專利名稱：一種用于外腔倍頻紫外激光器的非線性晶體組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種非線性晶體組件，尤其涉及一種用于外腔倍頻紫外激光器的非線性晶體組件。
背景技術：
在外腔倍頻紫外激光器中，利用非線性頻率變換技術，通過非線性晶體可以獲得紫外激光輸出，通常需采用三倍頻技術、四倍頻技術或五倍頻技術獲得紫外激光。其中三倍頻技術產生紫外激光原理如圖I所示利用基頻光先通過二倍頻晶體產生二倍頻激光輸出，然后二倍頻激光和剩余的基頻光共同通過三倍頻晶體，這時二倍頻激光和剩余的基頻光將在三倍頻晶體內產生和頻過程，從而產生三倍頻激光。例如要產生 355nm的紫外激光，則使1064nm的基頻光首先通過二倍頻晶體(例如LBO，KTP, BBO等)，變成532nm的二倍頻激光,這時532nm的二倍頻激光和剩余的1064nm的基頻光再一起通過一個三倍頻晶體(例如LB0)，和頻后變成355nm的三倍頻激光。四倍頻技術產生紫外激光原理如圖2所示利用基頻光先通過二倍頻晶體產生二倍頻激光輸出，然后二倍頻激光再通過四倍頻晶體，這時二倍頻激光再次發生倍頻，這就產生了四倍頻激光。例如要產生266nm的紫外激光，則使1064nm的基頻光首先通過二倍頻晶體(例如LB0，KTP，BB0等)變成532nm的二倍頻激光，然后使532nm的二倍頻激光再通過一個四倍頻晶體(例如ΒΒ0)變成266nm的四倍頻激光。現有技術中，為了阻止晶體端面的菲涅耳反射損耗，產生紫外激光輸出的非線性晶體的出射端面(三倍頻中為S4面，四倍頻中為S14面)需要對紫外激光波長鍍相應的增透膜。仍以上述1064nm的基頻激光為例S4面一般鍍膜為AR@355nm&532nm&1064nm ；S14面一般鍍膜為AR@266nm&532nm ;但是由于目前鍍膜技術的限制，紫外激光增透膜的膜層壽命都是有限的，對大功率紫外激光器而言，通常壽命不超過1000小時。這樣一套紫外激光器的壽命受到了很大的限制。為了解決這一問題，現有技術中采用運動機構，手動或自動的移動產生紫外激光的非線性晶體，來達到更換出射點位置的方法。但是由于非線性晶體要求嚴格的匹配角度，通常的運動機構很難做到絕對平行的運動，這造成移動以后晶體的入射角度發生偏移，將導致紫外激光輸出功率出現大幅下降，這對后續應用產生巨大的負面影響。
發明內容
因此，本發明的目的在于提供一種用于外腔倍頻紫外激光器的非線性晶體組件，使用壽命長，結構簡單可靠，且不會使紫外激光輸出功率下降。本發明提供一種非線性晶體組件，包括非線性晶體，具有第一入射端面和第一出射端面；補償塊，具有第二入射端面和第二出射端面，從非線性晶體出射的激光束通過第二入射端面入射到補償塊中并通過第二出射端面出射，第二出射端面上鍍有增透膜。
根據本發明提供的組件，其中第二入射端面和第二出射端面與激光束之間的夾角使得從所述第二出射端面出射的激光束為所需方向。根據本發明提供的組件，其中第二入射端面和第二出射端面與激光束之間的夾角使得從所述第二出射端面出射的激光束平行于入射到非線性晶體的所述第一入射端面的激光束的方向。 根據本發明提供的組件，其中所述第一入射端面垂直于激光束。根據本發明提供的組件，其中所述第二出射端面垂直于從所述第二出射端面出射的激光束。根據本發明提供的組件，其中激光入射到所述第二入射端面的入射角為布儒斯特角。根據本發明提供的組件，其中激光束穿過非線性晶體入射到第一出射端面的入射角等于布儒斯特角。根據本發明提供的組件，其中所述補償塊可相對于非線性晶體而平移。根據本發明提供的組件，其中所述補償塊的材料為紫外石英材料。根據本發明提供的組件，其中所述補償塊可更換。本發明提供的非線性晶體組件可顯著提高非線性晶體的使用壽命，而且出射激光光路仍和入射的激光光路保持平行，這樣就不需要復雜的棱鏡以及其他折轉光路，整套設計結構簡單可靠而且成本較低。
以下參照附圖對本發明實施例作進一步說明，其中圖I為三倍頻技術產生紫外激光的原理示意圖；圖2為四倍頻技術產生紫外激光的原理示意圖；圖3為根據本發明的一個實施例的非線性晶體組件的結構示意圖；圖4為根據本發明的一個實施例的非線性晶體組件在操作過程中的移動示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本實施例提供一種用于外腔倍頻紫外激光器的非線性晶體組件，其結構如圖3所示，包括非線性晶體，其具有入射端面SI和出射端面S2，其中入射端面SI與沿軸向A入射的激光束L垂直，出射端面S2為斜面，且激光束L與出射端面S2的法線N1之間的角度Θ I等于布儒斯特角，當入射的激光束L滿足布儒斯特角入射條件的時候，出射時幾乎不產生任何的反射損耗，因此出射端面S2可以只拋光，而不鍍紫外激光增透膜；補償塊，由紫外石英材料制成，具有入射端面S3和出射端面S4，從非線性晶體出射的激光束從入射端面S3入射并通過出射端面S4出射，其中入射端面S3為斜面，入射端面S3的法線N2與軸向A之間的角度Θ 5使得激光L以角度Θ 4入射到端面S4,并在入射到端面S4后平行于軸向A地在補償塊中傳播，出射端面S4與軸向A垂直，且出射端面S4上鍍有紫外激光增透膜。由于補償塊的出射端面仍需要鍍有壽命有限的紫外激光增透膜，因此可以采用如下圖4所示的方案，通過運動機構平移補償塊而更換激光在紫外激光增透膜中的出射位置，從而提高補償塊的使用壽命，補償塊入射端面S3的角度可使入射激光束L保持入射到非線性晶體組件之前的傳播方向，且在補償塊的平移過程中，非線性晶體無需位置移動，因此不會影響紫外激光的功率。一旦補償塊損壞，可快速簡單地更換補償塊，而無需拆卸線性晶體，紫外激光的功率也不會受到影響，且更換補償塊的材料成本遠遠低于更換紫外非線性晶體的成本。1064nm的基頻激光為例，選擇最常使用的LBO晶體作為三倍頻晶體，示出圖3中所示的各個角度的計算過程由光學材料手冊可以查得355nm紫外激光在LBO中的折射率Ii1=L 597054, 355nm紫外激光在石英中的折射率n2=l. 47607。根據折射定律可知Ii1XsinQ1=IXsinQ2;(I)當滿足布儒斯特條件時θ 1+ Θ 2=90°(2)利用上述Ii1數據可知，LBO晶體端面S2的法線N1與軸向A之間的角度Θ 1=32. 05°，激光束L從端面S2出射的出射角Θ 2=57.95°。對于補償塊來說，同樣地根據折射定律可知I X sin θ 4=n2X sin Θ 5(3)當出射激光束L仍為軸向A方向時，應滿足條件Θ 4~ 9 5= 9 2~ 9 I(4) 利用上述η2、Θ1、Θ2的數據，并聯立(3)和(4)組成的方程，通過解方程可可得，補償塊端面S3的法線N2與軸向A之間的夾角Θ 5=37. 15°，激光束L入射到補償塊端面S3的入射角Θ4=63·05°。根據本發明的一個實施例，其中補償塊的材料優選為折射率與非線性晶體的折射率接近的紫外石英材料。這樣Θ5和Θ I更為接近，入射到補償塊的角度接近于布儒斯特角，在補償塊端面入射時產生的反射損耗會較低。根據本發明的一個實施例，其中在對激光器性能要求不高時，激光束L與出射端面S2的法線N1之間的角度Θ I也可以不等于布儒斯特角。根據本發明的一個實施例，其中還可以使激光束L入射到補償塊的入射端面S3的入射角為布儒斯特角，從而降低補償塊入射端面產生的反射損耗，這時激光束L在補償塊中的傳播方向不再平行于軸向A，如果要使激光束L以軸向A出射到端面S4以外，則需要使端面S4與軸向A呈一定的夾角。也可以使出射端面S4為其他角度從而使激光束L以所需的方向出射。本領域技術人員可通過簡單的幾何知識計算得到出射端面S4與軸向A之間的夾角。根據本發明的一個實施例，其中非線性晶體的入射端面SI也可以是傾斜的，例如可使激光束L入射到端面SI的入射角為布儒斯特角，同時端面S2的傾斜角度被設計為使得激光束L穿過非線性晶體入射到端面S2的入射角為布儒斯特角。通過設計補償塊的入射端面S3與出射端面S4的傾斜角度，可使得激光束L以所需的方向出射。本領域技術人員可通過簡單的幾何知識計算得到SI、S2、S3和S4各自的傾斜角度。最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。盡管參 照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種非線性晶體組件，包括 非線性晶體，具有第一入射端面和第一出射端面； 補償塊，具有第二入射端面和第二出射端面，從非線性晶體出射的激光束通過第二入射端面入射到補償塊中并通過第二出射端面出射，第二出射端面上鍍有增透膜。
2.根據權利要求I所述的組件，其中第二入射端面和第二出射端面與激光束之間的夾角使得從所述第二出射端面出射的激光束為所需方向。
3.根據權利要求2所述的組件，其中第二入射端面和第二出射端面與激光束之間的夾角使得從所述第二出射端面出射的激光束平行于入射到非線性晶體的所述第一入射端面的激光束的方向。
4.根據權利要求I所述的組件，其中所述第一入射端面垂直于激光束。
5.根據權利要求I所述的組件，其中所述第二出射端面垂直于從所述第二出射端面出射的激光束。
6.根據權利要求I所述的組件，其中激光入射到所述第二入射端面的入射角為布儒斯特角。
7.根據權利要求I所述的組件，其中激光束穿過非線性晶體入射到第一出射端面的入射角等于布儒斯特角。
8.根據權利要求I所述的組件，其中所述補償塊可相對于非線性晶體而平移。
9.根據權利要求I所述的組件，其中所述補償塊的材料為紫外石英材料。
10.根據權利要求I所述的組件，其中所述補償塊可更換。
全文摘要
本發明提供一種非線性晶體組件，包括非線性晶體，具有第一入射端面和第一出射端面；補償塊，具有第二入射端面和第二出射端面，從非線性晶體出射的激光束通過第二入射端面入射到補償塊中并通過第二出射端面出射，第二出射端面上鍍有增透膜。
文檔編號H01S3/109GK102944963SQ20121044429
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月8日 優先權日2012年11月8日
發明者石朝輝, 樊仲維, 王培峰 申請人:北京國科世紀激光技術有限公司