CN212412425U - 一种带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器 - Google Patents
一种带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开一种带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器，沿光路方向依次包括：半导体激光器、耦合光学系统、V型腔及非线性晶体；其中：所述V型腔包括：第一分臂、第二分臂、第一分臂与第二分臂相交处的镜片M；所述第一分臂依次设有激光晶体和声光调Q器；所述第二分臂依次设有镜片M2和LBO倍频晶体；所述半导体激光器发出泵浦光，经所述耦合光学系统进行整形；入射到激光晶体的M1面产生光谱线；所述光谱线在所述V型腔内得到二倍频脉冲激光；所述二倍频脉冲激光经所述非线性晶体输出获得228.5nm脉冲激光。该激光器可提高基频光输出功率及其二倍频和四倍频的效率。
Description
技术领域
本实用新型属于激光器技术领域，涉及全固态准三能级深紫外脉冲激光器新型结构设计领域，具体涉及一种带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器。
背景技术
随着人们对深紫外不同波段的需求，2003年以后，人们逐渐开始了对全固态准三能级深紫外激光器的研究。与四能级系统的激光性能相比，准三能级光谱线存在重吸收和受激发射截面小等劣势，在采用常规直腔结构的深紫外全固态激光器中倍频效率较低，使准三能级激光系统很难实现深紫外输出。
因此，如何使准三能级激光系统实现深紫外输出，是同行从业人员亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于为了使准三能级激光系统实现深紫外输出，提供了一种带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器。
本实用新型实施例提供的一种带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器，沿光路方向依次包括：半导体激光器、耦合光学系统、V型腔及非线性晶体；
其中：所述V型腔包括：第一分臂、第二分臂、第一分臂与第二分臂相交处的镜片M；所述第一分臂依次设有激光晶体和声光调Q器；所述第二分臂依次设有镜片M2和LBO倍频晶体；
所述半导体激光器发出泵浦光，经所述耦合光学系统进行整形；入射到激光晶体的M1面产生光谱线；所述光谱线在所述V型腔内得到二倍频脉冲激光；所述二倍频脉冲激光经所述非线性晶体输出获得228.5nm脉冲激光。
进一步地，在所述V型腔与非线性晶体之间，还包括：沿光路依次设置的滤光镜和聚焦镜；
其中，所述滤光镜为平面镜，镀膜：45degHR@457nm，45degAR@914nm&1064nm&1342nm；
所述聚焦镜为凸透镜，焦距为f＝150mm，镀膜AR@457nm。
采用上述进一步方案的有益效果是：由于从V形腔射出的二倍频激光包含多种波段的光，设置滤光镜，可以对从V形腔输出的激光进行过滤，可以过滤808nm、914nm、1064nm和1342nm波段，仅剩457nm波段透过，再经过聚焦镜调整和整形后，可以减少射入BBO倍频晶体的激光光束数量，提高四倍频处理的效率。
进一步地，还包括：设置在所述非线性晶体的光路输出方向的分光棱镜；所述分光棱镜的厚度大于10nm，腰长大于10nm；楔角设计，入射面镀膜AR@228.5nm。
进一步地，所述第一分臂长度L1为65mm～75mm，第二分臂长度L2为30mm～35mm。
进一步地，所述激光晶体为Nd:YVO4、Nd:GdVO4、Nd:YLF或Nd:YAG。
进一步地，所述激光晶体为Nd:YVO4时，尺寸为4*4*5mm3、掺杂Nd3+浓度0.1％；所述Nd:YVO4的输入端面上镀有介质膜M1，其输出端面上镀有介质膜S2，所述介质膜M1的光学参数为AR@808nm&1064nm,HR@914nm；所述介质膜S2的光学参数为AR@914nm&1064nm&1342n。
进一步地，所述镜片M材质为石英，直径为12.7mm；
所述镜片M的入光面为凹面或平面，其中凹面的曲率半径为：500mm、200mm、100mm或50mm；
所述镜片M的入光面上镀有介质膜，入光面所镀介质膜的光学参数为:10degHR@914nm,10degAR@1064nm&1342nm&457nm；出光面所镀介质膜的光学参数为：10degAR@457nm&914nm&1064nm&1342nm。
进一步地，所述镜片M2材质为石英，直径为12.7mm；
所述镜片M2的入光面为凹面或平面，其中凹面的曲率半径为：600mm、300mm或200mm；
所述镜片M2的入光面上镀有介质膜，入光面所镀介质膜的光学参数为:HR@914nm&457nm，AR@1064nm&1342nm；出光面所镀介质膜的光学参数为：AR@457nm&914nm&1064nm&1342nm。
进一步地，所述LBO倍频晶体尺寸为4*4*15mm3，相位匹配角
所述LBO倍频晶体的两个端面均镀有介质膜，且两个端面所镀介质膜的光学参数均为：AR@457nm&914nm&1064nm。
进一步地，所述非线性晶体为BBO倍频晶体，尺寸4*4*10mm3；
相位匹配角θpm＝61.4°，方位角φ＝0°；所述BBO倍频晶体的两个端面均镀有介质膜，且两个端面所镀介质膜的光学参数均为：AR@228nm&457nm。
本实用新型的有益效果为：
一种带有V型腔结构的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器，利用V型腔对基频光进行腔内二倍频，提高基频光的功率密度和二倍频效率，同时V型腔两个臂上有两个独立的光腰,从而有效的解决了模式匹配和高效率倍频两者之间的矛盾；利用脉冲激光的高峰值功率提高二倍和四倍频的效率。该激光器可用来检测土壤中的重金属污染，检测抗癌药物紫杉酮、白鲜皮和格列齐特等药物。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器结构示意图。
附图中：1-半导体激光器、2-耦合光学系统、3-V型腔、4-非线性晶体、5-滤光镜、6-聚焦镜、7-分光棱镜、31-激光晶体、32-声光调Q器、33-LBO倍频晶体。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如参照图1所示，为本实用新型实施例提供的带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器，沿光路方向依次包括：半导体激光器1、耦合光学系统2、V型腔3及非线性晶体4；
其中：上述V型腔3包括：第一分臂、第二分臂、第一分臂与第二分臂相交处的镜片M；第一分臂依次设有激光晶体31和声光调Q器32；第二分臂依次设有镜片M2和LBO倍频晶体33；半导体激光器1发出泵浦光，经耦合光学系统2进行整形；入射到激光晶体31的M1面产生光谱线；光谱线在V型腔3内得到二倍频脉冲激光；二倍频脉冲激光经非线性晶体4输出获得228.5nm脉冲激光。
本实施例中，利用V型腔对基频光进行腔内二倍频，提高基频光的功率密度和二倍频效率，同时V型腔两个臂上有两个独立的光腰,从而有效的解决了模式匹配和高效率倍频两者之间的矛盾；利用脉冲激光的高峰值功率提高二倍和四倍频的效率。该激光器可用来检测土壤中的重金属污染，检测抗癌药物紫杉酮、白鲜皮和格列齐特等药物。
下面分别对上述各个部件进行详细的说明：
(1)V型腔3第一分臂的长度L1＝65mm～75mm，第二分臂长度L2＝30mm～35mm；V型腔两个分臂上具有两个独立的光腰，从而有效的解决了模式匹配和高效率倍频两者之间的矛盾。
(2)其中，第一分臂上的激光晶体31为Nd:YVO4、Nd:GdVO4、Nd:YLF或Nd:YAG。优选地，采用Nd:YVO4激光晶体时，尺寸4*4*5mm3、掺杂Nd3+浓度0.1％、两个端面镀膜M1:AR@808nm&1064nm,HR@914nm、S2:AR@914nm&1064nm&1342nm；其中：AR表示高透、HR表示高反；
Nd:YVO4的中文名称为掺钕钒酸钇，是一种性能优良的激光晶体，适于制造激光二极管泵浦，特别是中低功率的激光器。与Nd:YAG相比，Nd:YVO4对泵浦光有较高的吸收系数和更大的受激发射截面。激光二极管泵浦的Nd:YVO4晶体与LBO、BBO、KTP等高非线性系数的晶体配合使用，能够达到较好的倍频转换效率，可以制成输出近红外、绿色、蓝色到紫外线等类型的全固态激光器。现在Nd:YVO4激光器已在机械、材料加工、波谱学、晶片检验、显示器、医学检测、激光印刷、数据存储等多个领域得到广泛的应用。Nd:YVO4与Nd:YAG比较，优势主要为：在808nm左右的泵浦带宽，约为Nd:YAG的5倍，在1064nm处的受激发射截面是Nd:YAG的3倍，光损伤阈低，高斜率效率，双轴晶体，输出为线偏振。
(3)镜片M：材质石英、直径12.7mm；镜片M的入光面为凹面或平面，其中凹面的曲率半径为：500mm、200mm、100mm或50mm；镜片M的入光面上镀有介质膜，所镀介质膜的光学参数为:10degHR@914nm,10degAR@1064nm&1342nm&457nm；出光面所镀介质膜的光学参数为：10degAR@457nm&914nm&1064nm&1342nm；其中，上述deg表示偏角。
(4)镜片M2：材质石英、直径12.7mm；镜片M2的入光面为凹面或平面，其中凹面的曲率半径为：600mm、300mm或200mm；镜片M2的入光面上镀有介质膜，所镀介质膜的光学参数为:HR@914nm&457nm，AR@1064nm&1342nm；出光面所镀介质膜的光学参数为：AR@457nm&914nm&1064nm&1342nm；
(5)LBO倍频晶体33：尺寸4*4*15mm3，相位匹配角
两个端面镀膜，S1,S2:AR@457nm&914nm&1064nm；
(6)声光调Q器32：两个端面镀膜AR@914nm&457nm；
(7)非线性晶体4为BBO倍频晶体：尺寸4*4*10mm3，相位匹配角θpm＝61.4°，方位角φ＝0°，两个端面镀膜，S1,S2:AR@228nm&457nm；
(8)滤光镜5为平面镜，镀膜：45degHR@457nm，45degAR@914nm&1064nm&1342nm；
(9)聚焦镜6为凸透镜，焦距f＝150mm，镀膜AR@457nm；
(10)分光棱镜7：厚度大于10mm，腰长大于10mm，楔角设计：对228nm布角高透；
本实用新型实施例提供的带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器，工作原理如下：
1、半导体激光提供808nm泵浦光；选用体积小、寿命长的半导体激光，可使整体激光器的体积较小、可采用简单的注入电流的方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容。
2、耦合光学系统对上述808nm泵浦光进行整形，射到Nd：YVO4激光晶体的M1面上；
3、Nd：YVO4激光晶体产生914nm光谱线；
4、由M1、M和M2构成的V型腔，914nm光谱线在V型腔内振荡形成激光；914nm激光在M1-M构成的谐振腔中的光腰，914nm激光在M1-M2构成的谐振腔中的光腰；自由选择激光晶体和倍频晶体上的光斑大小,从而使好的模式匹配和高的倍频效率两者兼得。
5、声光调制器对914nm激光进行调Q，得到914nm脉冲激光；
6、LBO晶体对914nm脉冲激光倍频，得到457nm脉冲激光输出；
7、滤光镜对输出激光进行过滤，可以过滤808nm、914nm、1064nm和1342nm波段，仅剩457nm波段透过；
8、聚焦镜对457nm激光光束进行整形，射到BBO晶体端面上；
9、BBO晶体对457nm脉冲激光进行倍频，得到228.5nm脉冲激光；
10、分光棱镜将228.5nm和457nm脉冲激光分开，进而获得228.5nm脉冲激光。
本实用新型实施例提供的带有V型腔结构的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器，利用V型腔对基频光进行腔内二倍频，提高基频光的功率密度和二倍频效率，同时V型腔两个臂上有两个独立的光腰,从而有效的解决了模式匹配和高效率倍频两者之间的矛盾；利用脉冲激光的高峰值功率提高二倍和四倍频的效率。该激光器可用来检测土壤中的重金属污染，检测抗癌药物紫杉酮、白鲜皮和格列齐特等药物。
本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。对于实施例公开的装置而言，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。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器，其特征在于，沿光路方向依次包括：半导体激光器、耦合光学系统、V型腔及非线性晶体；
其中：所述V型腔包括：第一分臂、第二分臂、第一分臂与第二分臂相交处的镜片M；所述第一分臂依次设有激光晶体和声光调Q器；所述第二分臂依次设有镜片M2和LBO倍频晶体；
所述半导体激光器发出泵浦光，经所述耦合光学系统进行整形；入射到激光晶体的M1面产生光谱线；所述光谱线在所述V型腔内得到二倍频脉冲激光；所述二倍频脉冲激光经所述非线性晶体输出获得228.5nm脉冲激光。
2.根据权利要求1所述的一种带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器，其特征在于：在所述V型腔与非线性晶体之间，还包括：沿光路依次设置的滤光镜和聚焦镜；
其中，所述滤光镜为平面镜，镀膜：45degHR@457nm，45degAR@914nm&1064nm&1342nm；
所述聚焦镜为凸透镜，焦距为f＝150mm，镀膜AR@457nm。
3.根据权利要求1所述的一种带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器，其特征在于：还包括：设置在所述非线性晶体的光路输出方向的分光棱镜；所述分光棱镜的厚度大于10nm，腰长大于10nm；楔角设计，入射面镀膜AR@228.5nm。
4.根据权利要求1所述的一种带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器，其特征在于：所述第一分臂长度L1为65mm～75mm，第二分臂长度L2为30mm～35mm。
5.根据权利要求1所述的一种带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器，其特征在于：所述激光晶体为Nd:YVO4、Nd:GdVO4、Nd:YLF或Nd:YAG。
6.根据权利要求1所述的一种带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器，其特征在于：所述镜片M材质为石英，直径为12.7mm；
所述镜片M的入光面为凹面或平面，其中凹面的曲率半径为：500mm、200mm、100mm或50mm；
所述镜片M的入光面上镀有介质膜，入光面所镀介质膜的光学参数为:10degHR@914nm,10degAR@1064nm&1342nm&457nm；出光面所镀介质膜的光学参数为：10degAR@457nm&914nm&1064nm&1342nm。
7.根据权利要求1所述的一种带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器，其特征在于：所述镜片M2材质为石英，直径为12.7mm；
所述镜片M2的入光面为凹面或平面，其中凹面的曲率半径为：600mm、300mm或200mm；
所述镜片M2的入光面上镀有介质膜，入光面所镀介质膜的光学参数为:HR@914nm&457nm，AR@1064nm&1342nm；出光面所镀介质膜的光学参数为：AR@457nm&914nm&1064nm&1342nm。
8.根据权利要求1所述的一种带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器，其特征在于：所述LBO倍频晶体尺寸为4*4*15mm3，相位匹配角
所述LBO倍频晶体的两个端面均镀有介质膜，且两个端面所镀介质膜的光学参数均为：AR@457nm&914nm&1064nm。
9.根据权利要求1所述的一种带有V型腔的全固态准三能级228.5nm脉冲激光器，其特征在于：所述非线性晶体为BBO倍频晶体，尺寸4*4*10mm3；
相位匹配角θpm＝61.4°，方位角φ＝0°；所述BBO倍频晶体的两个端面均镀有介质膜，且两个端面所镀介质膜的光学参数均为：AR@228nm&457nm。
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