第一激光晶体5和第二激光晶体13为Nd：YAG或Nd：YVO4材质的晶体棒；所述第一Q开关6和第二Q开关14为声光模块。值得注意的是，在本实施例中，所述第一Q开关6和第二Q开关14由同一个Q开关驱动器驱动，以保证红外谐振腔和绿光谐振腔的脉冲光的脉冲在时域上保持一致。
三倍频模组18包括二倍频晶体、三倍频晶体、机械空文件及TEC控温芯片，其中，二倍频晶体和三倍频晶体为LBO或其他功能类似的非线性晶体。为了与上述二倍频晶体以示区别，三倍频模组18中的二倍频晶体为第二二倍频晶体，红外谐振腔内的二倍频晶体为第一二倍频晶体。
本申请的高效率的固体紫外激光器的实施过程为：第一驱动器1控制的第一半导体二极管泵浦源2的泵浦光经第一耦合系统3入射到第一激光晶体5中，使第一激光晶体5中的Nd3+离子跃迁到激发态，Nd3+离子在激发态时处于不稳定状态，其回到基态时会产生1064nm的光子并最终产生1064nm的红外激光。1064nm的红外激光经第一Q开关6的主动调制，最终经输出镜7输出的1064nm红外激光为脉冲光，并通过第二分光镜8入射到三倍频模组18中；
由第二驱动器9控制的第二半导体二极管泵浦源10的泵浦光经第二耦合系统11入射到第二激光晶体13中，使第二激光晶体13中的Nd3+离子跃迁到激发态，Nd3+离子在激发态时处于不稳定状态，其回到基态时会产生1064nm的光子并最终产生1064nm的红外激光。经1064nm的红外激光第二Q开关14的主动调制，并通过二倍频晶体发生倍频过程后，中心波长为1064nm的脉冲激光转换为中心波长为532nm的脉冲激光，并在全反镜17和第一分光镜15的作用下从绿光谐振腔中输出，之后经过第二分光镜8的反射入射到三倍频模组18中，与1064nm的红外脉冲激光合束，并通过三倍频模组18产生的和频效应最终转换为中心波长为355nm的紫外脉冲激光。
综上所述：将和频所需的第一脉冲激光和第二脉冲激光由两个独立的谐振腔分别产生，从而对第一脉冲激光和第二脉冲激光的波长进行单独调整，以使得在不同的功率点，入射至三倍频模组18的第一脉冲激光和第二脉冲激光的功率比例始终保持在1:1，方便快捷。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种高效率的固体紫外激光器，其特征在于，包括用以调制并产生第一脉冲激光的红外谐振腔、用以调制并产生第二脉冲激光的绿光谐振腔、及用以将第一脉冲激光和第二脉冲激光进行和频以产生紫外脉冲激光的三倍频模组；
所述红外谐振腔包括第一半导体二极管泵浦源、用以驱动所述第一半导体二极管泵浦源产生第一激光的第一驱动器、用以对第一激光进行整形的第一耦合系统、用以对整形后的第一激光进行增透的第一前端镜、用以使得增透后的第一激光入射以发生离子跃迁的第一激光晶体、设置在所述激光晶体一侧、且用以调制所述第一激光以产生第一脉冲激光的第一Q开关，第一Q开关使得所述第一激光入射至所述三倍频模组内；
所述绿光谐振腔包括第二半导体二极管泵浦源、用以驱动所述第二半导体二极管泵浦源产生第二激光的第二驱动器、用以对第二激光进行整形的第二耦合系统、用以对整形后的第二激光进行增透的第二前端镜、用以使得增透后的第二激光入射以发生离子跃迁的第二激光晶体、用以调制所述第二激光以产生第二脉冲激光的第二Q开关、及用以将所述第二脉冲激光反射至所述三倍频模组内的二倍频反射模组。
2.如权利要求1所述的高效率的固体紫外激光器，其特征在于，所述第一半导体二极管泵浦源和第二半导体二极管泵浦源的中心波长皆为808nm或878.6nm或888nm。
3.如权利要求1所述的高效率的固体紫外激光器，其特征在于，所述第一前端镜和第二前端镜为用以增透、1064nm高反的反射镜，所述反射镜的镜片为曲率镜片或平平镜。
4.如权利要求1所述的高效率的固体紫外激光器，其特征在于，所述第一激光晶体和第二激光晶体为Nd：YAG或Nd：YVO4材质的晶体棒。
5.如权利要求1所述的高效率的固体紫外激光器，其特征在于，所述第一Q开关和第二Q开关为声光模块。
6.如权利要求1所述的高效率的固体紫外激光器，其特征在于，所述红外谐振腔还包括设置在所述第一Q开关和三倍频模组之间的输出镜，所述输出镜为用以使得至少部分1064nm波长的光透过的曲率镜片或平平镜。
7.如权利要求1所述的高效率的固体紫外激光器，其特征在于，所述二倍频反射模组包括设置在所述第二Q开关一侧的分光镜组、二倍频晶体及全反镜，所述第二脉冲激光的波长经由所述二倍频晶体转换后，在全反镜的作用下反射至分光镜组，并经所述分光镜组入射至所述三倍频模组内。
8.如权利要求7所述的高效率的固体紫外激光器，其特征在于，所述分光镜组包括设置在所述第二Q开关一侧的第一反射镜及设置在所述第一Q开关一侧的第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜相对倾斜设置。
9.如权利要求1所述的高效率的固体紫外激光器，其特征在于，所述第一Q开关和第二Q开关由同一个Q开关驱动器驱动。
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