一種提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器制造技術

本發明專利技術公開一種提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器，包括第一BaF2晶體棱鏡、KBBF晶體和第二BaF2晶體棱鏡；KBBF晶體呈平板狀；兩個BaF2晶體棱鏡分別設置于KBBF晶體的兩側面，兩個BaF2晶體棱鏡的頂角和底角兩兩相鄰，且兩個BaF2晶體棱鏡與KBBF晶體的兩側面光膠接觸；KBBF晶體的c軸晶向垂直于兩個BaF2晶體棱鏡與KBBF晶體的接觸面；兩個BaF2晶體棱鏡的與KBBF晶體的接觸面、KBBF晶體的兩側面、光束入射面、以及光束出射面都為拋光面；通光方向為兩個BaF2晶體棱鏡的內稟雙折射率為零的晶向。所述倍頻晶體耦合器能夠有效減少KBBF晶體與BaF2晶體棱鏡處接觸面的反射損失，從而提高倍頻光的轉換效率和輸出功率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光學晶體耦合器件
更具體地，涉及一種提高短波深紫外激 光輸出效率的倍頻晶體耦合器。
技術介紹
現有技術中，產生紫外、深紫外激光的最有效的途徑之一是通過非線性光學晶體 的激光變頻（包含倍頻、和頻、光參量振蕩和放大）技術實現，而倍頻由于操作簡單而優于 和頻等方法，最具有實用價值。常用的方法是將非線性光學晶體按位相匹配角切割，基頻激 光按一定的角度入射，精確轉動晶體調整入射角到位相匹配角（稱角度調諧）或控制晶體 溫度，使晶體達到位相匹配溫度而實現有效變頻輸出。但是，有的非線性光學晶體存在解理 等特性不易切割，有的非線性光學晶體體積有限或造價昂貴，不能從中切割出一定尺寸以 滿足特定入射角下的位相匹配角要求。 例如，在波長小于200nm的深紫外區域，目前只有KBe2B03F(KBBF)和 RbBe 2B03F(RBBF)兩種非線性光學晶體可實現波長短于200nm的直接倍頻輸出，但是KBBF 和RBBF晶體具有層狀習性，晶體沿c方向厚度一般僅l-2mm，無法按照相位匹配方向進行 切割，直接采用斜入射方式，隨著入射角的增大，會發生全反射，斜入射的最短倍頻波長在 235nm。為了實現深紫外激光輸出，陳創天等專利技術了棱鏡耦合技術來解決這一難題（一種 非線性光學晶體激光變頻耦合器，ZL 01115313. X)，采用和非線性光學晶體KBBF折射率接 近的玻璃、熔石英Si02或CaF2做棱鏡，棱鏡的角度根據相位匹配角確定，基頻光按一定角 度或者垂直棱鏡入射，在不用斜切割KBBF晶體的情況下實現了包括Nd-YAG激光的六倍頻 177. 3nm，鈦寶石激光四倍頻寬調諧175~235nm等深紫外激光輸出。 但這種耦合器件在實現短波深紫外激光（波長小于170nm)輸出時遇到挑戰，由于 熔石英和玻璃吸收嚴重，只能選取CaF 2晶體作為棱鏡，但CaF 2晶體與KBBF晶體在基波和 倍頻波波長處折射率仍有顯著差別，在實現短波深紫外倍頻輸出時，當基波光由折射率大 的光密介質KBBF晶體進入折射率小的光疏介質0 &&晶體時會發生明顯的反射損失（例如 167nm處的損失約30%，參見表1)，甚至會發生全反射（例如165nm處的透過率將為0)，基 波光損失對腔外倍頻等單次通過方式影響可以克服，但對為提高轉換效率必需采取的腔內 倍頻等基波光多次通過倍頻方式影響是致命的。比如對165nm輸出而言，腔內倍頻完全無 法實現，對167nm輸出基波損失過大（達30% )，實際上也無法實現。 表1. CaF2_KBBF棱鏡耦合器件折射率匹配及出射透過率 在采用前述專利技術（ZL 01115313.X)實現短波深紫外輸出時遇到的另一個問 題是，所采用的CaF#sB體具有內稟雙折射（Phys. Rev. B64, 241102)，如在165. 7nm處，折射 率n = -8. 3x10 7,當采用任意切割的CaFj^鏡制作耦合器件后，165. 7nm激光在其中傳輸 lcm后偏振方向最大會偏轉18°，造成相位失配，從而導致輸出效率降低。 因此，需要提供一種提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器。
技術實現思路
本專利技術的一個目的在于提供一種提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合 器。 為達到上述目的，本專利技術采用下述技術方案： 一種提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器，包括第一 BaF2晶體棱鏡、 KBBF晶體和第二8&匕晶體棱鏡；KBBF晶體呈平板狀； 兩個BaF2晶體棱鏡分別設置于KBBF晶體的兩側面，兩個BaF 2晶體棱鏡的頂角和 底角兩兩相鄰，且兩個BaF2晶體棱鏡與KBBF晶體的兩側面光膠接觸；KBBF晶體的c軸晶向 垂直于兩個BaF 2晶體棱鏡與KBBF晶體的接觸面； 兩個BaF;體棱鏡的與KBBF晶體的接觸面、KBBF晶體的兩側面、光束入射面、以 及光束出射面都為拋光面； 通光方向為兩個BaF2晶體棱鏡的內稟雙折射率為零的晶向。 優選地，所述第一 BaF2晶體棱鏡與所述第二BaF 2晶體棱鏡的形狀相同。 進一步優選地，所述第一 BaF2晶體棱鏡和所述第二BaF 2晶體棱鏡均為直角棱鏡。 進一步優選地，所述第一 BaF2晶體棱鏡和所述第二BaF 2晶體棱鏡均為布儒斯特角 棱鏡。 更進一步優選地，所述第一BaF#sB體棱鏡和第二BaF2晶體棱鏡的頂角a的角度 均為14. 9度；二者的底角y的角度均為75. 1度。 更進一步優選地，通光方向為所述第一 BaF2晶體棱鏡和所述第二BaF2晶體棱鏡的 111晶向。 優選地，所述第一 BaF^sB體棱鏡為直角棱鏡；所述第二BaF 2晶體棱鏡為布儒斯特 角棱鏡。 進一步優選地，所述第一BaF2晶體棱鏡和所述第二BaF2晶體棱鏡的頂角a的角 度均為12度；所述第一 BaF2晶體棱鏡和所述第二BaF 2晶體棱鏡的底角y的角度均為78 度。 進一步優選地，通光方向為所述第一 BaF2晶體棱鏡和所述第二BaF 2晶體棱鏡的 100晶向。 優選地，所述倍頻晶體耦合器還包括用于固定所述第一 BaF#sB體棱鏡、所述KBBF 晶體和所述第二BaF2晶體棱鏡的鏡架。 本專利技術的有益效果如下： 與傳統的棱鏡耦合裝置相比，本專利技術的所述倍頻晶體耦合器采用KBBF晶體和BaF2 晶體棱鏡，且BaF2的折射率較SiO 2和CaF 2在紫外波段更接近KBBF晶體，因此能夠有效減 少KBBF晶體與BaF2晶體棱鏡接觸面的反射損失，從而提高倍頻光的轉換效率和輸出功率。【附圖說明】 下面結合附圖對本專利技術的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。 圖1為本專利技術實施例1提供的提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器的 剖面示意圖。 圖2為本專利技術實施例2提供的提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器的 剖面示意圖。 圖3為本專利技術實施例2和3提供的提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合 器的第二BaF2晶體棱鏡的立體示意圖。 圖4為本專利技術實施例2提供的提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器的 俯視圖。 圖5為本專利技術實施例3提供的提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器的 剖面示意圖。 圖6為本專利技術實施例3提供的提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器的 俯視圖。【具體實施方式】 為了更清楚地說明本專利技術，下面結合優選實施例和附圖對本專利技術做進一步的說 明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具 體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本專利技術的保護范圍。 實施例1 : 如圖1所示，本實施例提供的提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器包 括第一 BaF#sB體棱鏡1、KBBF晶體2和第二BaF 2晶體棱鏡3。KBBF晶體2呈平板狀。 第一 BaF^sB體棱鏡1和第二BaF 2晶體棱鏡3分別設置于KBBF晶體2的兩側面， 兩個BaF2晶體棱鏡的頂角和底角兩兩相鄰，且兩個BaF 2晶體棱鏡與KBBF晶體的兩側面光 膠接觸。KBBF晶體的c軸晶向垂直于兩個BaF2晶體棱鏡與KBBF晶體的接觸面。通光方向 為第一 BaF#sB體棱鏡1和第二BaF 2晶體棱鏡3的內稟雙折射率為零的晶向。 第一 BaF#B體棱鏡1的與KBBF晶體2的接觸面、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器，其特征在于，包括第一BaF2晶體棱鏡、KBBF晶體和第二BaF2晶體棱鏡；KBBF晶體呈平板狀；兩個BaF2晶體棱鏡分別設置于KBBF晶體的兩側面，兩個BaF2晶體棱鏡的頂角和底角兩兩相鄰，且兩個BaF2晶體棱鏡與KBBF晶體的兩側面光膠接觸；KBBF晶體的c軸晶向垂直于兩個BaF2晶體棱鏡與KBBF晶體的接觸面；兩個BaF2晶體棱鏡的與KBBF晶體的接觸面、KBBF晶體的兩側面、光束入射面、以及光束出射面都為拋光面；通光方向為兩個BaF2晶體棱鏡的內稟雙折射率為零的晶向。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李如康，王曉洋，劉麗娟，夏明軍，陳創天，
申請(專利權)人：中國科學院理化技術研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11