CN115133381A - 一种大光斑和高光束质量输出的紫外激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大光斑和高光束质量输出的紫外激光器，该紫外激光器包括：沿光路方向依次设置的基频发生器、基频光束变换器、包含非线性晶体的频率转换模组，以及谐波光束变换器；所述基频发生器产生基频光，所述基频光入射至所述基频光束变换器，并由所述基频光束变换器输出X方向和Y方向发散角具有设定比例的光束，所述光束经所述频率转换模组输出不对称谐波光束，发散角在X方向上小于Y方向上，经过激光器腔内有限距离的快速发散，然后在特定的地方放置谐波光束变换器，实现圆形大光斑对称谐波光束输出，从而可以改善谐波输出的光束质量，同时大大延长紫外元件和激光器的使用寿命以及提高紫外激光器的长期可靠性。

Description

一种大光斑和高光束质量输出的紫外激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种大光斑和高光束质量输出的紫外激光器。

背景技术

紫外激光器由红外基频光通过频率转换模组的和频作用，实现波长转换。如355nm紫外激光器，是由1064nm通过和频转换产生二次谐波532nm，1064nm与532nm和频作用产生三次谐波355nm。深紫外激光器则是由二次谐波532nm再通过和频作用产生四次谐波266nm。

非线性晶体和频作用的转换效率η可以用以下表达式表示：

即转换效率跟入射光的峰值功率密度P_peak、晶体长度L的平方、相位匹配因子sinc²(ΔkL/2)成正比，跟入射光的面积A成反比。

如图1所示，传统设计的非线性晶体一般采用两端面均是垂直平面，即基频光垂直入射，和频作用产生的谐波也是垂直端面出射，为了减小端面反射损耗，两端面均镀有增透膜。由于需要保证较高的转换效率，基频光需要聚焦到较小光斑再入射到非线性晶体，晶体要位于焦点区域(瑞利范围内)，谐波输出的光斑尺寸也较小。对于目前工业应用中主流的皮秒紫外355nm激光器，红外基频光的峰值功率为几个MW级别，根据公式(1)，为了获取合适的转换效率(约30～40％)，非线性晶体的基频光入射光斑一般设计在1-1.5mm范围，对应输出紫外光束光斑为0.58-0.87mm。对于紫外光束，单光子能量很高，增透膜容易被较高功率密度的紫外光损伤，限制了激光器的使用寿命。如果输出端面不镀膜，端面反射紫外光除了会导致功率损耗，还会由于内部散射，对晶体加热炉的长期可靠性有影响，另外，反射紫外光长期照射输入端面增透膜也会影响寿命。

由于非线性晶体位于发散角较小的高斯光束准直区，谐波输出的发散很慢，到达后续光学元件的光斑并没有明显变大，功率密度较高，容易引起损伤，缩短元件和激光器的寿命。对于目前工业应用中主流的皮秒紫外355nm激光器，非线性晶体输出紫外光束光斑一般为0.58-0.87mm，经过500mm(一般腔内长度都在500mm以内)的自然发散，光斑大小变为0.7-0.91mm，在后续光学元件上的光斑面积仍然较小，功率密度并没有明显降低，容易引起损伤。

因此，在不降低转换效率的前提下，提升输出端面的抗损伤能力，以及增大晶体后面光学元件表面上的紫外光斑大小，从而降低功率密度，成为行业内的重要改进方向。

非线性晶体的和频过程是基于角度匹配来实现相位匹配，上述公式(1)中的相位匹配因子sinc²(ΔkL/2)与光束的入射角度和光束发散角有关，入射光束的发散角会导致部分能量偏离相位匹配，即sinc²(ΔkL/2)变小，从而降低了和频的转换效率；入射基频光束的较高空间频率分量不能转换为紫外光束，使得紫外光束波前发生畸变，导致光束质量下降。对于目前常规设计的紫外激光器，入射非线性晶体的基频光都是发散角对称的圆斑，为了获得较高的转换效率，基频光的光斑尺寸都比较小，发散角比较大，晶体接收角会影响转换效率和光束质量的下降。

如图2所示，走离效应会影响谐波输出的椭圆度和光束质量。基频光的光斑直径为a，非线性晶体的走离角为ρ，晶体长度为L，晶体输出谐波光斑分布被横向拉伸，拉伸距离δ为：

δ＝L*tan(ρ) (2)

一般用δ/a来衡量走离效应对谐波输出的椭圆度和光束质量的影响，如果δ/a越大，影响就越大。所以走离效应会导致输出谐波光斑变椭，谐波光束的波前也会发生畸变，从而导致光束质量变差。对于以BBO为非线性晶体的纳秒脉冲深紫外激光器，走离角ρ为85mrad，基频光532nm的峰值功率一般为几十kW，常用的BBO晶体长度L为10mm，为了保证合适的转换效率(3％-5％)，要求入射非线性晶体的基频光光斑尺寸a为0.7-1.5mm，以a＝0.7mm为例，δ＝0.85mm，δ/a达到1.2，产生的深紫外266nm的椭圆度一般为50％，光束质量M²一般为1.6。

因此，对于传统设计的小光斑基频光入射，非线性晶体的走离效应，会导致紫外光的椭圆度和光束质量变差。小光斑基频光入射时，光束的发散角较大，接近或者超过晶体的接收角，也会导致损失部分转换效率以及光束质量下降。

发明内容

本发明提供了一种大光斑和高光束质量输出的紫外激光器，旨在改善紫外输出的光束质量，提高紫外元件和激光器的使用寿命以及提高紫外激光器的长期可靠性。

本发明提供了一种大光斑和高光束质量输出的紫外激光器，包括：沿光路方向依次设置的基频发生器、基频光束变换器、包含非线性晶体的频率转换模组，以及谐波光束变换器；其中，所述基频光束变换器为输出X方向和Y方向发散角具有设定比例的光学元件或系统，X为非线性晶体的相位匹配方向，Y为非线性晶体的非相位匹配方向；

所述基频发生器产生基频光，所述基频光入射至所述基频光束变换器，并由所述基频光束变换器输出X方向和Y方向发散角具有设定比例的光束，X方向上的光斑大于Y方向上的光斑，所述光束经所述频率转换模组输出的不对称谐波光束，不对称谐波光束发散角在X方向上小于Y方向上，经过激光器腔内有限距离的快速发散，然后在特定的地方放置谐波光束变换器，实现圆形大光斑对称谐波光束输出。

进一步的，所述基频光束变换器输出X方向和Y方向的发散角的设定比例大于或者等于1:8，X方向上的发散角小于非线性晶体的接收角，即X方向上的发散角很小，远小于非线性晶体的接收角，解决了由于接收角的影响而降低转换效率和光束质量的问题；对应光斑尺寸在X、Y方向上的设定比例为大于或者等于8:1。

进一步的，所述频率转换模组包括一个或以上非线性晶体，对应输出二次谐波或者N次谐波，其中N≥3。

进一步的，所述频率转换模组最终的非线性晶体输出面为相对于紫外激光偏振方向的布儒斯特角切割面，防止端面反射光，同时解决了常规设计晶体平面镀增透膜而引起的损伤问题。

进一步的，所述布儒斯特角切割面镀有防止端面潮解的折射率匹配保护膜。

进一步的，所述频率转换模组设置于所述基频光的焦点处或者偏离焦点处。

进一步的，所述谐波光束变换器上镀设用于减少反射损耗的增透膜。

进一步的，所述基频光束变换器为柱透镜、衍射光学器件中的至少一种。

进一步的，所述谐波光束变换器为柱透镜、衍射光学器件中的至少一种。

进一步的，所述频率转换模组的非线性晶体为采用一维或二维换点方式的晶体。

结合图3(a)和图3(b)，本发明充分利用非线性晶体在相位匹配平面X和非相位匹配平面Y的接收角不同，让基频光束在相位匹配平面X以很小的发散角入射，远小于非线性晶体的接收角，解决了由于接收角影响而导致转换效率和光束质量降低的问题；按照如下高斯光束理论公式(3)，此平面对应的光斑尺寸较大。

D＝1.27*λ/θ (3)

其中，θ为远场发散角，λ为波长，D为束腰直径。走离效应只发生在相位匹配平面，按照公式(2)，入射光斑越大，δ/a就越小，走离效应对谐波输出的椭圆度和光束质量影响就越小。在非相位匹配平面接收角很大，对应允许很小的光斑尺寸，所以入射基频光面积，可以设计跟传统常规设计的面积一样，这样就可以保证合理的谐波转换效率。所以，本发明的设计可以解决由于晶体走离效应和接收角限制对光束质量的影响，同时维持了合理的谐波转换效率。

本发明实施例中，在非相位匹配平面上谐波输出的光斑尺寸很小，发散角很大，在后续传输过程中可以快速发散，在较短的距离内实现X和Y两个方向的光斑尺寸很接近或者相等，并且光斑可以设计得较大，通常大于1.6mm，从而大大延长后续光路元件的寿命。

本发明实施例中，所述频率转换模组最终的输出面优选为相对于紫外偏振方向的布儒斯特角切割面。由于输出的谐波为线偏振，所以可以将晶体输出面设计成谐波按照布儒斯特角出射，使得谐波全部透过，既能减小端面反射损耗，避免谐波反射光对其他器件的影响，又能避免由于镀增透膜引起的寿命问题。对于容易潮解的非线性晶体，如BBO、CLBO等，可以在晶体输出的布儒斯特切割面镀上高损伤阈值的保护膜，保护膜的折射率与晶体相匹配，这样可以有效防止晶体表面潮解，延长使用寿命。

本发明实施例可以实现沿着非相位匹配面上换点，该平面上的光斑很小，可以实现足够数量的换点点数，从而大大延长非线性晶体的寿命。非相位匹配面的接收角很大，对换点机构要求没有那么严格，从而保证了换点的可靠稳定性。

本发明与现有技术相比的益处在于：

现有技术是基频光聚焦到较小圆形光斑入射晶体，走离效应对椭圆度和光束质量影响较大。本发明实施例在相位匹配面上采用大光斑，大大减小了走离效应的影响。另外，现有技术产生的谐波发散较小，到达后续元件光斑面积还是较小。本发明在非相位匹配面上采用很小光斑入射，产生的谐波发散角很大，到达后续元件X方向和Y方向的光斑相近或相等，光斑面积变得很大，大大延长元件的寿命。非相位匹配面上采用很小光斑入射，可以采用一维换点方式便能实现足够多的点数。并且，本发明实施例还与晶体布儒斯特角切割面结合，以及在晶体输出面镀设特殊保护膜等等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为现有技术中基频光聚焦入射非线性晶体的示意图；

图2为现有技术中基频光走离效应示意图；

图3(a)和图3(b)为本发明实施例中基频光入射非线性晶体的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种大光斑和高光束质量输出的紫外激光器的原理示意图；

图5为本发明实施例中经基频光束变换器变换后的椭圆光斑示意图；

图6为本发明实施例提供的一种大光斑和高光束质量输出的紫外激光器的另一原理示意图；

图7为本发明实施例中的晶体布儒斯特切割面示意图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

下面请参见图3(a)和图3(b)，本发明实施例提供的一种大光斑和高光束质量输出的紫外激光器，包括：沿光路方向依次设置的基频发生器1、基频光束变换器2、包含非线性晶体的频率转换模组3，以及谐波光束变换器4；其中，所述基频光束变换器2为输出X方向和Y方向发散角具有设定比例的光学元件或系统，X为非线性晶体的相位匹配方向，Y为非线性晶体的非相位匹配方向；

所述基频发生器1产生基频光，所述基频光入射至所述基频光束变换器2，并由所述基频光束变换器2输出X方向和Y方向发散角具有设定比例的光束，X方向上的光斑大于Y方向上的光斑，同时维持合适的转换效率，所述光束经所述频率转换模组3输出X方向和Y方向发散角不同的不对称谐波光束，且Y方向上的发散角大于X方向上的发散角，Y方向的光斑经过激光器腔内有限距离的快速发散，接近或者等于X方向的光斑尺寸，然后在特定的地方放置谐波光束变换器4，将X方向和Y方向的光束发散角变换成相等或相近，实现圆形大光斑对称谐波光束输出。

本实施例中，所述紫外激光器包括用于产生基频光的基频发生器1、将基频光输出为发散角具有设定比例的光束的基频光束变换器2、将光束输出位谐波光束的频率转换模组3以及将谐波光束输出为圆形大光斑对称紫外光束的谐波光束变换器4。本实施例通过所述基频光束变换器2将基频光输出为发散角具有设定比例的光束，其经所述频率转换模组3输出X和Y方向发散角不同的不对称谐波光束，且Y方向上的发散角很大，可以快速发散，经过激光腔内有限距离的自然发散，不对称谐波光束在X和Y两方向的光斑尺寸相等或相近，然后在特定的地方放置谐波光束变换器4，将X方向和Y方向的光束发散角变换成相等或相近，实现圆形大光斑对称谐波光束输出，如此可以改善紫外输出的光束质量，大大延长紫外元件和激光器的使用寿命以及提高紫外激光器的长期可靠性。

在具体应用场景中，对于深紫外转换的四次谐波产生晶体(如BBO晶体、CLBO晶体等)，在晶体的相位匹配方向上，转换效率和光束质量对入射基频光的发散角特别敏感；BBO和CLBO晶体的接收角较小，所以要求入射的光束发散角数值很小；BBO和CLBO晶体的走离角都比较大，容易影响谐波输出的椭圆度和光束质量，深紫外光对晶体后面的元件更容易损伤。应用本发明实施例的所提供的方式则有明显优势，具体来说，基频光在相位匹配方向上的分量可以设计得很大尺寸，对应发散角很小，所以走离效应和晶体接收角的影响就很小，深紫外输出的光束质量可以非常接近理想值(M平方＝1)。既避免了损失部分转换效率，也改善了深紫外的光束质量。在非相位匹配方向上的光斑很小，经过激光腔内有限距离的快速发散，扩束为大光斑，保护了后面的光学元件(谐波光束变换器)，大大延长了深紫外激光器的使用寿命。

所述基频光束变换器2输出X、Y两个方向发散角的设定比例小于或者等于1:8，对应光斑在X方向和Y方向上尺寸的设定比例为大于或者等于8:1。

结合图4，所述紫外激光器，基频光变换器2输出的光束，在非线性晶体的非相位匹配方向Y上的发散角很大，使得紫外光束通过激光腔内有限距离的快速发散，扩束为大光斑，在特定的地方放置谐波光束变换器，最终输出大光斑面积、高光束质量的紫外光束。基频光在非线性晶体相位匹配方向X上的光斑尺寸很大，因而解决了走离效应影响光束质量和转换效率的问题。入射的基频光斑面积保持常规设计方案一样的面积，因而可以维持合适的谐波转换效率。

结合图5，对于低峰值功率的紫外激光器，出光口处的窗口镜可以接受相对较小的紫外光斑，因此，可以设计合适的基频光长短轴比例，使得经过晶体布切面输出后，刚好是圆斑输出，不需要谐波光束变换器4进行准直补偿，简化光路系统。而对于其他高峰值功率的紫外激光器来说，利用所述谐波光束变换器4对频率转换模组3输出的不对称紫外光束进行输出，得到对应的圆形大光斑对称紫外光束，也就是说，本实施例通过采用所述谐波光束变换器4便能够输出理想圆斑，不需要额外的复杂补偿系统。所述谐波光束变换器4可以采用镀增透膜的方式来减少反射损耗。在具体应用场景中，所述基频光束变换器2和/或所述谐波光束变换器4可以是柱透镜等能够单独将非相位匹配方向准直的光学元件或组件。

所述频率转换模组包括一个或以上非线性晶体，对应输出二次谐波或者N次谐波，其中N≥3。例如N次谐波可以为三次谐波、四次谐波、五倍次谐波等等。所述频率转换模组输出X和Y方向发散角不同的谐波光束，Y方向的发散角至少为2mrad以上，经过激光腔内有限距离的快速发散，X、Y两方向上的光斑尺寸至少达到1.6mm。

进一步，如图6所示，所述频率转换模组3最终的输出面为相对于紫外激光偏振方向的布儒斯特角切割面(图6中的布切面即为所述布儒斯特角切割面)。布儒斯特角切割面防止端面反射损耗，也可以镀上高损伤阈值的折射率匹配保护膜，防止端面潮解。

本实施例中，所述频率转换模组3包括二次谐波晶体和/或N次谐波晶体，所述N次谐波晶体的输出面，可以是相对于紫外偏振方向的布儒斯特角切割面(布儒斯特角切割)。当然，如果频率转换模组只包含二次谐波晶体，那么该二次谐波晶体的输出面即为布儒斯特角切割面。紫外光束从频率转换模组3的布切面射出，反射损耗接近零，晶体输出面无镀膜更能抗紫外损伤，保证了较长的使用寿命。而对于容易潮解的N次谐波晶体，输出面也可以镀损伤阈值较高的保护膜，以降低潮解的风险。

具体的，所述频率转换模组3设置于所述基频光的焦点处或者偏离焦点处。频率转换模组3可以位于基频光的焦点处，也可以位于偏离焦点处。调整频率转换模组3相对于基频光焦点的位置，可以调节入射基频光的功率密度，从而实现调节转换效率。这相对于一般圆斑基频光入射方案要求放置在焦点处，本实施例的入射方式可以实现更简单高效地调节转换效率，有利于实际生产调试。

在一实施例中，为了增长整机的使用寿命，所述所述频率转换模组3的非线性晶体可以采用一维或者二维换点的方式，也能达到晶体截面所允许的最大相同点数，从而使整机达到足够长的使用寿命。

在一具体实施例中，以355nm的皮秒紫外激光器为例，首先由所述基频发生器1生成1064nm的皮秒红外光，峰值功率为几个MW，输出光斑直径为7mm、发散角X和Y两个方向相同的准直光束，1064nm的红外光入射至所述基频光束变换器2(具体为焦距为580mm的红外柱透镜)，输出X和Y两个方向的发散角比例为1:44的不对称光束，并在红外柱透镜焦平面处得到大小为7×0.16mm的光斑，X、Y分别对应晶体的相位匹配方向和非相位匹配方向，基频光束在相位匹配平面X以很小的发散角入射，远小于非线性晶体的接收角，解决了由于接收角影响而导致转换效率和光束质量降低的问题；所述频率转换模组3中的二次谐波晶体和三次谐波晶体(可以为LBO晶体等)设置于焦点处，焦点处基频光的光斑面积为面积为1.12mm²，转换效率可以达到40％。基频光入射光斑在X方向为7mm非常大，解决了走离效应影响光束质量和转换效率的问题。且三倍频晶体的输出面为布儒斯特角切割面，斜面朝向为Y方向，布儒斯特角切割面防止端面反射损耗，也可以镀上折射率匹配保护膜，防止端面潮解。故经过频率转换模组3输出的紫外光束的束腰为4×0.056mm，Y方向上的发散角很大，可以快速发散，传输500mm距离后，紫外光束的长短轴均为4×4mm，即X方向和Y方向的光斑尺寸相等，此处放置一个F500mm的紫外柱透镜(即所述谐波光束变换器4)，便可变换为圆形光斑的紫外光束。到达F500紫外柱透镜上的紫外光斑为直径4mm的圆形光斑，比常规皮秒紫外激光器自然发散后的光斑(0.75mm以内)要大4倍以上，大大降低了光学元件被损伤的风险。最终输出的紫外光束也达到了理想的光束质量：M平方为X＝1.04，Y＝1.06；像散为5％，束腰不对称性为1.06，直接输出的紫外光斑椭圆度为99％。

在另一具体实施例中，以532nm产生266nm的深紫外纳秒激光为例，首先由所述基频发生器1生成532nm的纳秒绿光，峰值功率为几十kW，输出光斑直径为9.5mm、发散角X和Y两个方向相同的准直光束，532nm绿光入射至基频光束变换器2(具体为焦距为700mm的绿光柱透镜)，输出X和Y两个方向的发散角比例为1:190的不对称光束，并在绿光柱透镜焦平面处得到大小为9.5×0.05mm的光斑，X、Y分别对应晶体的相位匹配方向和非相位匹配方向，基频光束在相位匹配平面X以很小的发散角入射，远小于非线性晶体的接收角，解决了由于接收角影响而导致转换效率和光束质量降低的问题。所述频率转换模组3只有二倍频晶体(该二倍频可以为BBO、CLBO等晶体)，设置于焦点处，焦点处光斑面积为0.475mm²，转换效率可以达到5％。基频光入射光斑在X方向为9.5mm非常大，解决了走离效应影响光束质量和转换效率的问题。且二倍频晶体的输出面为布儒斯特角切割面，斜面朝向为X方向，布儒斯特角切割面防止端面反射损耗，也可以镀上折射率匹配保护膜，防止端面潮解。故经过频率转换模组3输出的深紫外光束的束腰为4×0.035mm，Y方向上的发散角很大，可以快速发散，传输400mm距离后，深紫外光束的长短轴均为4×4mm，即X方向和Y方向的光斑尺寸相等，此处放置一个F400mm的深紫外柱透镜(即所述谐波光束变换器4)，便可变换为圆形光斑的深紫外光束。到达F400深紫外柱透镜上的深紫外光斑为直径4mm的圆形光斑，比常规皮秒深紫外激光器自然发散后的光斑(0.65mm以内)要大4倍以上，大大降低了光学元件被损伤的风险。最终输出的深紫外光束也达到了理想的光束质量：M平方为X＝1.07，Y＝1.04；像散为6％，束腰不对称性为1.05，直接输出的深紫外光斑椭圆度为99％。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种大光斑和高光束质量输出的紫外激光器，其特征在于，包括：沿光路方向依次设置的基频发生器、基频光束变换器、包含非线性晶体的频率转换模组，以及谐波光束变换器；其中，所述基频光束变换器为输出X方向和Y方向发散角具有设定比例的光学元件或系统，X为非线性晶体的相位匹配方向，Y为非线性晶体的非相位匹配方向；

所述基频发生器产生基频光，所述基频光入射至所述基频光束变换器，并由所述基频光束变换器输出X方向和Y方向发散角具有设定比例的光束，X方向上的光斑大于Y方向上的光斑，所述光束经所述频率转换模组输出不对称谐波光束，所述不对称谐波光束发散角在X方向上小于Y方向上，经过激光器腔内有限距离的快速发散，然后在特定的地方放置谐波光束变换器，实现圆形大光斑对称谐波光束输出。

2.根据权利要求1所述的大光斑和高光束质量输出的紫外激光器，其特征在于，所述基频光束变换器输出X方向和Y方向的发散角的设定比例小于或者等于1:8，X方向上的发散角小于非线性晶体的接收角，对应光斑在X方向和Y方向上尺寸的设定比例为大于或者等于8:1。

3.根据权利要求1所述的大光斑和高光束质量输出的紫外激光器，其特征在于，所述频率转换模组包括一个或以上非线性晶体，对应输出二次谐波或者N次谐波，其中N≥3。

4.根据权利要求3所述的大光斑和高光束质量输出的紫外激光器，其特征在于，所述频率转换模组最终的非线性晶体输出面为相对于紫外激光偏振方向的布儒斯特角切割面。

5.根据权利要求4所述的大光斑和高光束质量输出的紫外激光器，其特征在于，所述布儒斯特角切割面镀有防止端面潮解的折射率匹配保护膜。

6.根据权利要求1所述的大光斑和高光束质量输出的紫外激光器，其特征在于，所述频率转换模组设置于所述基频光的焦点处或者偏离焦点处。

7.根据权利要求1所述的大光斑和高光束质量输出的紫外激光器，其特征在于，所述谐波光束变换器上镀设用于减少反射损耗的增透膜。

8.根据权利要求1所述的大光斑和高光束质量输出的紫外激光器，其特征在于，所述基频光束变换器为柱透镜、衍射光学器件中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的大光斑和高光束质量输出的紫外激光器，其特征在于，所述谐波光束变换器为柱透镜、衍射光学器件中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的大光斑和高光束质量输出的紫外激光器，其特征在于，所述频率转换模组的非线性晶体为采用一维或二维换点方式的晶体。

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