CN116387953A - 一种被动调q的全固态深紫外激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种被动调Q的全固态深紫外激光器，包括按照激光传播方向依次设置的激光二极管、激光晶体Nd:GdVO4、被动调Q晶体Cr4+:YAG、腔内聚焦镜、二倍频晶体LBO、输出镜、腔外聚焦镜、四倍频晶体BBO和分光棱镜；所述全固态深紫外激光器的谐振腔为直腔结构。本发明提供的被动调Q的全固态深紫外激光器可以产生228nm激励光源，相比于266nm波段，波长更短，在制备光子器件领域具有重要的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及深紫外激光器技术领域，特别涉及一种被动调Q的全固态深紫外激光器。
背景技术
激光器因其良好的相干性、单色性、高亮度、方向性，广泛应用于各种生产生活场景中，在激光产品中，在200到230nm的深紫外激光，处于人体安全波段，具有波长短、光子能量高、热效应低、人体安全的优点，在工业加工、生态农业、生物医疗、军事安防等方面具有难以替代的作用。
目前，能产生228nm波段的激光发射装置主要包括：Ti:sapphire激光器和基于掺Nd3+准三能级激光系统的0.9μm谱线经四倍频所得：
Ti:sapphire激光器的泵浦通常采用掺Nd3+激光倍频获得的绿光，整体结构复杂，性能较差。
目前基于掺Nd3+准三能级激光系统的0.9μm谱线经四倍频获得228nm深紫外激光器中，调Q技术采用声光调Q和电光调Q技术。其中，
电光调Q技术在使用时需要提供几千V的高压电，存在功耗高、有安全隐患的弊端。
采用声光调Q技术，其超声波振荡器的峰值功率受工艺限制很难做大，导致声光介质需要很长的长度(几十毫米)才能工作，从而使腔长增长，功率降低。
因此，如何提供一种体积小、功耗低的被动调Q的全固态深紫外激光器是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明针对上述研究现状和存在的问题，提供了一种被动调Q的全固态深紫外激光器，用于发射波长为228nm的激光。
本发明提供的一种被动调Q的全固态深紫外激光器，包括按照激光传播方向依次设置的激光二极管、激光晶体Nd:GdVO4、被动调Q晶体Cr4+:YAG、腔内聚焦镜、二倍频晶体LBO、输出镜、腔外聚焦镜、四倍频晶体BBO和分光棱镜；所述全固态深紫外激光器的谐振腔为直腔结构；其中，
所述激光二极管作为泵浦源，发出的808nm泵浦光经过光纤耦合系统聚焦在Nd:GdVO4上；
所述激光晶体Nd:GdVO4的泵浦光入射端面镀808nm、1064nm增透膜和912nm高反膜；出射端面镀912nm、1064nm和1340nm增透膜；
所述被动调Q晶体Cr4+:YAG的入射端面镀膜912nm高透膜，出射端面镀912nm高透膜和456nm高反膜；
所述腔内聚焦镜两侧端面均镀912nm增透膜；
所述二倍频晶体LBO的两侧端面均镀456nm、912nm和1064nm增透膜；
所述输出镜的入射端面镀912nm高反膜和456nm高透膜，出射端面镀456nm高透膜；
所述腔外聚焦镜两侧均镀456nm增透膜，四倍频晶体BBO放置于所述腔外聚焦镜的焦点处；
所述四倍频晶体BBO晶体两侧均镀456nm和228nm增透膜，并出射456nm激光和经过倍频产生的228nm紫外激光；
所述分光棱镜分离出456nm激光和228nm紫外激光。
优选的，所述激光晶体Nd:GdVO4的泵浦光入射端面作为谐振腔的反射镜，所述输出镜的入射端面为凹面，出射端面为平面；所述激光晶体Nd:GdVO4的出射端面与输出镜的凹面之间的光路结构构成平凹谐振腔。
优选的，所述输出镜的凹面曲率为100mm。
优选的，所述谐振腔的振荡波长为912nm，经过所述二倍频晶体LBO二倍频后，产生456nm波长激光并在谐振腔内振荡，从所述输出镜射出。
优选的，所述分光棱镜包括三棱镜。
本发明旨在实现LD泵浦的被动调Q的全固态深紫外激光器。
本发明采用激光二极管(LD)泵浦的振荡器，不仅结构简单紧凑，而且可以产生228nm激励光源，228nm光源处在200-230nm的人体安全波段范围内，可用于大范围人光共存消杀环境，例如手术室过程中、粮食产线上的紫外消毒。228nm激励光源相比于266nm波段，波长更短，在制备光子器件领域具有重要的应用前景。本发明相较现有技术具有以下有益效果：
1、采用被动调QCr4+:YAG晶体，不需要供电，有效降低功耗。不仅如此，在Cr4+:YAG的出射端面镀456nm高反膜，构造了一个能被动调Q的二向色镜，避免Cr4+:YAG对456nm的吸收，也避免456nm打到激光晶体Nd:GdVO4从而影响912nm的基频光发射。
2、腔内聚焦镜使得光束在腔内谐振时会产生一个束腰，将二倍频晶体LBO放置在束腰上，能提高腔内倍频效率。
3、该激光器谐振腔采用直腔布局，光路简单，调光方便，并且有效减小体积，整体长度可压缩到10cm，非常适用于整机便携化制备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的被动调Q的全固态深紫外激光器光路结构示意图。
图中，1为激光二极管、2为激光晶体Nd:GdVO4、3为被动调Q晶体Cr4+:YAG、4为腔内聚焦镜，5为二倍频晶体LBO、6为输出镜、7为腔外聚焦镜、8为四倍频晶体BBO、9为分光棱镜。
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。
下面结合附图1对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例的被动调Q的全固态深紫外激光器，包括按照激光传播方向依次设置的激光二极管、激光晶体Nd:GdVO4、被动调Q晶体Cr4+:YAG、腔内聚焦镜、二倍频晶体LBO、输出镜、腔外聚焦镜、四倍频晶体BBO和分光棱镜；全固态深紫外激光器的谐振腔为直腔结构；其中，
激光二极管作为泵浦源，发出的808nm泵浦光经过光纤耦合系统聚焦在Nd:GdVO4上；
激光晶体Nd:GdVO4的泵浦光入射端面镀808nm、1064nm增透膜和912nm高反膜，出射端面镀912nm、1064nm和1340nm增透膜；
被动调Q晶体Cr4+:YAG的入射端面镀膜912nm高透膜，出射端面镀912nm高透膜和456nm高反膜；以激光晶体Nd:GdVO4入射端面和输出镜的入射端面之间的光路结构构造成谐振腔，腔内谐振波长为912nm，被动调Q晶体Cr4+:YAG放置于谐振腔腔内便可接收到912nm激光；
腔内聚焦镜两侧端面均镀912nm增透膜；
二倍频晶体LBO的两侧端面均镀456nm、912nm和1064nm增透膜；激光晶体Nd:GdVO4受激后发射912nm、1064nm、1340nm。其中，1064nm是四能级，发射强度较高，需要及时将1064nm波长的光导出去，减少对准三能级发射谱线912nm的影响。
输出镜的入射端面镀912nm高反膜和456nm高透膜，出射端面镀456nm高透膜；
腔外聚焦镜两侧均镀456nm增透膜，四倍频晶体BBO放置于腔外聚焦镜的焦点处；
四倍频晶体BBO晶体两侧均镀456nm和228nm增透膜，并出射456nm激光和经过倍频产生的228nm紫外激光；
分光棱镜分离出456nm激光和228nm紫外激光。
需要说明的是，本实施例中所述高透膜透过率为99.9％，高反膜反射率为99.9％，增透膜透过率为98％。
在一个实施例中，激光晶体Nd:GdVO4的泵浦光入射端面作为谐振腔的反射镜，输出镜的入射端面为凹面，出射端面为平面；激光晶体Nd:GdVO4的出射端面与输出镜的凹面之间的光路结构构成平凹谐振腔。
在一个实施例中，输出镜的凹面曲率为100mm。
在一个实施例中，谐振腔的振荡波长为912nm，经过二倍频晶体LBO二倍频后，产生456nm波长激光并在谐振腔内振荡，从输出镜射出。
在一个实施例中，分光棱镜包括三棱镜。
在一个实施例中，被动调Q的全固态深紫外激光器的长度为10cm。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
本发明的具体实施例：
在图1中，激光二极管阵列1发出的808nm泵浦光经过光纤耦合系统聚焦在激光晶体Nd:GdVO4上，在激光晶体Nd:GdVO4的左端面(入射端面)镀912nm、1063nm、1340nm高反膜，利用激光晶体Nd:GdVO4的左端面作为谐振腔的反射镜，与输出镜6的凹面构成平凹谐振腔，凹面曲率为100mm。输出镜6的S1凹面镀912nm高反膜、456nm高透膜，S2平面镀456nm高透膜。
谐振腔内包括被动调QCr4+:YAG晶体3、腔内聚焦镜4和二倍频晶体LBO 5；被动调QCr4+:YAG晶体3的S1面(入射端面)镀912nm高透膜，S2面(出射端面)镀912nm高透膜、456nm高反膜；腔内聚焦镜4两侧都镀912nm增透膜。二倍频晶体LBO5的S1S2面都镀456nm、914nm和1064nm增透膜。
此谐振腔的振荡波长为912nm，经过二倍频晶体LBO5二倍频后，产生456nm波长在腔内振荡并从输出镜6射出，经过腔外聚焦镜7后将456nm激光聚焦，腔外聚焦镜两侧镀456nm增透膜，将四倍频晶体BBO8放置于焦点处，以便于提高倍频效率，四倍频晶体BBO8两侧镀456nm和228nm增透膜。经过四倍频晶体BBO倍频便可以产生228nm紫外激光，并由分光棱镜9分离出456nm和228nm激光。
228nm谱线可使胞嘧啶(DNA成分)、氨基酸(蛋白质成分)和NOx(炸药成分)中分子的π电子系统能级发生跃迁，进而增加拉曼强度。本发明提供的激光器可用于紫外共振拉曼光谱(UVRR)检测生物分子和炸药最为重要的光源。
以上对本发明所提供的一种被动调Q的全固态深紫外激光器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
在本文中，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。在没有更多限制的情况下，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 (5)
1.一种被动调Q的全固态深紫外激光器，其特征在于：包括按照激光传播方向依次设置的激光二极管、激光晶体Nd:GdVO4、被动调Q晶体Cr4+:YAG、腔内聚焦镜、二倍频晶体LBO、输出镜、腔外聚焦镜、四倍频晶体BBO和分光棱镜；所述全固态深紫外激光器的谐振腔为直腔结构；其中，
所述激光二极管作为泵浦源，发出的808nm泵浦光经过光纤耦合系统聚焦在Nd:GdVO4上；
所述激光晶体Nd:GdVO4的泵浦光入射端面镀808nm、1064nm增透膜和912nm高反膜；出射端面镀912nm、1064nm和1340nm增透膜；
所述被动调Q晶体Cr4+:YAG的入射端面镀膜912nm高透膜，出射端面镀912nm高透膜和456nm高反膜；
所述腔内聚焦镜两侧端面均镀912nm增透膜；
所述二倍频晶体LBO的两侧端面均镀456nm、912nm和1064nm增透膜；
所述输出镜的入射端面镀912nm高反膜和456nm高透膜，出射端面镀456nm高透膜；
所述腔外聚焦镜两侧均镀456nm增透膜，四倍频晶体BBO放置于所述腔外聚焦镜的焦点处；
所述四倍频晶体BBO晶体两侧均镀456nm和228nm增透膜，并出射456nm激光和经过倍频产生的228nm紫外激光；
所述分光棱镜分离出456nm激光和228nm紫外激光。
2.根据权利要求1所述的一种被动调Q的全固态深紫外激光器，其特征在于，所述激光晶体Nd:GdVO4的泵浦光入射端面作为谐振腔的反射镜，所述输出镜的入射端面为凹面，出射端面为平面；所述激光晶体Nd:GdVO4的出射端面与输出镜的凹面之间的光路结构构成平凹谐振腔。
3.根据权利要求2所述的一种被动调Q的全固态深紫外激光器，其特征在于，所述输出镜的凹面曲率为100mm。
4.根据权利要求1所述的一种被动调Q的全固态深紫外激光器，其特征在于，所述谐振腔的振荡波长为912nm，经过所述二倍频晶体LBO二倍频后，产生456nm波长激光并在谐振腔内振荡，从所述输出镜射出。
5.根据权利要求1所述的一种被动调Q的全固态深紫外激光器，其特征在于，所述分光棱镜包括三棱镜。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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