一種單晶金剛石連續波可調諧深紫外激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及全固態深紫外激光器，尤其是涉及基于單頻藍光諧振泵浦的一種單晶金剛石連續波可調諧深紫外激光器。
【背景技術】
[0002]激光拉曼光譜(Laser Raman Spectroscopy，LRS)是研宄物質分子振動和分子結構的重要工具，隨著材料科學、激光、同步加速器技術和納米技術的重大進展，LSR在物理、化學、生物以及材料科學等領域應用日益廣泛。常規LRS以波長大于400nm的激光作為激發源，通常面臨焚光干擾和靈敏度不高的困擾，而深紫外激光拉曼光譜(Deep Ultrav1letLaser Raman Spectroscopy, DUVLRS)采用深紫外激發源，當激發波長小于260nm時，可以有效解決熒光干擾問題，且具有更高效率。深紫外激光器是開展深紫外拉曼光譜DUVLRS的核心之一，也是國際光電子領域的科學家和工程技術人員所追求的最重要目標之一。
[0003]目前商用的深紫外激光器主要有同步輻射源、準分子激光器(157nm、193nm、248nm等)、倍頻氬離子氣體激光(229nm、238nm、244nm、257nm等)、摻鈦藍寶石(Ti3+:A1203)激光器(193 ?320nm)、Nd: YAG 和 Nd: YV04 固體激光(266nm)等(Aadhi A, Apurv ChaitanyaN, Singh R P, et al.High-power, continuous-wave, solid-state, single-frequency, tunable source for the ultrav1let [J].0ptics Letters, 2014，39 (12): 3410-3413.)。而慘鈦藍寶石和倍頻氬離子激光器是DUVLSR主要采用的光源，目前這兩種激光器大部分被國外廠家壟斷，價格居高不下。例如:美國Coherent公司型號為Innova 300C Moto FreD氬離子激光器，輸出功率僅為100mW，但價格在12萬美元以上，盡管該激光器可以在229nm和264nm之間進行分離調諧，但每次工作的預熱時間都長達一個小時以上。而目前唯一可以進行精細調節的摻鈦藍寶石激光器系統，波長范圍可以覆蓋193?320nm，在部分波長處的功率也僅有幾個mW，調諧范圍每變化20?30nm需更換晶體，同時這種系統的價格會更高。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供利用單晶金剛石高的受激拉曼增益系數和級聯拉曼特性，可實現低閾值連續波拉曼激光運轉，通過拉曼激光器腔內倍頻與和頻，實現可調諧連續深紫外激光輸出的一種單晶金剛石連續波可調諧深紫外激光器。
[0005]本發明設有456nm單頻藍光激光器、橫模匹配透鏡、第I激光諧振腔鏡、第2激光諧振腔鏡、第3激光諧振腔鏡、第4激光諧振腔鏡、激光增益介質、倍頻晶體、光電二極管和PDH(Pound - Drever - Hall)控制器；所述456nm單頻藍光激光器、橫模匹配透鏡、第I激光諧振腔鏡、倍頻晶體、第2激光諧振腔鏡從左至右依次設置在第一光軸上，所述第3激光諧振腔鏡、激光增益介質、第4激光諧振腔鏡從左至右依次設置在第二光軸上；所述光電二極管位于第I激光諧振腔鏡左后側，所述TOH控制器連接光電二極管和第4激光諧振腔鏡；第一光軸與第二光軸平行。
[0006]所述第4激光諧振腔鏡可采用壓電陶瓷構成的激光諧振腔鏡。
[0007]所述第I激光諧振腔鏡、第2激光諧振腔鏡、第3激光諧振腔鏡和第4激光諧振腔鏡為一組不同曲率的反射鏡，構成拉曼諧振腔。
[0008]所述第I激光諧振腔鏡左端面鍍制456nm處減反射膜，第I激光諧振腔鏡右端面鍍制480?530nm波長范圍內高反射膜、456nm處部分反射膜和220?260nm波長范圍內減反射膜。
[0009]所述第2激光諧振腔鏡左端面鍍制450?530nnm高反射膜，220?260nm減反射膜，第2激光諧振腔鏡右端面鍍制220?260nm減反射膜。
[0010]所述第3激光諧振腔鏡右端面鍍制450?530nm高反射膜。
[0011]所述第4激光諧振腔鏡左端面鍍制450?530nm高反射膜。第4激光諧振腔鏡通過PZT(壓電陶瓷)構成，通過陶瓷晶體在電壓作用下的伸縮特性，控制諧振腔的諧振頻率，滿足注入藍光的頻率和諧振外腔的本征頻率有交集。
[0012]所述激光增益介質可采用CVD單晶金剛石，采用〈110〉方向的切割，泵浦光的偏振方向與〈111〉方向平行。
[0013]本發明采用456nm單頻藍光激光器用作泵浦源，其泵浦光輸出456nm單頻光，泵浦光經過橫模匹配透鏡后對激光增益介質進行外腔諧振泵浦。所述第I激光諧振腔鏡、第2激光諧振腔鏡、第3激光諧振腔鏡和第4激光諧振腔鏡為一組不同曲率的反射鏡，構成拉曼諧振腔，利用增益介質高的受激拉曼增益系數和級聯拉曼特性，實現低閾值連續波拉曼激光運轉，形成單頻藍光諧振泵浦連續波拉曼激光器和級聯拉曼激光器，通過拉曼激光器腔內倍頻與和頻，實現可調諧深紫外激光輸出。
[0014]本發明采用CVD單晶金剛石作激光增益介質，采用〈110〉方向的切割，泵浦光的偏振方向與〈111〉方向平行，以獲得更低的激光閾值和高的拉曼增益系數。采用90°垂直入射，所述激光增益介質雙端面鍍制450?530nm和220?260nm波長范圍內的減反射膜，以降低插入損耗，獲得更低的激光閾值。
[0015]本發明在諧振腔的各反射鏡鍍制沉積低損耗的介質光學薄膜，除輸入鏡對入射光的具有一定的耦合透射率，所有的腔鏡鍍制寬反射帶寬光學薄膜，鍍制各階拉曼散射的高反射膜以及基頻光的高反射膜，保證該外腔是滿足基頻光和拉曼光的高Q值諧振腔。
[0016]所述光電二極管用作誤差信號檢測，所述PDH控制器連接光電二極管和第4激光諧振腔鏡，利用Pound - Drever - Hall激光頻率穩定方案來同步入射激光頻率和外部諧振腔的諧振頻率一致。
[0017]本發明采用BBO晶體作為倍頻晶體，采用臨界相位匹配或非臨界相位匹配。BBO晶體與腔內光束之間的夾角可調節，由于不同波長拉曼光在參與腔內和頻(ISFM)時，BBO晶體接受角和相位匹配角之間存在角度差，因此通過改變BBO晶體與腔內光束之間的夾角，可實現可調諧紫外輸出。晶體切割角度取合適的中間值，以降低插入損耗。所述倍頻晶體增透膜設計時以寬入射角度和寬波長容差為原則，雙端面鍍制450?530nm和220?260nm波長范圍內的減反射膜，降低BBO晶體的插入損耗，保證在較寬的角度范圍內都能實現高效 ISFMo
[0018]本發明提出以大功率456nm單頻藍光激光器作為外腔諧振泵浦光源，單晶金剛石作為激光增益介質，采用“8”字型拉曼諧振腔和膜系設計，可獲得連續波可見光拉曼激光器，通過BBO晶體腔內倍頻和角度調節，實現較好性能的連續可調諧228?260nm深紫外激光輸出。
[0019]本發明的突出效果將在【具體實施方式】中進一步說明。
[0020]本發明提供的單晶金剛石深紫外拉曼激光器，波長可調諧范圍覆蓋228?260nm，激光為連續波輸出，同時，本發明為一種全固態激光器DPSSL(D1de Pumped Solid StateLasers)，具有全固態激光器體積小、效率高、壽命長、光束質量好、易系統集成和易實用化等諸多特性，從而獲得了一種結構緊湊、成本相對較低的UV-C波段可調諧連續波深紫外激光器。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明實施例的結構組成示