一種用于產(chǎn)生高平均功率準(zhǔn)連續(xù)紫外脈沖激光的裝置制造方法
【專利摘要】一種用于產(chǎn)生高平均功率準(zhǔn)連續(xù)紫外脈沖激光的裝置，包括凹面諧振腔鏡，激光晶體，平面轉(zhuǎn)折鏡，激光Q開關(guān)，平面鏡，倍頻晶體，耦合輸出平面鏡，三倍頻晶體，平面腔鏡，泵浦激光器，耦合透鏡組。所述的凹面諧振腔鏡為曲率相同的凹凸鏡，凹面朝向激光晶體構(gòu)成激光諧振腔的一個腔鏡。凹面諧振腔鏡和與光軸夾角為45°放置的平面轉(zhuǎn)折鏡以及平面腔鏡構(gòu)成“L”形激光諧振腔，兩個泵浦光纖頭發(fā)出的泵浦光分別經(jīng)過兩個耦合透鏡組耦合進(jìn)激光晶體，形成反轉(zhuǎn)粒子數(shù)，由Q開關(guān)將反轉(zhuǎn)粒子數(shù)積累的能量變?yōu)楦咧貜?fù)頻率的脈沖激光振蕩。倍頻晶體將腔內(nèi)形成的1064nm激光部分轉(zhuǎn)化為532nm激光，再由三倍頻晶體將剩余的1064nm激光與轉(zhuǎn)化出的532nm激光和頻產(chǎn)生355nm的脈沖激光。355nm脈沖激光由一定角度斜放置的耦合輸出鏡耦合出激光諧振腔，得到需要的355nm紫外脈沖激光輸出。本實用新型可獲得高平均功率準(zhǔn)連續(xù)紫外脈沖激光，具有效率高，輸出功率高，輸出光譜純度高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種用于產(chǎn)生高平均功率準(zhǔn)連續(xù)紫外脈沖激光的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種能夠產(chǎn)生高平均功率準(zhǔn)連續(xù)紫外脈沖激光的裝置，可廣泛用 于工業(yè)加工、激光顯示以及科研等領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 紫外及深紫外固體激光器因其輸出激光波長短、可聚焦性能好、單光子能量高、適 合于無接觸冷加工及微加工等特點(diǎn)，在光刻技術(shù)、微孔加工、晶片刻劃、微電子學(xué)加工、大氣 探測、光化學(xué)、生物光學(xué)及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。特別是在微電子學(xué)加工以及透明材 料的冷加工領(lǐng)域，紫外激光有其它波長的激光器難以比擬的優(yōu)勢，近年來在激光加工領(lǐng)域 獲得了越來越多的應(yīng)用。紫外加工設(shè)備對激光器的平均功率要求也越來越高，工業(yè)上應(yīng)用 的紫外激光器大多平均功率已達(dá)到3W。目前工業(yè)上用的紫外全固態(tài)激光器，大多采用Nd : YV04晶體作為增益介質(zhì)，并采用聲光Q開關(guān)或電光Q開關(guān)獲得高重復(fù)頻率脈沖輸出。為了獲 得較高的轉(zhuǎn)換效率，大多采用腔內(nèi)倍頻的方式，在諧振腔內(nèi)放置非線性倍頻晶體將l〇64nm 的激光倍頻為532nm的激光，再通過諧振腔內(nèi)的另一塊非線性晶體，以和頻的方式將532nm 的激光與剩余的l〇64nm激光進(jìn)行非線性頻率變換，從而獲得355nm的紫外激光。
[0003] 目前工業(yè)應(yīng)用的紫外激光器采用最多的諧振腔形有直線腔和"V"形腔兩種。直線 腔所有的元件均排列在一條直線上如附圖1.，泵浦源從一端對激光晶體進(jìn)行泵浦，獲得的 紫外激光從另一端輸出。這種激光器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，便于調(diào)整，但缺點(diǎn)是難以獲得3W 或3W以上的紫外激光輸出。采用"V"形腔的紫外激光器為了獲得3W以上的紫外激光輸出， 大多采用兩塊激光晶體，以"V"形腔諧振腔的一支臂兩端分別放置兩塊激光晶體，采用半導(dǎo) 體激光器進(jìn)行端面泵浦，在另一臂上放置倍頻晶體與和頻晶體獲得紫外激光輸出。這兩種 諧振腔形都從諧振腔的一個腔鏡直接輸出355nm的紫外激光，容易有殘余1064nm及532nm 激光與355nm紫外光混在一起出射，造成355nm激光光譜成分不純，容易在激光加工過程中 產(chǎn)生多余熱效應(yīng)而影響加工質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型的目的在于克服上述已有技術(shù)缺點(diǎn)，提供一種可產(chǎn)生高平均功率準(zhǔn)連 續(xù)紫外脈沖激光的裝置，這種激光器具有效率高，輸出功率高，輸出光譜純度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 本實用新型的技術(shù)解決方案如下：
[0006] 一種用于產(chǎn)生高平均功率準(zhǔn)連續(xù)紫外脈沖激光的裝置，包括凹面諧振腔鏡、激光 晶體、平面轉(zhuǎn)折鏡、激光Q開關(guān)、平面鏡、倍頻晶體、耦合輸出平面鏡、三倍頻晶體、平面腔 鏡、泵浦激光器和耦合透鏡組，其特征在于所述的凹面諧振腔鏡與45°放置的平面轉(zhuǎn)折鏡 和平面腔鏡共同構(gòu)成了 "L"形激光諧振腔，諧振腔的總長度小于50cm，兩個泵浦激光器從 激光晶體的兩側(cè)分別通過耦合透鏡組對激光晶體進(jìn)行泵浦，Q開關(guān)可以是聲光Q開關(guān)，也可 以是電光Q開關(guān)；激光輸出由與光軸呈一定夾角的f禹合輸出平面鏡f禹合輸出。
[0007] 所述的凹面諧振腔鏡是凹面和凸面曲率相同的凹凸鏡，凹面朝向激光晶體，凹面 鍍有0° 1064nm高反介質(zhì)膜和808nm增透介質(zhì)膜，凸面鍍有808nm增透介質(zhì)膜，凹面諧振腔 鏡鏡面的曲率半徑為〇. 8m到1. 6m之間。
[0008] 所述的激光晶體可以是Nd :YV04晶體，也可以是Nd :GdV04晶體。
[0009] 所述的平面轉(zhuǎn)折鏡朝向激光晶體的一面鍍有45° 808nm增透介質(zhì)膜和1064nm全 反介質(zhì)膜，另一面鍍有45° 808nm增透介質(zhì)膜，平面轉(zhuǎn)折鏡鏡面的法線與晶體的光軸夾角 為 45°。
[0010] 所述的平面鏡朝向倍頻晶體的一面鍍有〇° l〇64nm增透介質(zhì)膜和532nm全反膜， 另一面鍍有0° l〇64nm增透介質(zhì)膜。
[0011] 所述的倍頻晶體可以是I類相位匹配的LB0晶體，也可以是I類非臨界相位匹配 的LB0晶體，還可以是I類相位匹配的CLB0晶體或其它I類相位匹配的非線性倍頻晶體。
[0012] 所述的耦合輸出平面鏡的法線與諧振腔的光軸有一定的夾角，夾角的范圍為 5-35°之間，鏡面朝向三倍頻晶體的一面鍍有相應(yīng)角度的355nm激光全反介質(zhì)膜和532nm 增透膜以及l(fā)〇64nm增透膜，另一面鍍有相應(yīng)角度的532nm增透介質(zhì)膜和1064nm增透介質(zhì) 膜。
[0013] 所述的三倍頻晶體可以是II類相位匹配的LB0晶體，可以是II類相位匹配的ΒΒ0 晶體或其它非線性晶體。
[0014] 所述的平面腔鏡朝向三倍頻晶體的一面鍍有0° 1064nm、532nm以及355nm三種波 長的全反介質(zhì)膜，另一面不鍍膜。
[0015] 本實用新型的技術(shù)效果：
[0016] 本實用新型采用"L"形諧振腔，諧振腔的總長度小于50cm，調(diào)Q后可以獲得15ns 以內(nèi)寬度的激光脈沖。采用兩個激光泵浦源從兩側(cè)分別對一塊激光晶體進(jìn)行泵浦，可以獲 得較高的激光轉(zhuǎn)換效率和大于3W的紫外激光輸出。采用曲率為0. 8-1. 6m之間的凹面鏡與 平面腔鏡組成的穩(wěn)定諧振腔，將倍頻晶體與三倍頻晶體依次放在靠近平面腔鏡的一端，可 以使非線性晶體內(nèi)的激光光束直徑最小，提高非線性晶體內(nèi)激光的功率密度，從而獲得較 高的非線性轉(zhuǎn)換效率。激光晶體采用Nd :YV04或者Nd :GdV04晶體，這兩種晶體的泵浦吸收 峰都為808nm附近，發(fā)射的激光波長為1064nm，這兩種激光晶體的增益都很高，激光閾值又 比較低，同時又是雙折射晶體，易于獲得線偏振激光，有利于實現(xiàn)倍頻和三倍頻。采用的倍 頻晶體為I類相位匹配的非線性晶體或者I類非臨界相位匹配的非線性晶體，獲得532nm 的激光，采用的和頻晶體為II類相位匹配的非線性晶體，用于將532nm的激光與1064nm的 激光和頻產(chǎn)生355nm的激光輸出。采用的小角度平面耦合輸出鏡鍍有355nm全反射介質(zhì)膜 與1064nm及532nm增透膜，可以將355nm紫外光耦合出諧振腔，并且輸出的355nm激光光 譜純度高，其中混有的l〇64nm和532nm激光功率小于1%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是目前較為常見的一種紫外激光器組成示意圖，其中1為泵浦激光器，2為泵 浦稱合透鏡，3為后腔鏡,4為激光晶體,5為調(diào)Q開關(guān),6為532nm平面反射鏡,7為倍頻晶 體，8為355nm平面反射鏡，9為三倍頻晶體，10為平面輸出腔鏡。
[0018] 圖2是本實用新型的組成示意圖，其中1為凹面諧振腔鏡，2為激光晶體，3為平面 轉(zhuǎn)折鏡，4為激光Q開關(guān)，5為平面鏡，6為倍頻晶體，7為耦合輸出平面鏡，8為三倍頻晶體， 9為平面腔鏡，10為泵浦激光器，11為耦合透鏡組。

【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
[0020] 先請參閱圖2,圖2是本發(fā)明一種用于產(chǎn)生高平均功率準(zhǔn)連續(xù)紫外脈沖激光的裝 置組成示意圖。包括組成諧振腔的凹面諧振腔鏡（1)、激光晶體（2)、平面轉(zhuǎn)折鏡（3)和激 光Q開關(guān)（4)，平面鏡（5)，倍頻晶體￠)，耦合輸出平面鏡（7)，三倍頻晶體（8)，平面腔鏡 (9)，泵浦激光器（10)和耦合透鏡組（11)。其特征在于所述的凹面諧振腔鏡（1)與45°放 置的平面轉(zhuǎn)折鏡（3)和平面腔鏡（9)共同構(gòu)成了 "L"形激光諧振腔，諧振腔的總長度小于 50cm。兩個泵浦激光器（10)從激光晶體（2)的兩側(cè)分別通過耦合透鏡組（11)對激光晶體 進(jìn)行泵浦，可以將大功率泵浦光功率耦合進(jìn)激光晶體，從而便于獲得高平均功率激光輸出。 激光Q開關(guān)對諧振腔進(jìn)行調(diào)Q，獲得寬度小于15ns的窄脈沖激光輸出。耦合輸出平面鏡法 線與諧振腔光軸的夾角在5-35°之間，倍頻晶體與三倍頻晶體均盡量靠近平面腔鏡（9)依 次放置。
[0021] 本裝置的工作過程：
[0022] 兩個泵浦激光器或泵浦光纖頭（10)發(fā)出808nm波長的泵浦光，分別經(jīng)過耦合透鏡 組（11)耦合進(jìn)激光晶體（2)，激光晶體（2)，激光晶體實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)后，在Q開關(guān)打開時 在由凹面諧振腔鏡（1)和平面轉(zhuǎn)折鏡（3)以及平面腔鏡（9)組成的諧振腔內(nèi)形成1064nm的 激光脈沖，該脈沖在經(jīng)過倍頻晶體（6)后有部分1064nm的激光轉(zhuǎn)化為532nm的激光，532nm 的激光與l〇64nm的激光共同經(jīng)過三倍頻晶體（8)時，會由于非線性和頻效應(yīng)產(chǎn)生355nm的 激光，355nm的激光在諧振腔內(nèi)被平面腔鏡（9)反射，再次經(jīng)過三倍頻晶體，由耦合輸出平 面鏡⑵反射出諧振腔，獲得355nm的脈沖輸出光。
[0023] 具體實施例：
[0024] 請參閱圖2。泵浦激光器（10)采用兩個30W連續(xù)功率的808nm尾纖輸出半導(dǎo)體 激光器，其光纖頭發(fā)出的泵浦光經(jīng)過由兩個相同焦距的透鏡組成的耦合透鏡組（11)，進(jìn)入 激光晶體（2)。激光晶體（2)采用摻雜濃度0. 4%，尺寸為4X4X 10的Nd :YV04晶體，包裹 銦箔后放入銅質(zhì)的熱沉對晶體散熱。凹面諧振腔鏡（1)采用曲率半徑0.8m的凹凸鏡，凹面 鍍0° 808nm波長增透膜和1064nm全反膜，凹面朝向激光晶體。平面轉(zhuǎn)折鏡的法線與激光 晶體光軸呈45°夾角。Q開關(guān)采用聲光Q開關(guān)，聲光Q開關(guān)的調(diào)Q頻率設(shè)為50kHz。倍頻 晶體采用尺寸為3X3X8mm，I類非臨界相位匹配的LB0晶體，晶體兩端分別鍍有1064nm和 532nm的0°增透膜。三倍頻晶體采用II類相位匹配的LB0晶體，尺寸同樣為3X3X8mm。 耦合輸出平面鏡與光軸的夾角為20°，整個諧振腔的長度為50cm。采用此實施例的激光裝 置，可以獲得平均功率4W，脈沖重復(fù)頻率50k Hz，脈沖寬度13ns的355nm激光輸出。
[0025] 根據(jù)以上具體實施例的驗證，本發(fā)明能夠克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，產(chǎn)生平均功率大 于3W的355nm波長脈沖激光。并且本發(fā)明具有轉(zhuǎn)換效率高，輸出功率高，光譜純度高等優(yōu) 點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于產(chǎn)生高平均功率準(zhǔn)連續(xù)紫外脈沖激光的裝置，包括凹面諧振腔鏡（1)、激 光晶體（2)、平面轉(zhuǎn)折鏡（3)和激光Q開關(guān)（4)，平面鏡（5)，倍頻晶體（6)，耦合輸出平面鏡 (7)，三倍頻晶體（8)，平面腔鏡（9)，泵浦激光器（10)和耦合透鏡組（11)，其特征在于所述 的凹面諧振腔鏡（1)與45°放置的平面轉(zhuǎn)折鏡（3)和平面腔鏡（9)共同構(gòu)成了"L"形激光 諧振腔，諧振腔的總長度小于50cm，兩個泵浦激光器（10)從激光晶體（2)的兩側(cè)分別通過 耦合透鏡組（11)對激光晶體進(jìn)行泵浦，Q開關(guān)可以是聲光Q開關(guān)，也可以是電光Q開關(guān)；激 光輸出由與光軸呈一定夾角的f禹合輸出平面鏡（7) f禹合輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的凹面諧振腔鏡（1)是凹面和凸面曲率 相同的凹凸鏡，凹面朝向激光晶體（2)，凹面鍍有0° 1064nm高反介質(zhì)膜和808nm增透介質(zhì) 膜，凸面鍍有808nm增透介質(zhì)膜，凹面諧振腔鏡鏡面的曲率半徑為0. 8m到1. 6m之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的激光晶體（2)可以是Nd:YV04晶體，也 可以是Nd :GdV04晶體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的平面轉(zhuǎn)折鏡（3)朝向激光晶體（2)的 一面鍍有45° 808nm增透介質(zhì)膜和1064nm全反介質(zhì)膜，另一面鍍有45° 808nm增透介質(zhì) 膜，平面轉(zhuǎn)折鏡鏡面的法線與晶體的光軸夾角為45°。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的平面鏡（5)朝向倍頻晶體￠)的一面 鍍有0° l〇64nm增透介質(zhì)膜和532nm全反膜，另一面鍍有0° 1064nm增透介質(zhì)膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的倍頻晶體（6)可以是I類相位匹配的 LBO晶體，也可以是I類非臨界相位匹配的LBO晶體，還可以是I類相位匹配的CLBO晶體或 其它I類相位匹配的非線性倍頻晶體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的耦合輸出平面鏡（7)的法線與諧振腔 的光軸有一定的夾角，夾角的范圍為5-35°之間，鏡面朝向三倍頻晶體（8)的一面鍍有相 應(yīng)角度的355nm激光全反介質(zhì)膜和532nm增透膜以及1064nm增透膜，另一面鍍有相應(yīng)角度 的532nm增透介質(zhì)膜和1064nm增透介質(zhì)膜。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的三倍頻晶體（8)可以是II類相位匹配 的LBO晶體，可以是II類相位匹配的BBO晶體或其它非線性晶體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的平面腔鏡（9)朝向三倍頻晶體的一面 鍍有0° l〇64nm、532nm以及355nm三種波長的全反介質(zhì)膜，另一面不鍍膜。
【文檔編號】H01S3/094GK203895738SQ201420147870
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】彭煥運(yùn), 其他發(fā)明人請求不公開姓名 申請人:上海飛涅爾激光科技有限公司