CN112490825B - 一种线宽压窄模块及准分子激光器 - Google Patents

一种线宽压窄模块及准分子激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种线宽压窄模块及准分子激光器，所述线宽压窄模块包括：棱镜组，所述棱镜组用于对激光的光束进行调整；反射镜，所述反射镜设置于所述棱镜组一端，所述反射镜用于将调整后的光束进行反射；光栅，所述光栅设置于所述棱镜组及所述反射镜的一侧，所述光栅接收反射后的光束，并与所述棱镜组配合对所述光束进行光谱控制，所述光栅包括相对设置的第一端及第二端，所述第一端靠近所述反射镜，且所述第一端的温度高于所述第二端的温度；以及吹气管，所述吹气管朝向所述光栅，所述吹气管开设多个吹气孔，靠近所述第一端的吹气孔的气流量大于靠近所述第二端的吹气孔的气流量。所述线宽压窄模块可以提高输出光谱的稳定性。

Description

一种线宽压窄模块及准分子激光器
技术领域
本发明涉及光谱控制技术领域，具体涉及一种线宽压窄模块及准分子激光器。
背景技术
线宽压窄模块是准分子激光器的重要组成部分，准分子激光器一般通过线宽压窄模块进行光谱控制。请参阅图1，准分子激光器光谱输出的测量指标一般通过半高全宽(FWHM)和光谱纯度(E95)来定义，其中，FWHM为光强下降到峰值光强一半处的谱线宽度，E95为包含95％能量区域的谱线宽度。影响上述测量指标的主要因素包括激光光束发散角、棱镜组扩束倍率、激光波长、光栅衍射角以及放电腔腔长等。对于一个确定的放电腔以及线宽压窄模块，激光波前会因线宽压窄模块热效应发生改变，导致激光传输过程发散角增大、光谱展宽。
因此，对线宽压窄模块中热效应的控制方式的改进能够使激光发散角在光束传播过程中保持稳定，提高准分子激光器输出光谱的稳定性。
发明内容
针对上述问题，有必要提供一种具有较佳散热效果的线宽压窄模块及准分子激光器，可以减小光栅的局部温度差，进而减小激光波前畸变，提高准分子激光器输出光谱的稳定性。
本发明一方面提供一种线宽压窄模块，所述线宽压窄模块包括：
棱镜组，所述棱镜组用于对激光的光束进行调整；
反射镜，所述反射镜设置于所述棱镜组一端，所述反射镜用于将调整后的光束进行反射；
光栅，所述光栅设置于所述棱镜组及所述反射镜的一侧，所述光栅接收反射后的光束，并与所述棱镜组配合对所述光束进行光谱控制，所述光栅包括相对设置的第一端及第二端，所述第一端靠近所述反射镜，且所述第一端的温度高于所述第二端的温度；以及
吹气管，所述吹气管设置于所述棱镜组及所述反射镜的一侧，且朝向所述光栅，所述吹气管开设多个吹气孔，靠近所述第一端的吹气孔的气流量大于靠近所述第二端的吹气孔的气流量。
可选的，所述光栅的温度沿着所述第一端至所述第二端方向逐渐降低，所述吹气管沿着从所述第一端至所述第二端的方向依次划分为多个子区域，每个子区域内的吹气孔的孔径和/或者设置密度沿着从所述第一端至所述第二端的方向逐渐减小。
可选的，所述吹气管沿着从所述第一端至所述第二端的方向依次划分为第一区域、第二区域以及第三区域，所述第一区域内的吹气孔的孔径和/或者设置密度大于所述第二区域内的吹气孔的孔径和/或者设置密度，所述第二区域内的吹气孔的孔径和/或者设置密度大于所述第三区域内的吹气孔的孔径和/或者设置密度。
可选的，所述线宽压窄模块还包括流量调节装置，每个子区域内分别安装所述流量调节装置，所述流量调节装置对每个子区域内的所述吹气管的气流量分别进行调整。
可选的，所述流量调节装置包括流量计及阀门，所述流量计用于检测所述吹气管的气流量，所述阀门根据检测所得的气流量调整所述吹气管的气流量。
可选的，所述流量调节装置根据所述光栅对应每个子区域的温度和/或所述光栅发出的光束的光谱测量指标对每个子区域内的所述吹气管的气流量进行调整。
可选的，当所述光栅对应的子区域的温度越高，则增加对应的子区域内的吹气管的气流量，当所述光栅对应的子区域的温度越低，则降低对应的子区域内的吹气管的气流量。
可选的，所述光谱测量指标包括半高全宽和/或光谱纯度，当半高全宽和/或光谱纯度超出预设范围时，则增加所述吹气管的气流量，当半高全宽和/或光谱纯度未超出预设范围时，则降低或者不改变所述吹气管的气流量。
可选的，所述吹气管连接惰性气体，所述惰性气体通过所述吹气孔吹扫所述光栅，当惰性气体的分子量小于空气的分子量，所述吹气管采用自下而上的方式吹扫所述光栅，当惰性气体的分子量大于空气的分子量，所述吹气管采用自上而下的方式吹扫所述光栅。
本发明另一方面提供一种准分子激光器，所述准分子激光器包括上述线宽压窄模块。
本发明所述的线宽压窄模块及准分子激光器靠近所述光栅温度较高的一端的吹气孔的气流量较大，使得所述光栅整体温度均衡，具有较佳散热效果，从而减小光栅的局部温度差，进而减小激光波前畸变，提高准分子激光器输出光谱的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，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的附图。
图1是准分子激光器的光谱输出指标定义的示意图；
图2是本发明第一较佳实施例提供的线宽压窄模块的结构示意图；
图3是本发明第二较佳实施例提供的线宽压窄模块的结构示意图。
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、完整的描述，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，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。
请参阅图2，图2为本发明第一较佳实施例提供的一种线宽压窄模块100，所述线宽压窄模块100可安装于准分子激光器，对所述准分子激光器进行光谱控制。
所述线宽压窄模块100包括棱镜组10、反射镜20、光栅30以及吹气管40。所述棱镜组10用于对激光的光束进行调整。所述反射镜20设置于所述棱镜组10一端，所述反射镜20用于将调整后的光束反射至所述光栅30。所述光栅30设置于所述棱镜组10及所述反射镜20的一侧，所述光栅30与所述棱镜组10配合对所述光束进行光谱控制。所述光栅30包括相对设置的第一端31及第二端32，所述第一端31靠近所述反射镜20，且所述第一端31的温度高于所述第二端32的温度。所述吹气管40设置于所述光栅30朝向所述棱镜组10及所述反射镜20的一侧，所述吹气管40开设多个吹气孔41，靠近所述第一端31的吹气孔41的气流量大于靠近所述第二端32的吹气孔41的气流量。
在本较佳实施例中，所述棱镜组10对所述激光的光束进行扩束及准直，从而降低光束能量密度，以利于光谱的控制。在本较佳实施例中，所述棱镜组10包括三至四个棱镜11，所述棱镜11为直角棱镜或顶角为39°至45°的棱镜。所述棱镜11可由紫外级熔融石英材料或紫外透光性良好的材料制成，例如，CaF2、MgF2等。
在本较佳实施例中，所述反射镜20为高反镜。
在本较佳实施例中，所述光栅30的温度沿着所述第一端31至所述第二端32方向逐渐降低，所述吹气管40沿着从所述第一端31至所述第二端32的方向依次划分为多个子区域，每个子区域内的吹气孔41的孔径和/或者设置密度沿着从所述第一端31至所述第二端32的方向逐渐减小。所述吹气孔41的设置密度定义为单位面积内所述吹气孔41的数量，当设置密度越大，则单位面积内的吹气孔41的数量越多。
请再次参阅图2，具体地，所述吹气管40沿着从所述第一端31至所述第二端32的方向依次划分为第一区域A、第二区域B以及第三区域C。所述第一区域A对应所述光栅30的第一端31，且靠近所述反射镜20，所述第二区域B对应所述光栅30的中间位置，所述第三区域C对应所述光栅30的第二端32，且远离所述反射镜20。所述第一区域A内的吹气孔41的孔径和/或者设置密度大于所述第二区域B内的吹气孔41的孔径和/或者设置密度，所述第二区域B内的吹气孔41的孔径和/或者设置密度大于所述第三区域C内的吹气孔41的孔径和/或者设置密度。例如，所述第一区域A内的吹气孔的孔径为8mm～10mm，所述第二区域B内的气孔直径为5mm～8mm，所述第三区域C内的气孔直径为3mm～5mm。
在本较佳实施例中，所述吹气管40连接惰性气体，所述惰性气体通过所述吹气孔41吹扫所述光栅30，当惰性气体的分子量小于空气的分子量，所述吹气管40采用自下而上的吹扫方式，当惰性气体的分子量大于空气的分子量，所述吹气管40采用自上而下的吹扫方式。
本发明所述的线宽压窄模块100靠近所述光栅30温度较高的第一端31吹气孔41的气流量较大，使得所述光栅30整体温度均衡，具有较佳散热效果，从而减小所述光栅30的局部温度差，进而减小激光波前畸变，提高准分子激光器输出光谱的稳定性。
请参阅图3，图3为本发明第二较佳实施例提供的一种线宽压窄模块200，所述线宽压窄模块200的结构及工作原理与所述线宽压窄模块100大致相同，其不同之处仅在于，所述线宽压窄模块200还包括流量调节装置50，每个子区域分别安装所述流量调节装置50，所述流量调节装置50对每个子区域内的所述吹气管40的气流量分别进行调整。例如，所述第一区域A、所述第二区域B及所述第三区域C分别设置所述流量调节装置50。
在本较佳实施例中，每个所述流量调节装置50包括流量计51及阀门52，所述流量计51用于检测所述吹气管40的气流量，所述阀门52根据检测所得的气流量调整所述吹气管40的气流量。
在本较佳实施例中，所述流量调节装置50根据所述光栅30对应每个子区域的温度和/或所述光栅30发出的光束的光谱测量指标对每个子区域内的所述吹气管40的气流量进行调整。
当所述光栅30对应的子区域的温度越高，则增加对应的子区域内的吹气管40的气流量，当所述光栅30对应的子区域的温度越低，则降低对应的子区域内的吹气管40的气流量。例如，因所述第二区域B对应激光光斑位置处，在所述准分子激光器在使用过程中，可能出现所述光栅30与所述第二区域B对应的部分的温度大于与所述第二区域A对应的部分的温度时，此时，所述流量调节装置50可增加所述第二区域B内吹气孔41的气流量，避免所述光栅30局部温度过高，从而使得所述光栅30整体可维持温度均衡，确保准分子激光器输出的光谱的稳定性。
所述光谱测量指标包括半高全宽(FWHM)和/或光谱纯度(E95)，当半高全宽和/或光谱纯度超出预设范围时，则增加所述吹气管40的气流量，当半高全宽和/或光谱纯度未超出预设范围时，则降低或者不改变所述吹气管40的气流量。
本发明所述线宽压窄模块200可以在准分子激光器在使用过程中，根据所述光栅30的温度变化，实时调整不同子区域内的所述吹气孔41的气流量，从而使得所述光栅30在长时间使用过程中仍然能够从整体上维持温度均衡，进一步确保准分子激光器输出的光谱的稳定性。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种线宽压窄模块，其特征在于，所述线宽压窄模块包括：
棱镜组，所述棱镜组用于对激光的光束进行调整；
反射镜，所述反射镜设置于所述棱镜组一端，所述反射镜用于将调整后的光束进行反射；
光栅，所述光栅设置于所述棱镜组及所述反射镜的一侧，所述光栅接收反射后的光束，并与所述棱镜组配合对所述光束进行光谱控制，所述光栅包括相对设置的第一端及第二端，所述第一端靠近所述反射镜，且所述第一端的温度高于所述第二端的温度；所述光栅的温度沿着所述第一端至所述第二端方向逐渐降低；以及
吹气管，所述吹气管设置于所述棱镜组及所述反射镜的一侧，且朝向所述光栅，所述吹气管开设多个吹气孔，靠近所述第一端的吹气孔的气流量大于靠近所述第二端的吹气孔的气流量，所述吹气管沿着从所述第一端至所述第二端的方向依次划分为多个子区域，每个子区域内的吹气孔的孔径和/或者设置密度沿着从所述第一端至所述第二端的方向逐渐减小，能实时调整所述吹气孔的流量，保证光栅温度均衡。
2.根据权利要求1所述的线宽压窄模块，其特征在于，所述吹气管沿着从所述第一端至所述第二端的方向依次划分为第一区域、第二区域以及第三区域，所述第一区域内的吹气孔的孔径和/或者设置密度大于所述第二区域内的吹气孔的孔径和/或者设置密度，所述第二区域内的吹气孔的孔径和/或者设置密度大于所述第三区域内的吹气孔的孔径和/或者设置密度。
3.根据权利要求1所述的线宽压窄模块，其特征在于，所述线宽压窄模块还包括流量调节装置，每个子区域内分别安装所述流量调节装置，所述流量调节装置对每个子区域内的所述吹气管的气流量分别进行调整。
4.根据权利要求3所述的线宽压窄模块，其特征在于，所述流量调节装置包括流量计及阀门，所述流量计用于检测所述吹气管的气流量，所述阀门根据检测所得的气流量调整所述吹气管的气流量。
5.根据权利要求3所述的线宽压窄模块，其特征在于，所述流量调节装置根据所述光栅对应每个子区域的温度和/或所述光栅发出的光束的光谱测量指标对每个子区域内的所述吹气管的气流量进行调整。
6.根据权利要求5所述的线宽压窄模块，其特征在于，当所述光栅对应的子区域的温度越高，则增加对应的子区域内的吹气管的气流量，当所述光栅对应的子区域的温度越低，则降低对应的子区域内的吹气管的气流量。
7.根据权利要求5所述的线宽压窄模块，其特征在于，所述光谱测量指标包括半高全宽和/或光谱纯度，当半高全宽和/或光谱纯度超出预设范围时，则增加所述吹气管的气流量，当半高全宽和/或光谱纯度未超出预设范围时，则降低或者不改变所述吹气管的气流量。
8.根据权利要求1所述的线宽压窄模块，其特征在于，所述吹气管连接惰性气体，所述惰性气体通过所述吹气孔吹扫所述光栅，当惰性气体的分子量小于空气的分子量，所述吹气管采用自下而上的方式吹扫所述光栅，当惰性气体的分子量大于空气的分子量，所述吹气管采用自上而下的方式吹扫所述光栅。
9.一种准分子激光器，其特征在于，所述准分子激光器包括如权利要求1至8任一项所述的线宽压窄模块。
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