CN202695966U - 一种双端泵浦腔内和频355nm波长紫外固体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双端泵浦腔内和频355nm波长紫外固体激光器。激光器由LD泵浦源、双端泵浦耦合系统、折叠谐振腔、激光晶体、Q开关、倍频及和频晶体组成；耦合系统由两对平凸透镜将泵浦光准直聚焦，通过棱镜进行光路转折实现双端泵浦，使激光器结构紧凑，方便应用；采用简洁的三折叠腔实现腔内倍频、和频，提高紫外光输出功率及晶体使用寿命；倍频及和频晶体LBO采用温度相位匹配，和频晶体LBO一端以布儒斯特角切割，将腔内基频光与倍频光及和频产生的355nm波长紫外光分开，避免紫外光对透射膜层的损坏，实现355nm紫外激光稳定输出。

Description

一种双端泵浦腔内和频355nm波长紫外固体激光器

(一)技术领域

本实用新型涉及一种紫外固体激光器，特别是一种半导体激光双端泵浦腔内和频355nm波长紫外固体激光器。 

(二)背景技术

紫外激光具有高的光子能量，在材料加工过程中直接破坏许多非金属材料的分子键而实现“冷”加工，此加工过程具有光滑的边缘和最低限度的炭化影响；另外紫外激光波长短，聚焦性能优异，适合微细结构加工。LD端面泵浦紫外固体激光器具有光束质量好、体积小、使用方便等优点，在医用塑料、微电子等微加工领域具有良好的应用。由于紫外固体激光器涉及复杂的倍频、和频技术问题，许多单位及科研院所进行了大量研究。主要采用的技术有腔内和频及腔外和频两种方式。腔外和频方式稳定性好，但为了提高单次转化效率，和频晶体中聚焦光斑小，晶体易坏，不易长时间工作。腔外和频则由于腔内基频光功率高，单次谐波转换效率要求低，有效避免了晶体易坏问题，但腔内和频三个波长同时存在，彼此能量交换，输出稳定性不易控制。目前国外公司已推出系列LD泵浦紫外激光器产品，国内则处于起步阶段，现有技术方案中大多涉及多波长的膜层镜片，特别是紫外光透射膜层容易损坏，LD泵浦光耦合方式不够紧凑，输出功率和稳定性有待进一步提高等问题。 

(三)实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种结构紧凑、具有高功率和高稳定性的双端泵浦腔内和频355nm波长紫外固体激光器。 

本实用新型的技术方案： 

一种双端泵浦腔内和频355nm波长紫外固体激光器，其特征在于：激光器由LD泵浦源、对泵浦光进行准直和聚焦的双端泵浦光耦合系统、产生基频光振荡的折叠谐振腔、激光晶体、Q开关、倍频及和频晶体LBO组成；所述双端泵浦光耦合系统由两对平凸透镜分别构成泵浦光准直和聚焦镜，两路光纤端输出的泵浦光通过准直镜准直，一路直接由聚焦镜耦合到激光晶体内，另一路则通过全反射棱镜实现光路回转，然后由聚焦镜耦合到激光晶体内，对激光晶体实现双端泵浦。所述折叠谐振腔振荡光路主要由前端、后端反射镜和两片折叠反射镜反馈实现，腔内光路为简单的三折叠形式。激光晶体放置在两折叠反射镜之间的中间光路；Q开关放置在后端反射镜和折叠反射镜之间光路中靠近后端反射镜的位置；倍频晶体靠近前端反射镜放置，和频晶体则靠近倍频晶体放置。 

一种上述双端泵浦腔内和频355nm波长紫外固体激光器，其特征在于：倍频晶体LBO两端镀1064nm和532nm波长增透膜，和频晶体LBO一端镀1064nm和532nm波长增透膜，另一端则布儒斯特角切割；倍频和频晶体都用温度相位匹配工作方式，由高精度温控炉控温。 

一种上述双端泵浦腔内和频355nm波长紫外固体激光器，其特征在于：激光晶体为Nd:YVO4晶体或Nd:YAG晶体；晶体端面镀1064nm增透膜；所用Q开关为电光Q开关或声光Q开关。 

本实用新型的工作原理：本实用新型中光纤端发射的LD泵浦光通过准直聚焦耦合系统穿过两折叠反射镜耦合入激光晶体，实现双端泵浦，并根据激光模式匹配要求确定耦合光斑大小。泵浦条件下，通过Q开关调制，在折叠谐振腔内形成1064nm基频脉冲振荡。往返振荡的基频光通过倍频晶体部分转换为532nm波长的倍频光。正向倍频光被前端反射镜反射和反向倍频光一起进入和频晶体，同反向基频光和频生成355nm波长紫外光。在通过布儒斯特角时，355nm波长紫外光、剩余的倍频光和基频振荡光分离开来，355nm波长紫外光通过反射镜反射输出，未转化的基频光则继续形成基频光振荡。 

本实用新型的优点是：泵浦光耦合系统使一路光通过全反射棱镜后光路回转实现双端泵浦，一方面可以通过棱镜调整耦合光斑位置，实现两路泵浦光成一条直线，另一方面可使两光纤接入端处在激光器同侧位置，让固体激光器结构紧凑，方便应用；折叠谐振腔光路采用简单的三折叠形式，可靠性高；采用腔内倍频及和频方式，充分利用腔内基频光比腔外功率高出许多倍且不用追求单次谐波转换率的特点，可增大倍频晶体及和频晶体位中的光斑，使晶体不易损坏；和频晶体一端采用布儒斯特角切割，整个光路中355nm紫外光不经过透射膜层，避免了增透膜层容易被355nm紫外光破坏而使整个系统失效，提高了激光器的使用寿命。倍频及和频晶体均用温度相位匹配，晶体工作在较高温度下，有利于防止晶体潮解。 

(四)附图说明

附图：双端泵浦腔内和频355nm波长紫外固体激光器结构示意图。 

图中：1.LD泵浦源                    2-I.2-II.泵浦光准直镜 

3-I.3-II.泵浦光聚焦镜               4-I.4-II.折叠腔反射镜 

5.紫外光反射镜                      6.和频晶体 

7.倍频晶体                          8.前端反射镜 

9.全反射棱镜                        10.声光Q开关 

11.后端反射镜                       12.激光晶体 

(五)具体实施方式

实施例：见附图 

本实用新型355nm波长紫外固体激光器由LD泵浦源、泵浦光耦合系统、折叠谐振腔、激光晶体、声光Q开关、倍频及和频晶体组成。采用LD双端泵浦方式，利用腔内倍频、和频技术，实现1064nm波长基频振荡光部分转换为532nm波长倍频光，倍频光与基频光和频生成 355nm波长紫外光。倍频光及和频光可视为1064nm基频光的输出损耗，未转化的基频光维持振荡，使激光器实现高转换效率、高功率紫外激光输出。 

本实用新型双端泵浦耦合系统由平凸透镜2-I、2-II构成泵浦光准直镜，光纤端输出的泵浦光通过准直镜准直。由平凸透镜3-I、3-II构成泵浦光聚焦镜，将准直后的泵浦光聚焦耦合到Nd:YVO4晶体12内实现泵浦。准直镜2-I和聚焦镜3-I直接凸面相对放置，另一对准直聚焦镜2-II、3-II之间通过全反射棱镜实现光路转折进行双端泵浦，通过调节棱镜实现两路泵浦光对正。此耦合系统可以使两光纤接入端处在激光器同侧位置，使激光器结构紧凑，方便应用。为保证准直光束具有合理的光斑大小，准直聚焦镜焦距控制在20-40mm范围内。 

本实用新型振荡光路主要由前端反射镜8、后端反射镜11和折叠反射镜4-I、4-II反馈实现，为简单的三折叠形式。Nd:YVO4晶体12放置在折叠反射镜4-I、4-II之间的中间光路；声光Q开关10放置在后端反射镜11和折叠反射镜4-II之间光路的靠近后端反射镜11的位置；LBO倍频晶体7放置在靠近前端反射镜8的位置，LBO和频晶体6靠近倍频晶体7放置。倍频晶体7两端镀1064nm和532nm波长激光增透膜，和频晶体6靠近倍频晶体一端镀1064nm和532nm波长增透膜，另一端则以布儒斯特角切割。在声光Q开关10调制下，形成1064nm波长基频光脉冲振荡，基频光通过倍频晶体7部分转换为532nm波长的倍频光，正向倍频光被前端反射镜8反射和反向倍频光一起进入和频晶体6，与反向基频光和频生成355nm波长紫外光，混合光通过布儒斯特角时，355nm波长紫外光、532nm波长倍频光及基频光分离开来，355nm波长紫外光由反射镜5反射出去，未转化的基频光则继续形成振荡。倍频晶体LBO及和频晶体LBO长度都为15mm，由温控炉将温度精度控制在0.1度，实现倍频及和频的最佳温度相位匹配，具有高的谐波转化效率。在808nm波长LD泵浦光功率60W的条件下，实现355nm波长紫外激光平均功率输出7W，光束质量参数M²＜1.1。 

Claims (3)

1.一种双端泵浦腔内和频355nm波长紫外固体激光器，由LD泵浦源、双端泵浦耦合系统、折叠谐振腔、激光晶体、Q开关、倍频及和频晶体LBO组成，其特征在于：双端泵浦光耦合系统由两对平凸透镜分别构成泵浦光准直镜和聚焦镜，两路光纤端输出的泵浦光通过准直镜准直，一路直接由聚焦镜耦合到激光晶体内，另一路则通过全反射棱镜实现光路回转，然后由聚焦镜耦合到激光晶体内，实现双端泵浦；折叠谐振腔由前端反射镜、后端反射镜和两片折叠反射镜构成简单的三折叠形式；激光晶体放置在两折叠反射镜之间的中间光路；Q开关放置在后端反射镜和折叠反射镜之间光路中靠近后端反射镜的位置；倍频晶体LBO靠近前端反射镜放置，和频晶体LBO则靠近倍频晶体LBO放置。

2.如权利要求1所述双端泵浦腔内和频355nm波长紫外固体激光器，其特征在于：倍频晶体LBO两端镀1064nm和532nm波长增透膜，和频晶体LBO一端镀1064nm和532nm波长增透膜，另一端则以布儒斯特角切割；倍频及和频晶体都用温度相位匹配工作方式，由高精度温控炉控温。

3.如权利要求1所述双端泵浦腔内和频355nm波长紫外固体激光器，其特征在于：激光晶体为Nd:YV04晶体或Nd:YAG晶体，晶体端面镀1064nm增透膜。 

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