CN112271532A - 一种腔外倍频激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种腔外倍频激光器，属于激光技术领域，包括激光器本体，激光器本体出射第一光束，还包括沿第一光束的输出光路依次设置的倍频晶体与和频晶体，倍频晶体的入射面与和频晶体的出射面分别为布儒斯特角斜面，第一光束依次经倍频晶体与和频晶体后产生第二光束和第三光束出射，其中第一光束波长为λ₁，第二光束波长为λ₂，第三光束波长为λ₃，且1/λ₁+1/λ₂＝1/λ₃。第一光束在倍频晶体里部分转换为第二光束，剩余的第一光束和第二光束共同入射和频晶体，在和频晶体内发生和频效应产生第三光束，剩余的第一光束、剩余的第二光束和第三光束出射，布儒斯特角斜面使入射光和出射光的光斑圆度一致，不需分光整形器件，光斑调节。

Description

一种腔外倍频激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体而言，涉及一种腔外倍频激光器激光器。

背景技术

激光是近代科学技术中的重大发明之一，其中，355nm紫外激光应用于冷加工领域，在非金属以及精密加工中的应用价值尤其突出。随着全球对精细加工的需求日益增加，使得紫外激光器的应用领域不断扩大。获取光束质量优良，能长效稳定运行的紫外激光，对精密加工行业和非金属加工行业，意义重大。

现有技术中，获取紫光的装置较复杂，得到的光斑还存在变形的情况，如对光斑进行整形，无疑又增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种腔外倍频激光器，能够方便地获取目标光斑，且成本低，光斑效果好。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面提供一种腔外倍频激光器，其包括激光器本体，所述激光器本体出射第一光束，还包括沿所述第一光束的输出光路依次设置的倍频晶体与和频晶体，所述倍频晶体的入射面与所述和频晶体的出射面分别为布儒斯特角斜面，所述第一光束依次经所述倍频晶体与所述和频晶体后产生第二光束和第三光束出射，其中所述第一光束的波长为λ₁，所述第二光束的波长为λ₂，所述第三光束的波长为λ₃，且1/λ₁+1/λ₂＝1/λ₃。

可选地，所述倍频晶体为二倍频晶体，所述和频晶体为三倍频晶体。

可选地，所述第一光束为线偏振光，且偏振方向平行于所述入射面。

可选地，所述二倍频晶体的出射面和所述三倍频晶体的入射面分别设增透膜，所述增透膜能够使所述第一光束和所述第二光束透过。

可选地，经所述倍频晶体的出射面，在所述第一光束和所述第二光束的出射方向上分别设有挡光片，以获取所述第三光束。

可选地，所述布儒斯特角斜面为抛光斜面。

可选地，所述第一光束为红外基频光，所述第二光束为绿光，所述第三光束为紫光。

可选地，所述增透膜为红外光和绿光增透膜。

可选地，所述挡光片包括红外线挡光片和绿光挡光片。

可选地，所述激光器本体为光纤激光器或固体激光器。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的腔外倍频激光器，激光器本体出射波长为λ₁的第一光束，第一光束入射倍频晶体，在倍频晶体里部分第一光束转换为波长为λ₂的第二光束，剩余的第一光束和第二光束共同入射和频晶体，在和频晶体内发生和频效应，产生波长为λ₃的第三光束，剩余的第一光束、剩余的第二光束和第三光束经和频晶体出射，倍频晶体的入射面与和频晶体的出射面均为布儒斯特角斜面，使入射光的光斑圆度和出射光的光斑圆度能保持一致，不需要分光整形的器件，实现调节光束光斑、达到输出与输入光斑圆度一致的目的，节约成本，调节简单、方便。出射的三束光的波长、折射率不同，因此三束光射向不同的方向，便于获取目标光束。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的腔外倍频激光器结构示意图之一；

图2为本发明实施例提供的腔外倍频激光器结构示意图之二。

图标：1－红外基频光；2－二倍频晶体；2.1－布儒斯特角斜面；3－三倍频晶体；4－紫外光；5－绿光挡光片；6－红外挡光片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

请参照图1，本实施例提供一种腔外倍频激光器，其包括激光器本体，激光器本体出射第一光束，还包括沿第一光束的输出光路依次设置的倍频晶体与和频晶体，倍频晶体的入射面与和频晶体的出射面分别为布儒斯特角斜面2.1，第一光束依次经倍频晶体与和频晶体后产生第二光束和第三光束出射，其中，第一光束的波长为λ₁，第二光束的波长为λ₂，第三光束的波长为λ₃，且满足：

1/λ₁+1/λ₂＝1/λ₃ (1)。

对倍频晶体与和频晶体分别进行布儒斯特角切割处理，得到倍频晶体的入射面为布儒斯特角斜面2.1，和频晶体的出射面为布儒斯特角斜面2.1。

布儒斯特角，又称起偏振角(Brewster’s angle)，是自然光经电介质界面反射后，反射光为线偏振光所应满足的条件。

布儒斯特角等于两种介质的折射率之比的反正切。

设θ₁为入射角，θ₂为折射角，θ_B为布儒斯特角。根据斯涅尔定律有：

n₁sin(θ₁)＝n₂sin(θ₂)

如果反射角和折射角垂直，则：

n₁sin(θ_B)＝n₂sin(90－θ_B)＝n₂cos(θ_B)

整理，得：

θ_B＝arctan(n₂/n₁)

其中n₁和n₂为该两种介质的折射率。

激光器本体可为光纤激光器或固体激光器，激光器本体出射波长为λ₁的第一光束，第一光束经倍频晶体的布儒斯特角斜面2.1入射倍频晶体，在倍频晶体里部分第一光束转换为波长为λ₂的第二光束，剩余未转换的第一光束和第二光束共同入射和频晶体，并在和频晶体内发生和频效应，产生波长为λ₃的第三光束，剩余的第一光束、剩余的第二光束和第三光束经和频晶体的布儒斯特角斜面2.1出射，因为三束光束的波长、折射率不同，因此三束光束能够出射向不同的方向，以便获取目标光束。

布儒斯特角斜面2.1为抛光斜面，以使斜面的平面度得以提高，利于入射和出射的光束得到不变形的光斑。

本实施例提供的腔外倍频激光器，激光器本体出射波长为λ₁的第一光束，第一光束入射倍频晶体，在倍频晶体里部分第一光束转换为波长为λ₂的第二光束，剩余的第一光束和第二光束共同入射和频晶体，在和频晶体内发生和频效应，产生波长为λ₃的第三光束，剩余的第一光束、剩余的第二光束和第三光束经和频晶体出射，倍频晶体的入射面与和频晶体的出射面均为布儒斯特角斜面2.1，使入射光的光斑圆度和出射光的光斑圆度能保持一致，不需要分光整形的器件，实现调节光束光斑、达到输出与输入光斑圆度一致的目的，节约成本，调节简单、方便。出射的三束光的波长、折射率不同，因此三束光射向不同的方向，便于获取目标光束。

例如，想要获取第三光束，那么在经倍频晶体的出射面，在第一光束和第二光束的出射方向上分别设有挡光片，将第一光束和第二光束挡住，以获取第三光束。

具体地，倍频晶体为二倍频晶体2，和频晶体为三倍频晶体3。其中二倍频晶体2的入射面的布儒斯特角根据二倍频晶体2对第一光束的折射率来定。

并且，为减小光损失，提高系统效率，第一光束为线偏振光，且偏振方向平行于入射面。

倍频晶体的入射面与和频晶体的出射面分别为布儒斯特角斜面2.1，这两个斜面的布儒斯特角基本接近，可以让平行于入射面或出射面的线偏振光不损失功率，免去镀增透膜的需求。

而在二倍频晶体2的出射面和三倍频晶体3的入射面分别镀增透膜，增透膜能够使第一光束和第二光束透过，这样其他杂光束无法透过进入和频晶体，在和频晶体内就能够产生较纯净的第三光束。

示例地，如图2所示，入射二倍频晶体2的光斑为圆形光斑，进入二倍频晶体2的布儒斯特角斜面2.1后圆形光斑变为椭圆形光斑，椭圆形光斑入射三倍频晶体3，再经三倍频晶体3的布儒斯特角斜面2.1后椭圆形光斑变为圆形光斑，通过设置布儒斯特角斜面2.1，使入射光的光斑圆度和出射光的光斑圆度能保持一致，而不需要分光整形器件，降低了系统的成本。

以获取紫外光4为例：

第一光束为红外基频光1，第二光束为绿光，第三光束为紫外光4，其中，红外基频光1的波长为1064nm，绿光的波长为532nm，紫外光4的波长为355nm，三束光的波长之间的关系也基本满足公式(1)。二倍频晶体2的出射面和三倍频晶体3的入射面均镀红外光和绿光增透膜，二倍频晶体2布儒斯特角抛光不镀膜、出射面镀红外和绿光增透膜；三倍频晶体3入射面镀红外和绿光增透膜，布儒斯特角抛光不镀膜，节约了镀膜成本。

二倍频晶体2和三倍频晶体3可形成倍频系统，如图2所示，红外基频光1从二倍频晶体2的布儒斯特角入射到倍频系统中，入射时光斑为圆形光斑，经过布儒斯特角后光斑椭圆，同时在二倍频晶体2内部分转换成绿光激光；剩余的红外激光与绿光激光共同经过三倍频晶体3，在三倍频晶体3内实现和频效应，产生紫外光4(紫外激光)；转换完成的紫外光4与剩余的红外光、绿光一起经过三倍频晶体3的布儒斯特角斜面2.1输出，此时椭圆光斑矫正为圆形光斑出射，并因为不同波长折射角不同而分光为三束分开的激光，在布儒斯特角的情况下，红外光的出射方向与紫外光4的出射方向之间的夹角大约为2°，紫外光4的出射方向与绿光的出射方向夹角大约为1°，在红外光的出射方向设置红外挡光片6，在绿光的出射方向设置绿光挡光片5，挡住红外光、绿光即可得到比较纯净的紫外光4。

现有技术中，因为紫外激光的光子能量很强，以及对污染物吸附的特殊性，很容易对紫外激光经过的激光膜层或者器件造成损伤，所以腔外倍频、和频时，器件比较容易损伤。

现有采用平面输出时，倍频晶体需要镀增透膜层，长时间使用容易被紫外损伤；且平面输出时红外、绿光、紫外同轴，需要分色镜进行分光将紫外分离出来，增加了器件成本和调试的难度。

还可采用布儒斯特角输出，但是因为圆形光束经过布儒斯特角斜面2.1折射，又会出现光斑椭圆的情况；针对椭圆情况，可对光斑进行整形，可倍频前整形，也可倍频后整形，这样都增加了整形器件，势必造成成本的浪费和调试的困难，而且紫外光4线经过整形器件，也会有整形器件容易损坏的困扰。

本实施例不需要分光整形的器件，减小紫外光4对器件的损伤几率，使得系统的使用寿命长，在倍频系统中可调节光束光斑，达到输出与输入光斑圆度一致的目的，大大的节约了成本，调试简单、方便；同时倍频系统外可获取分离的红外、绿光、紫外激光，具备结构简单、寿命可靠的优势。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种腔外倍频激光器，其特征在于，包括激光器本体，所述激光器本体出射第一光束，还包括沿所述第一光束的输出光路依次设置的倍频晶体与和频晶体，所述倍频晶体的入射面与所述和频晶体的出射面分别为布儒斯特角斜面，所述第一光束依次经所述倍频晶体与所述和频晶体后产生第二光束和第三光束出射，其中所述第一光束的波长为λ₁，所述第二光束的波长为λ₂，所述第三光束的波长为λ₃，且1/λ₁+1/λ₂＝1/λ₃。

2.根据权利要求1所述的腔外倍频激光器，其特征在于，所述倍频晶体为二倍频晶体，所述和频晶体为三倍频晶体。

3.根据权利要求1或2所述的腔外倍频激光器，其特征在于，所述第一光束为线偏振光，且偏振方向平行于所述入射面。

4.根据权利要求2所述的腔外倍频激光器，其特征在于，所述二倍频晶体的出射面和所述三倍频晶体的入射面分别设增透膜，所述增透膜能够使所述第一光束和所述第二光束透过。

5.根据权利要求4所述的腔外倍频激光器，其特征在于，经所述倍频晶体的出射面，在所述第一光束和所述第二光束的出射方向上分别设有挡光片，以获取所述第三光束。

6.根据权利要求1所述的腔外倍频激光器，其特征在于，所述布儒斯特角斜面为抛光斜面。

7.根据权利要求5所述的腔外倍频激光器，其特征在于，所述第一光束为红外基频光，所述第二光束为绿光，所述第三光束为紫光。

8.根据权利要求7所述的腔外倍频激光器，其特征在于，所述增透膜为红外光和绿光增透膜。

9.根据权利要求8所述的腔外倍频激光器，其特征在于，所述挡光片包括红外线挡光片和绿光挡光片。

10.根据权利要求1所述的腔外倍频激光器，其特征在于，所述激光器本体为光纤激光器或固体激光器。

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