采用n型腔的高功率低噪聲紫外激光器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種全固態紫外激光器，特別涉及一種采用N型腔的高功率低噪 聲紫外激光器。
【背景技術】
[0002] 紫外激光器的輸出波長短、能量集中、分辨率高，聚集點可小到幾個微米數量級， 在精密材料微加工、太陽能光伏、快速成型等領域有廣泛的應用前景。激光器的噪聲特性是 衡量激光器性能的重要指標之一。激光器的噪聲低，意味著激光器輸出功率穩定性好，這在 彩色印刷、分析儀器以及科學實驗等很多實際應用中都有嚴格的要求。同時，對激光器自 身來說，噪聲低意味著激光輸出光強沒有瞬間的尖峰出現，不會對腔內光學元件(如激光晶 體、倍頻晶體、介質膜系、調制元件等）造成損傷，從而延長激光器的工作壽命。
[0003] 在激光器內獲得355nm紫外激光的倍頻技術可以分為兩種，包括腔外倍頻和腔內 倍頻。腔外倍頻是將高功率紅外激光(如l〇64nm和914nm)通過非線性光學晶體實現頻率 轉換，其特點在于聚焦點光斑尺寸要求小，晶體比較容易損壞，對晶體鍍膜要求高，對紫外 激光器的壽命產生了極大的影響，若是高功率的紫外激光器，就需要在一定的使用時間后 改變激光晶體的位置來實現換點功能，才能保證激光器的長時間可靠工作，整個系統裝置 較多，配備復雜，而且需要使用高精密的檢測和判別裝置。
[0004] 腔內倍頻效率高，而且激光到達三倍頻非線性光學晶體處的光斑比較大，在相同 晶體條件下，不僅延長了激光晶體的使用壽命，而且對晶體鍍膜要求低很多。
【發明內容】
[0005] 本實用新型的目的是提供一種采用N型腔的高功率低噪聲紫外激光器，其在激光 諧振腔內插入全波片，利用縱模選擇的方法，抑制除中心頻率外盡可能多的縱模，同時通 過調節腔長、控制頻率等手段，使激光器的縱模數量、振幅、頻率保持相對穩定，從而獲得 355nm紫外激光器的低噪聲運轉。
[0006] 本實用新型的技術方案是這樣實現的：采用N型腔的高功率低噪聲紫外激光器， 其特征在于：半導體二極管作為激光泵浦源，半導體二極管輸出波長為808nm，半導體二極 管后面的輸出端依次布置非球面透鏡A和非球面透鏡B，非球面透鏡B后面的輸出端布 置平面鏡A，平面鏡A后面的輸出端銜接兩部分結構，一個銜接Q開關，另一個銜接激光晶 體；Q開關后面的輸出端布置平面鏡B，激光晶體后面依次銜接全波片和平面鏡C，平面鏡 C銜接三倍頻非線性光學晶體，三倍頻非線性光學晶體再依次銜接二倍頻非線性光學晶體 和平面鏡D。
[0007] 所述的平面鏡A的靠近泵浦源一側鍍有808nm的增透膜，另一側鍍有808nm的增 透膜和1064nm的高反膜；Q開關、激光晶體和全波片的兩面均鍍有1064nm的增透膜；平面 鏡B的內側鍍有1064nm的高反膜，平面鏡C和平面鏡D的內側均鍍有1064nm和532nm的 高反膜。
[0008] 所述的二倍頻非線性光學晶體兩面均鍍有1064nm和532nm的增透膜。
[0009] 所述的二倍頻非線性光學晶體可采用臨界相位匹配或非臨界相位匹配，可以采用 雙折射相位匹配或周期極化材料的準相位匹配，周期極化晶體可為PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、 PPLT、PPKTP中的一種。
[0010] 所述的二倍頻非線性光學晶體的類型可選自LBO、KTP。
[0011] 所述的三倍頻非線性光學晶體可采用臨界相位匹配或非臨界相位匹配，根據具體 的諧振腔參數，二倍頻非線性倍頻晶體的工作溫度和切割方向、大小和尺寸有不同的變化， 所述三倍頻非線性光學晶體的類型可選自LBO、BBO、BIBO、CLBO、PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、 PPLT、PPKTP中的一種，所述三倍頻非線性光學晶體的形狀以長方體為主，也可以是其他形 狀。
[0012] 本實用新型的積極效果是其具有激光器輸出的噪聲低，紫外激光功率穩定、轉換 效率高、光束質量好、穩定性優越以及光譜線寬窄等特點。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本實用新型的布置結構框圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖對本實用新型做進一步說明：如圖1所示，采用N型腔的高功率低噪 聲紫外激光器，其特征在于：半導體二極管1作為激光泵浦源，半導體二極管1輸出波長為 808nm，半導體二極管1后面的輸出端依次布置非球面透鏡A2和非球面透鏡B3,非球面 透鏡B3后面的輸出端布置平面鏡A4,平面鏡A4后面的輸出端銜接兩部分結構，一個銜 接Q開關5,另一個銜接激光晶體7 ;Q開關5后面的輸出端布置平面鏡B6,激光晶體7后 面依次銜接全波片8和平面鏡C9,平面鏡C9銜接三倍頻非線性光學晶體10,三倍頻非線 性光學晶體10再依次銜接二倍頻非線性光學晶體11和平面鏡D12。
[0015] 所述的平面鏡A4的靠近泵浦源一側鍍有808nm的增透膜，另一側鍍有808nm的 增透膜和l〇64nm的高反膜；Q開關5、激光晶體7和全波片8的兩面均鍍有1064nm的增 透膜；平面鏡B6的內側鍍有1064nm的高反膜，平面鏡C9和平面鏡D12的內側均鍍有 1064nm和532nm的高反膜。
[0016] 所述的二倍頻非線性光學晶體11兩面均鍍有1064nm和532nm的增透膜。
[0017] 所述的二倍頻非線性光學晶體11可采用臨界相位匹配或非臨界相位匹配，可以 采用雙折射相位匹配或周期極化材料的準相位匹配，周期極化晶體可為PPLN、MgO:PPLN、 PPSLT、PPLT、PPKTP中的一種。
[0018] 所述的二倍頻非線性光學晶體11的類型可選自LBO、KTP。
[0019] 所述的三倍頻非線性光學晶體10可采用臨界相位匹配或非臨界相位匹配，根據 具體的諧振腔參數，二倍頻非線性倍頻晶體的工作溫度和切割方向、大小和尺寸有不同的 變化，所述三倍頻非線性光學晶體的類型可選自LBO、BBO、BIBO、CLBO、PPLN、MgO:PPLN、 PPSLT、PPLT、PPKTP等中的一種，所述三倍頻非線性光學晶體的形狀以長方體為主，也可以 是其他形狀。
[0020] 半導體二極管單端泵浦355nm紫外激光器，包括用半導體二極管1做的激光泵浦 源和激光晶體7,半導體二極管1為輸出波長808nm的半導體二極管泵浦，半導體二極管I的輸出端依次布置有非球面透鏡A2和非球面透鏡B3,非球面透鏡B3的輸出端布置平面 鏡A4,平面鏡A4的輸出端銜接兩部分結構，其一銜接Q開關5,Q開關5的輸出端布置平 面鏡B6 ;其二銜接激光晶體7,激光晶體7依次銜接全波片8和平面鏡C9,平面鏡C9銜 接三倍頻非線性光學晶體10,三倍頻非線性光學晶體10依次銜接二倍頻非線性光學晶體 11和平面鏡D12;半導體二極管1輸出808nm泵浦光經過由非球面透鏡A2和非球面透鏡 B3組成的非球面光學準直系統以及平面鏡A4耦合到激光晶體7內，產生的1064nm激光 經過由平面鏡A4、平面鏡B6、平面鏡C9和平面鏡D12構成的諧振腔內振蕩并由Q開關 5進行調制，調制的1064nm基頻光兩次經過二倍頻非線性光學晶體11將1064nm基頻光轉 換為532nm倍頻光，未二次倍頻轉換的剩余1064nm基頻光與532nm倍頻光經過三倍頻非線 性光學晶體10進行和頻，得到的355nm紫外脈沖激光從三倍頻非線性光學晶體10布儒斯 特角切割的一面輸出。
[0021] 根據上述技術方案，構建了半導體二極管單端泵浦355nm紫外激光器裝 置，在抽運光功率為30W時，在不同頻率調制下激光器的輸出功率，當調制頻率f=30kHz時，激光器輸出功率大于5W，泵浦光到355nm紫外激光的轉換效率約為17%，如此 高的轉換效率已接近理論值。在此泵浦功率下，在20kHz時，激光脈沖寬度為12ns。在激 光功率為5W時，用光束質量分析儀測得測得光束質量分子M2<L3。該激光器運行8小時的 穩定性度曲線可以看出穩定度小于3%，RMS〈1%。從結果可以看出，紫外激光器具有轉換效 率高、光束質量好、運行穩定、低噪聲等優點，廣泛用于紫外激光應用領域。
【主權項】
1. 采用N型腔的高功率低噪聲紫外激光器，其特征在于：半導體二極管作為激光泵浦 源，半導體二極管輸出波長為808nm，半導體二極管后面的輸出端依次布置非球面透鏡A 和非球面透鏡B，非球面透鏡B后面的輸出端布置平面鏡A，平面鏡A后面的輸出端銜接 兩部分結構，一個銜接Q開關，另一個銜接激光晶體；Q開關后面的輸出端布置平面鏡B，激 光晶體后面依次銜接全波片和平面鏡C，平面鏡C銜接三倍頻非線性光學晶體，三倍頻非 線性光學晶體再依次銜接二倍頻非線性光學晶體和平面鏡D。2. 根據權利要求1中所述的采用N型腔的高功率低噪聲紫外激光器，其特征在于所述 的平面鏡A的靠近泵浦源一側鍍有808nm的增透膜，另一側鍍有808nm的增透膜和1064nm 的高反膜；Q開關、激光晶體和全波片的兩面均鍍有l〇64nm的增透膜；平面鏡B的內側鍍 有1064nm的高反膜，平面鏡C和平面鏡D的內側均鍍有1064nm和532nm的高反膜。3. 根據權利要求1中所述的采用N型腔的高功率低噪聲紫外激光器，其特征在于所述 的二倍頻非線性光學晶體兩面均鍍有l〇64nm和532nm的增透膜。4. 根據權利要求1中所述的采用N型腔的高功率低噪聲紫外激光器，其特征在于所述 的二倍頻非線性光學晶體可采用臨界相位匹配或非臨界相位匹配，可以采用雙折射相位匹 配或周期極化材料的準相位匹配，周期極化晶體可為PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP 中的一種。5. 根據權利要求1中所述的采用N型腔的高功率低噪聲紫外激光器，其特征在于所述 的二倍頻非線性光學晶體的類型可選自LBO、KTP。6. 根據權利要求1中所述的采用N型腔的高功率低噪聲紫外激光器，其特征在于所 述的三倍頻非線性光學晶體可采用臨界相位匹配或非臨界相位匹配，根據具體的諧振腔參 數，二倍頻非線性倍頻晶體的工作溫度和切割方向、大小和尺寸有不同的變化，所述三倍頻 非線性光學晶體的類型可選自 LBO、BBO、BIBO、CLBO、PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP 中的一種，所述三倍頻非線性光學晶體的形狀為長方體。
【專利摘要】本實用新型涉及一種采用N型腔的高功率低噪聲紫外激光器，其特征在于：半導體二極管作為激光泵浦源，半導體二極管輸出波長為808nm，半導體二極管后面的輸出端依次布置非球面透鏡A和非球面透鏡B，非球面透鏡B后面的輸出端布置平面鏡A，平面鏡A后面的輸出端銜接兩部分結構，一個銜接Q開關，另一個銜接激光晶體；其在激光諧振腔內插入全波片，利用縱模選擇的方法，抑制除中心頻率外盡可能多的縱模，同時通過調節腔長、控制頻率等手段，使激光器的縱模數量、振幅、頻率保持相對穩定，從而獲得355nm紫外激光器的低噪聲運轉。
【IPC分類】H01S3/0941, H01S3/109
【公開號】CN204696443
【申請號】CN201520309884
【發明人】趙嶺, 鄭權, 姚矣, 梁慧, 鄧巖, 王禹凝
【申請人】長春新產業光電技術有限公司
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年5月14日