專利名稱：一種紫外激光發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光發(fā)生裝置領(lǐng)域，特別涉及紫外光發(fā)生裝置領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
紫外激光器的產(chǎn)生源于光電子技術(shù)的產(chǎn)生以及發(fā)展。首先從其原理來說，紫外光波之所以優(yōu)于紅外光波以及可見光波主要是由于紫外激光可以直接破壞連接物質(zhì)原子組分的化學(xué)鍵加工物質(zhì)而不會(huì)破壞周圍環(huán)境。紫外激光器的輸出波長短，能量集中，分辨率高，聚焦點(diǎn)可小到幾個(gè)微米數(shù)量級(jí)。因此，紫外激光器在精密材料微加工、紫外固化、光刻等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。半導(dǎo)體二極管泵浦紫外激光器具有光束質(zhì)量好、功率穩(wěn)定性好、可靠性高、使用方便、體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)。近年來利用非線性頻率變換技術(shù)獲得大功率紫外激光輸出的研究已經(jīng)成為激光技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。目前，全球?qū)θ虘B(tài)紫外激光器的需求日益增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。半導(dǎo)體二極管端面泵浦的固體紫外激光輸出的實(shí)現(xiàn)是通過對(duì)從(摻釹釩酸釔)等激光晶體發(fā)出的基頻光進(jìn)行二次倍頻，然后通過基頻光和二次倍頻光和頻得到的。 其泵浦光波長是808nm。其主要采用以下幾種技術(shù)1、腔外倍頻相干(Coherent)公司、光譜物理公司(SP)均采用腔外倍頻的方法實(shí)現(xiàn)綠光和紫外激光輸出。這種方法是將大功率紅外激光通過一個(gè)聚焦系統(tǒng)通過非線性晶體實(shí)現(xiàn)倍頻轉(zhuǎn)換。其特點(diǎn)是聚焦點(diǎn)光斑尺寸要求小，因此晶體比較容易損壞，對(duì)晶體鍍膜的要求比較高。為彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，相干公司和光譜物理公司均采用對(duì)晶體自動(dòng)移動(dòng)的方法，在一定試用時(shí)間后進(jìn)行換位置而實(shí)現(xiàn)晶體的長時(shí)間可靠工作。此技術(shù)對(duì)晶體的控制有非常嚴(yán)格的要求，并且有一套精密的檢測(cè)和判別裝置，整個(gè)系統(tǒng)比較復(fù)雜。2、腔內(nèi)倍頻JDSU公司、Photonics公司、DPSSL公司和Yuco公司及其它一些德國公司采用腔內(nèi)倍頻的方式實(shí)現(xiàn)紫外激光輸出。由于激光器腔內(nèi)的光強(qiáng)比腔外有一個(gè)數(shù)量級(jí)的提高，要實(shí)現(xiàn)同樣的頻率轉(zhuǎn)換效率，該方法對(duì)非線性晶體的鍍膜要求要低得多，因此同樣晶體條件下激光器的工作壽命也比較長。但是，由于在激光器腔內(nèi)有三個(gè)波長同時(shí)存在，彼此有能量交換，而這些能量交換又容易受到外界因素影響，所以，此方法所產(chǎn)生的激光功率輸出瞬間穩(wěn)定性和長時(shí)間可靠性不如腔外倍頻。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種具有半導(dǎo)體二極管泵浦光源，采用腔內(nèi)倍頻方式，具有較高穩(wěn)定性和可靠性，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，且使用壽命較長的紫外激光發(fā)生裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型的紫外激光發(fā)生裝置具有如下構(gòu)成其包括光路順序連接的光源和諧振腔，所述的諧振腔為振蕩光路為Z型的折疊型諧振腔。[0010]該紫外激光發(fā)生裝置中，所述的光源為半導(dǎo)體二極管泵浦光源。該紫外激光發(fā)生裝置中，所述的半導(dǎo)體二極管泵浦光源通過一尾纖連接所述的諧振腔，所述的尾纖纖芯直徑為400微米。該紫外激光發(fā)生裝置中，所述的折疊型諧振腔包括光路順序連接的第一球面透鏡鏡、第二球面透鏡、第一平面鏡、激光晶體、Q開關(guān)、第一非球面透鏡、二倍頻晶體、第二非球面透鏡、三倍頻晶體以及第二平面鏡，所述的第一球面透鏡鏡的光線入射端耦合所述的光源的光線出射端，所述的第二非球面透鏡的反射面為該紫外激光發(fā)生裝置的激光輸出端。該紫外激光發(fā)生裝置中，所述的激光晶體為M/.· YVO4摻釹釩酸釔、Nd: YAG摻釹釔鋁石榴石、Nd: YLF摻釹氟化釔鋰或Nd:Glass摻釹玻璃激光晶體。該紫外激光發(fā)生裝置中，所述的激光晶體的尺寸為3X3X12 m3。該紫外激光發(fā)生裝置中，所述的第一非球面透鏡的半徑為-300mm，所述的第二非球面透鏡的半徑為-100mm。該紫外激光發(fā)生裝置中，所述的第一非球面透鏡鍍有透光波長為1064nm反光波長為532nm的膜，所述的第二非球面透鏡鍍有透光波長為1064nm和532nm反光波長為 355nm的膜。該紫外激光發(fā)生裝置中，所述的二倍頻晶體和三倍頻晶體的晶體尺寸均為 3X3X12 m3。該紫外激光發(fā)生裝置中，所述的第二平面鏡鍍有透光波長為1064nm、532nm和 355nm的膜。采用了該實(shí)用新型的紫外激光發(fā)生裝置，由于其具有折疊型諧振腔，因此，該紫外激光發(fā)生裝置不需要加任何腔內(nèi)分光設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)355nm波長激光與532nm波長激光的獨(dú)立輸出，且能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)在激光晶體內(nèi)較大的模體積與倍頻激光晶體內(nèi)較小的模體積， 使得諧振腔內(nèi)損耗小，輸出效率高，且輸出穩(wěn)定性強(qiáng)。本實(shí)用新型的紫外激光發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，使用壽命較長，成本相對(duì)低廉，且應(yīng)用范圍廣泛。

圖1為本實(shí)用新型的紫外激光發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了能夠更清楚地理解本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實(shí)施例詳細(xì)說明。如圖1所示，為本實(shí)用新型的紫外激光發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。在一種實(shí)施方式中，所述的紫外激光發(fā)生裝置包括光路順序連接的光源和諧振腔，所述的諧振腔為振蕩光路為Z型的折疊型諧振腔。其中，所述的光源為輸出功率為30W，輸出波長808nm泵浦光的半導(dǎo)體二極管泵浦光源1。所述的折疊型諧振腔包括光路順序連接的第一球面透鏡鏡2、第二球面透鏡3、第一平面鏡4、激光晶體5、Q開關(guān)(諧振腔Q值設(shè)定開關(guān))6、第一非球面透鏡7、二倍頻晶體8、第二非球面透鏡9、三倍頻晶體10以及第二平面鏡11，所述的第一球面透鏡鏡2的光線入射端耦合所述的光源的光線出射端，所述的第二非球面透鏡9的反射面為該紫外激光發(fā)生裝置的激光輸出端。[0025]在該實(shí)施方式中，所述的激光晶體5為輸出波長為1064nm的摻釹釩酸釔激光晶體。在其它可選擇的實(shí)施方式中，該激光晶體5可以為摻釹釔鋁石榴石、 Nd: YLF摻釹氟化釔鋰或Nd:Glass摻釹玻璃激光晶體。在該實(shí)施方式中，所述的第一非球面透鏡7的半徑為-300mm，且鍍有透光波長為 1064nm反光波長為532nm的膜。所述的第二非球面透鏡9的半徑為-100mm，且鍍有透光波長為1064nm和532nm反光波長為355nm的膜。所述的第二平面鏡11鍍有透光波長為 1064nm、532nm和355nm的膜。所述的二倍頻晶體8和三倍頻晶體10的匹配方式為I類相位匹配方式LBO (三硼酸鋰光學(xué)晶體)。在其它可選擇的實(shí)施方式中，所述的二倍頻晶體8 和三倍頻晶體10的匹配方式還可以為II類相位匹配方式KTP (磷酸二氫鉀光學(xué)晶體)、II類相位匹配方式BBO (偏硼酸鋇光學(xué)晶體)或II類相位匹配方式CLBO (六硼酸銫鋰光學(xué)晶體) 中的一種。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的半導(dǎo)體二極管泵浦光源1通過一尾纖連接所述的諧振腔，所述的尾纖纖芯直徑為400微米。在另一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的激光晶體5的摻雜濃度為0. 3%。該激光晶體 5的尺寸為3X3X12 m3。在又一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的二倍頻晶體8和三倍頻晶體10的晶體尺寸均為 3X3X12 m3。在本實(shí)用新型的應(yīng)用中，采用半導(dǎo)體二極管構(gòu)成端面泵浦激光晶體，輸出的808nm 泵浦光經(jīng)過由兩個(gè)球面透鏡構(gòu)成的球面光學(xué)耦合系統(tǒng)耦合到激光晶體內(nèi)，產(chǎn)生的1064nm 激光經(jīng)過由四個(gè)平面鏡構(gòu)成的諧振腔進(jìn)行腔內(nèi)振蕩，并由Q開關(guān)進(jìn)行調(diào)制；調(diào)制后的 1064nm基頻光經(jīng)過半徑為-300mm的透鏡，該透鏡鍍有HR@1064nm，HT@532nm。經(jīng)過該透鏡可濾除基頻光中532nm的部分。反射的1064nm基頻光經(jīng)過二倍頻晶體進(jìn)行1064nm基頻光到 532nm倍頻光的轉(zhuǎn)換，未完成倍頻轉(zhuǎn)換的1064nm基頻光與532nm倍頻光經(jīng)過半徑為-IOOmm 的透鏡，該透鏡鍍有HR@1064nm & 532nm，HT@355nm。反射的1064nm和532nm的倍頻光經(jīng)過三倍頻晶體和頻，得到的355nm紫外激光，該紫外激光透經(jīng)過鍍有HR@1064nm & 532nm & 355nm的平面鏡反射后在腔內(nèi)來回振蕩，最后355nm紫外激光經(jīng)過HT@355nm的透鏡的一面輸出。具體設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，輸出功率IW的折疊腔結(jié)構(gòu)的端面泵浦紫外激光發(fā)生裝置，主要由帶尾纖的30W半導(dǎo)體二極管，激光晶體，二倍頻晶體LB0，三倍頻晶體LB0，Q開關(guān)的等元件組成。半導(dǎo)體二極管采用輸出功率是30W的808nm半導(dǎo)體二極管，其尾纖纖芯直徑為400微米，數(shù)值孔徑NA=O. 22。激光晶體為，其晶體尺寸為3X3X12 mm，晶體摻雜濃度為 0.3%。或者Nd: YAG, Nd: YLF、Nd:Glass激光晶體，通過TEC進(jìn)行精確控溫。二倍頻晶體為 I類相位匹配方式LB0，其晶體尺寸為3X3X12 ；或者為II類LBO、II類KTP、II類BBO、II類 CLB0，采用TEC (半導(dǎo)體熱電致冷器)對(duì)二倍頻晶體進(jìn)行嚴(yán)格控溫。三倍頻晶體為I類相位匹配方式LB0，其晶體尺寸為3 X 3 X 12 mm ；或者為I類LBO、II類KTP、II類BBO、II類CLB0, 采用TEC對(duì)二倍頻晶體進(jìn)行嚴(yán)格控溫。采用腔內(nèi)倍頻的方式實(shí)現(xiàn)大功率355nm紫外激光輸出，泵浦源采用半導(dǎo)體二極管，泵浦光經(jīng)過球面光學(xué)耦合系統(tǒng)聚焦到激光晶體上，通過諧振腔放大并采用聲光調(diào)Q技術(shù)實(shí)現(xiàn)1064nm準(zhǔn)連續(xù)激光運(yùn)轉(zhuǎn)。利用二倍頻晶體進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換得到532nm激光，同時(shí)利用激光諧振腔內(nèi)基波(1064nm)和二次諧波(532nm)的和頻(1064nm+532nm — 355nm)得到 355nm紫外脈沖激光輸出。本實(shí)用新型的諧振腔內(nèi)具有較大的模體積，同時(shí)倍頻晶體處具有較小的光斑，提高了倍頻轉(zhuǎn)換效率。利用球面光學(xué)耦合系統(tǒng)，保證激光晶體處泵浦光與晶體處的振蕩激光達(dá)到很好的模匹配，提高基頻光轉(zhuǎn)換效率。采用腔內(nèi)倍頻，利用腔內(nèi)較高的光強(qiáng)實(shí)現(xiàn)非線性頻率轉(zhuǎn)換，通過SHG (二次諧波倍頻)和THG (三次諧波倍頻)的光束直徑不需要聚焦到非常小的光斑就可以獲得比較高的光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)高的轉(zhuǎn)換效率?？梢源蟠鬁p少晶體損壞的機(jī)率，而且此方法對(duì)非線性晶體的鍍膜要求相當(dāng)?shù)?，在同樣晶體及鍍膜條件下，本實(shí)用新型的紫外激光發(fā)生裝置的工作壽命也較長。采用了該實(shí)用新型的紫外激光發(fā)生裝置，由于其具有折疊型諧振腔，因此，該紫外激光發(fā)生裝置不需要加任何腔內(nèi)分光設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)355nm波長激光與532nm波長激光的獨(dú)立輸出，且能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)在激光晶體內(nèi)較大的模體積與倍頻激光晶體內(nèi)較小的模體積， 使得諧振腔內(nèi)損耗小，輸出效率高，且輸出穩(wěn)定性強(qiáng)。本實(shí)用新型的紫外激光發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，使用壽命較長，成本相對(duì)低廉，且應(yīng)用范圍廣泛。
權(quán)利要求1.一種紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述的紫外激光發(fā)生裝置包括光路順序連接的光源和諧振腔，所述的諧振腔為振蕩光路為Z型的折疊型諧振腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述的光源為半導(dǎo)體二極管泵浦光源(1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述的半導(dǎo)體二極管泵浦光源(1)通過一尾纖連接所述的諧振腔，所述的尾纖纖芯直徑為400微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述的折疊型諧振腔包括光路順序連接的第一球面透鏡鏡(2)、第二球面透鏡(3)、第一平面鏡(4)、激光晶體(5)、Q開關(guān)(6)、第一非球面透鏡(7)、二倍頻晶體(8)、第二非球面透鏡(9)、三倍頻晶體(10)以及第二平面鏡(11)，所述的第一球面透鏡鏡(2)的光線入射端耦合所述的光源的光線出射端，所述的第二非球面透鏡(9)的反射面為該紫外激光發(fā)生裝置的激光輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述的激光晶體(5)的尺寸為 3X3X12 m3。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述的第一非球面透鏡(7) 的半徑為-300mm，所述的第二非球面透鏡(9)的半徑為-100mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述的第一非球面透鏡(7) 鍍有透光波長為1064nm反光波長為532nm的膜，所述的第二非球面透鏡(9)鍍有透光波長為1064nm和532nm反光波長為355nm的膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述的二倍頻晶體(8)和三倍頻晶體(10)的晶體尺寸均為3X3X12 m3。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述的第二平面鏡(11)鍍有透光波長為1064nm、532nm和355nm的膜。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種紫外激光發(fā)生裝置，其包括光路順序連接的光源和諧振腔，諧振腔為振蕩光路為Z型的折疊型諧振腔，折疊型諧振腔包括光路順序連接的第一球面透鏡、第二球面透鏡、第一平面鏡、激光晶體、Q開關(guān)、第一非球面透鏡、二倍頻晶體、第二非球面透鏡、三倍頻晶體以及第二平面鏡。采用了該結(jié)構(gòu)的紫外激光發(fā)生裝置，由于其具有折疊型諧振腔，使得該紫外激光發(fā)生裝置不需要加任何腔內(nèi)分光設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)355nm波長激光與532nm波長激光的獨(dú)立輸出，且能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)在激光晶體內(nèi)較大的模體積與倍頻激光晶體內(nèi)較小的模體積，使得諧振腔內(nèi)損耗小，輸出效率高，且輸出穩(wěn)定性強(qiáng)。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK202094472SQ20112007260
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者孔劍 申請(qǐng)人:上海鐳基光電技術(shù)有限公司