CN210379758U - 一种声光调q紫外激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于光学领域，提供了一种声光调Q紫外激光器，所述声光调Q紫外激光器包括：两个设置有激光泵浦源、聚焦组件、激光晶体以及声光调Q开关的支臂光路；用于将两路支臂光路合并成一路并通过v型折叠腔输出和频光的合束镜；v型折叠腔包括第一腔镜、第二腔镜，以及用于和频的和频晶体；用于输出紫外脉冲光的腔外倍频装置，包括聚焦透镜、倍频晶体以及分光片。本实用新型实施例提供的一种声光调Q紫外激光器，通过声光调Q开关对两束基频激光调Q输出脉冲光，然后通过合束镜对两个支臂光路进行合并通过和频晶体形成和频光，聚焦到倍频晶体上并通过分光片输出指定波长的紫外单色脉冲激光。

Description

一种声光调Q紫外激光器

技术领域

本实用新型属于光学领域，尤其涉及一种声光调Q紫外激光器。

背景技术

紫外激光器在科学研究、医疗、工业生产等方面都有广泛的应用，相比于红外和可见光波段的激光器，紫外激光具有较高的单光子能量和更小的光焦，使用范围更广。

现有的紫外激光产生器主要是利用BBO晶体等非线性光学晶体对全固态三次谐波或者四次谐波进行频率变换来实现紫外激光输出，因此市面上的紫外激光器一般都是355nm波长紫外激光器或者266nm波长紫外激光器，但在实际应用中，还需要不同波长的紫外光来实现科学研究，利用传统的四次谐波进行频率变换的方式具有限制性，导致紫外激光波长输出的局限性。

由此可见，现有的紫外激光器输出的紫外线波长限制较大，无法满足实际需求的技术问题，急需改进。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种声光调Q激光器，旨在解决现有的紫外激光器输出的紫外波长限制较大，无法满足实际需求的技术问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种声光调Q紫外激光器，包括：

支臂光路，所述支臂光路设置有两个，每个所述支臂光路设置有激光泵浦源、聚焦组件、激光晶体以及声光调Q开关，所述激光泵浦源输出的泵浦光经所述聚焦组件聚焦到所述激光晶体上，转化为基频光输出；

所述声光调Q开光，用于将所述基频光转化为脉冲基频光，其中两束所述脉冲基频光在同一平面上且相互垂直；

v型折叠腔，包括合束镜、第一腔镜以及第二腔镜，所述合束镜镀有对第一基频光高反、对第二基频光高透的膜，用于将两路所述脉冲基频光合并成一路，所述第一腔镜镀有对基频光高反射、对和频光高透射的膜；所述第二腔镜镀有对基频光以及和频光全部高反射的膜；所述第一腔镜和所述第二腔镜之间设有和频晶体，用于将所述脉冲基频光转化为单色脉冲和频光输出；以及

腔外倍频装置，设置有聚焦透镜，倍频晶体以及分光片，所述单色脉冲和频光通过聚焦透镜聚焦到倍频晶体上，并通过分光片输出指定波长的单色紫外脉冲光。

本实用新型实施例提供的一种声光调Q紫外激光器，通过合束镜对两路支臂光路进行合并，通过v型折叠腔以及和频晶体输出的和频光，通过声光调Q开关进行调Q输出脉冲和频光，经过腔外倍频装置输出指定波长的紫外单色脉冲激光。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种声光调Q激光器的结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的一种声光调Q激光器输出的244nm单色紫外脉冲光的波形图。

图3为本实用新型实施例提供的一种声光调Q激光器输出的244nm单色紫外脉冲光的光谱图。

图4本实用新型实施例提供的一种声光调Q激光器输出的244nm单色紫外脉冲光的光斑图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一支臂光路称为第二支臂光路，且类似地，可将第二支臂光路称为第一支臂光路。

图1示出了本实用新型实施例中提供的一种声光调Q紫外激光器的结构示意图，本实用新型实施例中的示意图只是实用新型技术方案的一种具体实施方式，并不用于限定本实用新型，并且本实用新型的实施例都是以输出波长为244nm的紫外脉冲光的声光调Q紫外激光器进行说明的，但是并不代表本申请的技术方案只能输出波长为244nm的紫外脉冲激光。

在本实用新型实施例中，如图1所示，本实用新型实施例提供的声光调Q 紫外激光器中包括：

支臂光路，所述支臂光路设置有两个，每个所述支臂光路设置有激光泵浦源、聚焦组件、激光晶体以及声光调Q开关，所述激光泵浦源输出的泵浦光经所述聚焦组件聚焦到所述激光晶体上，转化为基频光输出；

所述声光调Q开光，用于将所述基频光转化为脉冲基频光，其中两束所述脉冲基频光在同一平面上且相互垂直；

v型折叠腔，包括合束镜、第一腔镜以及第二腔镜，所述合束镜镀有对第一基频光高反、对第二基频光高透的膜，用于将两路所述脉冲基频光合并成一路，所述第一腔镜镀有对基频光高反射、对和频光高透射的膜；所述第二腔镜镀有对基频光以及和频光全部高反射的膜；所述第一腔镜和所述第二腔镜之间设有和频晶体，用于将所述脉冲基频光转化为单色脉冲和频光输出；以及

腔外倍频装置，设置有聚焦透镜，倍频晶体以及分光片，所述单色脉冲和频光通过聚焦透镜聚焦到倍频晶体上，并通过分光片输出指定波长的单色紫外脉冲光。

作为本实用新型一种实施例，支臂光路设置有两个，形成第一支臂光路和第二支臂光路，其中第一支臂光路上设有第一激光泵浦源11、第一聚焦组件31以及第一激光晶体41，第二支臂光路上设有第二激光泵浦源12、第二聚焦组件32以及第二激光晶体42，其中第一、第二激光泵浦源输出的激光通过光纤输出，其中第一光纤21连接在第一激光泵浦源上，第二光纤22连接在第二激光泵浦源上，第一光纤21的另一端固定在第一固定件23上，第二光纤的另一端固定在第二固定件24上，其中第一固定件23和第二固定件24 用于固定光纤的输出端，调整激光的出射方向，保证激光照射在聚焦组件上，其中第一支臂光路和第二支臂光路上的聚焦组件分别为第一聚焦镜31和第二聚焦镜32，聚焦组件用于将从光纤中输出的激光进行聚焦，以形成一路较为集中的激光，聚焦到激光晶体上，其中第一支臂光路和第二支臂光路上的激光晶体分别为第一激光晶体41和第二激光晶体42。

在本实用新型实施例中，如图1所示，第一支臂光路和第二支臂光路上分别设有第一声光调Q开关51和第二声光调Q开关52，在本实用新型实施例中，声光调Q开关可以根据实际情况进行选用，本实用新型实施例采用的是QS68-2.5C-B-GH9型声光调Q开关，用于对两束基频激光进行调Q，通过和频晶体输出单色脉冲和频光。在本实用新型实施例中，声光调Q开关的通光面正对激光晶体，并且从激光晶体出射的激光能够垂直射入所述声光调Q 开关中。

在本实用新型实施例中，如图1所示，合束镜63设置在第一声光调Q开关51和第二声光调Q开关52之间，其中第一支臂光路与第二支臂光路相互垂直放置，以保证两束基频激光在同一平面中且相互垂直，合束镜的通光面与两路支臂光路都成45度夹角，以将第一支臂光路和第二支臂光路合并成一路光路。

在本实用新型实施例中，如图1所示，v型折叠腔包括第一腔镜64、第二腔镜65，其中第一腔镜64镀有对两束基频光高反、对和频光高透的膜；第二腔镜65镀有对两束基频光以及和频光全部高反的膜，两束脉冲基频光通过和频晶体70转化为单色脉冲和频光。

在本实用新型实施例中，如图1所示，腔外倍频装置，所述腔外倍频装置，设置有聚焦透镜80，倍频晶体90以及分光片100，脉冲和频光通过聚焦透镜80聚焦到倍频晶体90上输出紫外脉冲光，通过分光片输出单色紫外脉冲光。对于如何选择具体波长，本实用新型后面的实施例会进行详细说明。

作为本实用新型一个实施例，以输出波长为244nm的单色紫外脉冲光为例，如图1所示，在所述支臂光路中，所述激光泵浦源11为二极管激光泵浦源，所述聚焦组件包括第一平凸透镜和第二平凸透镜，所述第一平凸透镜的凸面和所述第二平凸透镜的凸面相对设置，所述二极管激光泵浦源的激光通过光纤照射在所述第一平凸透镜的平面上，并通过所述第二平凸透镜的平面输出。

在本实用新型实施例中，为减小第一聚焦组件31的像差，第一聚焦组件 31包括第一平凸透镜33、第二平凸透镜34，第一平凸透镜33的凸面与第二平凸透镜34的凸面相对；进一步地，为减少泵浦光在第一聚焦组件31上的损耗，第一平凸透镜33、第二平凸透镜34镀808nm增透膜；为减小第二聚焦组件32的像差，第二聚焦组件32包括第一平凸透镜35、第二平凸透镜36，第一平凸透镜35的凸面与第二平凸透镜36的凸面相对；进一步地，为减少泵浦光在第二聚焦组件32上的损耗，第一平凸透镜35、第二平凸透镜36镀 808nm增透膜。

本实用新型实施例通过将两个平凸透镜的图面相对，构成聚焦组件，用于将激光泵浦源输出的激光进行聚焦，保证输出激光的质量。

作为本实用新型一个实施例，以输出波长为244nm的单色紫外脉冲光为例，如图1所示，每个所述支臂光路中都设置有一个所述激光晶体，其中，第一支臂光路中的第一激光晶体为掺钕钒酸钇晶体，第二支臂光路中的第二激光晶体为掺钕氟化锂钇晶体，所述第一激光晶体前端面镀有对波长为808nm 的光高透射、波长为914nm的光高反射的膜，后端面镀有对波长为914nm的光高增透的膜；所述第二激光晶体前端面镀有对对波长为808nm的光高增透、对波长为1047nm的光高反射的膜；后端面镀有对波长为1047nm的光高增透的膜，其中，激光从所述第一激光晶体和所述第二激光晶体的前端面射入。

在本实用新型实施例中，所述第一激光晶体前端面61与所述第一激光晶体41是一体；所述第二激光晶体前端面62与所述第二激光晶体42是一体，所述第一激光晶体前端面61到所述合束镜63的距离为90mm；所述第二激光晶体前端面62到所述合束镜63的距离为87mm；所述合束镜63到所述第一腔镜的距离为23mm；所述合束镜63镀有对914nm光高反射、对1047nm光高透射的膜；所述第一腔镜64镀有对914nm光、1047nm光高反射，对488nm 光高透射的膜；所述第二腔镜65镀有对914nm、1047nm、488nm光高反射的膜。

本实用新型实施例通过在指定激光晶体的通光面上镀有对指定波长光高透射或者高反射的膜，以及各个镜片的镀膜选择，并通过聚焦镜片聚焦到倍频晶体产生高重复频率的紫外激光，利用分光片实现单一的紫外激光输出。

作为本实用新型一种实施例，所述聚焦组件的焦点在所述激光晶体内，且与所述前端面相距1-3mm，如图1所示，为减少泵浦光在第一聚焦组件31 上的损耗，第一平凸透镜33、第二平凸透镜34镀808nm增透膜，第一聚焦组件31的焦点处于第一激光晶体41内，且与第一激光晶体前端面61相距 1-3mm处；为减少泵浦光在第二聚焦组件32上的损耗，第一平凸透镜35、第二平凸透镜36镀808nm增透膜，第二聚焦组件32的焦点处于第一激光晶体42内，且与第二激光晶体前端面62相距1-3mm处。

本实用新型实施例通过将聚焦组件的焦点设置在激光晶体内部，能够有效减少激光的损耗，保证激光的质量。

作为本实用新型一种实施例，在所述两个声光调Q开关中，第一声光调 Q开关通光端面镀有对第一基频光增透的膜，第二声光调Q开关通光端面镀有对第二基频光增透的膜。在本实用新型实施例中，所述第一声光Q开关通光端面镀有对914nm光增透射的膜；所述第二声光Q开关通光端面镀有对 1047nm光增透射的膜。

作为本实用新型一种实施例，以输出波长为244nm的单色紫外脉冲光为例，如图1所示，所述第一腔镜为平凹镜，所述第一腔镜的凹面镀有对波长为914nm的光高反射、波长为1047nm的光高反射、波长为488nm的光高透射的膜，所述第一腔镜的平面镀有对波长为488nm的光增透的膜，所述第二腔镜朝向所述第一腔镜的一面镀有对波长为914nm、1047nm、488nm的光全部高反射的膜。所述第一腔镜的凹面曲率为100mm，在所述第一腔镜与所述第二腔镜之间，还设置有和频晶体70，用于对将所述谐振腔内的两束脉冲基频光转化为单色脉冲和频光，所述和频晶体70采用三硼酸锂晶体。

在本实用新型实施例中，以输出波长为244nm的单色紫外脉冲光为例，如图1所示，声光调Q紫外激光器还包括腔外倍频装置，包括设置在所述v 型折叠腔并通过和频晶体70输出的单色脉冲和频光的光路上的聚焦镜80、倍频晶体90和分光片100，用于对所述单色脉冲和频光进行聚焦，通过倍频晶体90输出指定波长单一紫外脉冲光；其中，所述分光片100上镀有对紫外光高反射的膜，所述聚焦镜80的焦点在所述倍频晶体90内部。

在本实用新型实施例中，所述和频晶体70在所述第一腔镜64与所述第二腔镜65之间；在所述第一声光Q开关51、所述第二声光Q开关52、和频晶体70的调制下，输出高重复频率的488nm脉冲光；所述高重复频率488nm 脉冲光经过聚焦镜片80聚焦到倍频晶体90产生高重复频率的244nm紫外激光；所述聚焦镜80镀有对488nm高透射的膜；所述聚焦镜80、所述倍频晶体90与所述第一腔镜64对应设置；利用分光片100实现单一的244nm紫外激光输出；所述分光片100镀有对244nm紫外光高反射的膜。

本实用新型实施例通过和频晶体配合声光Q开关对两束基频光进行调制，输出高重复频率的488nm脉冲光，然后利用腔外倍频装置对488nm的脉冲光调制，最终产生单一的244nm的紫外激光输出，激光输出稳定好。

作为本实用新型一个实施例，声光调Q紫外激光器还包括第一声光Q驱动、第二声光Q驱动、外部控制信号装置；所述第一声光Q驱动向所述第一声光Q开关51提供电信号；所述第二声光Q驱动向所述第一声光Q开关52 提供电信号；所述外部控制信号装置包括第一稳压电源、第二稳压电源和信号同步器；所述第一稳压电源向第一声光Q驱动提供电压和电流，使第一基频光的上能级反转粒子数不断积累并达到饱和值；所述第二稳压电源向第二声光Q驱动提供电压和电流，使第二基频光的上能级反转粒子数不断积累并达到饱和值；在信号同步器的调制下使两束基频光同一时间撤出超声场，使腔内Q值猛增，激光振荡迅速恢复，其能量以巨脉冲形式输出，输出488nm 脉冲光。

图2是244nm声光调Q紫外激光器重复频率4KHz时的单脉冲波形图，此时输出的最短脉冲宽度是19ns。声光调Q紫外激光器的发射光谱通过光谱仪测量，如图3所示，中心波长～244nm；图4是244nm声光调Q紫外激光器的光斑形状。

本实用新型实施例提供的声光调Q紫外激光器，通过合束镜对两路支臂光路进行合并，通过v型折叠腔以及和频晶体输出的和频光，在第一声光Q 开关、第二声光Q开关的调制下，输出高重复频率的脉冲和频光，经过第一腔镜、第二腔镜以及各个镜片的镀膜选择，并通过聚焦镜片聚焦到倍频晶体产生高重复频率的紫外激光，利用分光片实现单一的紫外激光输出，可以实现不同波长的紫外输出，满足所有和频激光波长的腔外倍频的紫外激光运转，且结构简单，成本较低。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种声光调Q紫外激光器，其特征在于，包括：

支臂光路，所述支臂光路设置有两个，每个所述支臂光路设置有激光泵浦源、聚焦组件、激光晶体以及声光调Q开关，所述激光泵浦源输出的泵浦光经所述聚焦组件聚焦到所述激光晶体上，转化为基频光输出；

所述声光调Q开光，用于将所述基频光转化为脉冲基频光，其中两束所述脉冲基频光在同一平面上且相互垂直；

v型折叠腔，包括合束镜、第一腔镜以及第二腔镜，所述合束镜镀有对第一基频光高反、对第二基频光高透的膜，用于将两路所述脉冲基频光合并成一路；所述第一腔镜镀有对基频光高反射、对和频光高透射的膜，所述第二腔镜镀有对基频光以及和频光全部高反射的膜；所述第一腔镜和所述第二腔镜之间设有和频晶体，用于将所述脉冲基频光转化为单色脉冲和频光输出；以及

腔外倍频装置，设置有聚焦透镜，倍频晶体以及分光片，所述单色脉冲和频光通过聚焦透镜聚焦到倍频晶体上，并通过分光片输出指定波长的单色紫外脉冲光。

2.根据权利要求1所述声光调Q紫外激光器，其特征在于，在所述支臂光路中，所述激光泵浦源为二极管激光泵浦源，所述聚焦组件包括第一平凸透镜和第二平凸透镜，所述第一平凸透镜的凸面和所述第二平凸透镜的凸面相对设置，所述二极管激光泵浦源的激光通过光纤照射在所述第一平凸透镜的平面上，并通过所述第二平凸透镜的平面输出。

3.根据权利要求1所述声光调Q紫外激光器，其特征在于，每个所述支臂光路中都设置有一个所述激光晶体，其中，第一支臂光路中的第一激光晶体为掺钕钒酸钇晶体，第二支臂光路中的第二激光晶体为掺钕氟化锂钇晶体。

4.根据权利要求3所述声光调Q紫外激光器，其特征在于，所述第一激光晶体前端面镀有对波长为808nm的光高透射、波长为914nm的光高反射的膜，后端面镀有对波长为914nm的光高增透的膜；所述第二激光晶体前端面镀有对对波长为808nm的光高增透、对波长为1047nm的光高反射的膜；后端面镀有对波长为1047nm的光高增透的膜，其中，泵浦激光从所述第一激光晶体和所述第二激光晶体的前端面射入。

5.根据权利要求4所述声光调Q紫外激光器，其特征在于，所述聚焦组件的焦点在所述激光晶体内，且与所述前端面相距1-3mm。

6.根据权利要求1所述声光调Q紫外激光器，其特征在于，在两个所述声光调Q开关中，第一声光调Q开关通光端面镀有对第一基频光增透的膜，第二声光调Q开关通光端面镀有对第二基频光增透的膜。

7.根据权利要求1所述声光调Q紫外激光器，其特征在于，所述第一腔镜为平凹镜，所述第一腔镜的凹面镀有对波长为914nm的光高反射、波长为1047nm的光高反射、波长为488nm的光高透射的膜，所述第一腔镜的平面镀有对波长为488nm的光增透的膜，所述第二腔镜朝向所述第一腔镜的一面镀有对波长为914nm、1047nm、488nm的光全部高反射的膜。

8.根据权利要求7所述声光调Q紫外激光器，其特征在于，所述第一腔镜的凹面曲率为100毫米。

9.根据权利要求1所述声光调Q紫外激光器，其特征在于，所述和频晶体采用三硼酸锂晶体。

10.根据权利要求1所述声光调Q紫外激光器，其特征在于，所述分光片上镀有对紫外光高反射的膜，所述聚焦透镜的焦点在所述倍频晶体内部，所述倍频晶体采用偏硼酸钡晶体。

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