本發明專利技術提供一種一種全固態四次諧波紫外激光器。它由端全反鏡、激光增益介質、調Q開關、中間鏡一、二倍頻晶體、中間鏡二、四倍頻晶體、輸出鏡構成。通過調Q方式產生高峰值功率的基波脈沖；基波脈沖在二倍頻晶體內產生二次諧波，二次諧波入射到四倍頻晶體產生四次諧波紫外激光；采用聚焦二次諧波和二次諧波來回經過四倍頻晶體的設計，實現二次諧波的光斑半徑可控，充分利用二次諧波功率，獲得高效的四次諧波紫外激光輸出，實現結構簡單，成本低的效果。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種全固態四次諧波紫外激光器。
技術介紹
在當前國際背景下，激光器在材料加工等方面的應用越來越廣泛。而波長更短的·紫外激光相對于其他波長的激光器具有更加明顯的優勢，如具有高的光子能量，優良的材料吸收特性、更好的聚焦能力和“冷加工”等，因此紫外激光器在精密材料微加工、光刻等領域有更廣泛的應用前景。目前全球對紫外激光器的需求日益增加，應用領域也在不斷擴大。目前，獲得脈沖四次諧波激光器主要采用腔外倍頻技術。這種方法將二次諧波通過一個聚焦系統和四倍頻晶體或采用大功率的基波依次經過二倍頻晶體、四倍頻晶體的技術路線獲得四次諧波紫外激光。其特點是二次諧波功率密度大，易引起晶體表面損壞。為彌補這一缺點，需要提高晶體表面鍍膜質量；或采用晶體自動移動的技術，即在使用一段時間后對晶體進行換位置以實現其長時間工作。該技術對自動移動裝置有嚴格要求，整個系統復雜、價格昂貴。深圳大族激光公司第CN100421316C號中國專利利用多次反射法獲得脈沖四次諧波紫外激光。這種方法利用腔內倍頻獲得的二次諧波在四倍頻晶體上來回往返倍頻，產生高功率四次諧波紫外激光輸出，這種方法的問題是二次諧波是未諧振的，在來回往返過程中其光斑半徑不斷變大，導致未轉換為四次諧波的二次諧波的功率密度隨著來回往返顯著下降。故隨著二次諧波經過四倍頻晶體的次數的增加，二次諧波每次轉換為四次諧波的效率大幅度降低，因此這種技術還是不能充分利用二次諧波功率，從而限制了四次諧波輸出功率。且上述所用的基波諧振腔采用折疊腔，這樣會帶來像散的問題；同時使用鏡片較多、腔結構復雜，不利于光路的安裝與調試。在其優選方式中，二次諧波到四次諧波的轉換效率最大為20%,其泵浦光到四次諧波的轉換效率未報道。針對這些問題，我們開發出一種結構緊湊、易于安裝調試、且能夠實現二次諧波光斑半徑可控并能充分利用二次諧波功率的高效的四次諧波紫外激光器，其二次諧波到四次諧波的轉換效率最大為43. 6%，泵浦光到四次諧波的轉換效率最大為11%。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的缺點，開發出一種可以實現二次諧波光斑半徑可控、充分利用二次諧波功率，結構緊湊、便于安裝調試、穩定輸出、成本相對低廉、光轉換效率高的四次諧波紫外激光器。為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案(結合附圖)附圖中1、2、3、4、5、6、7、8依次是端全反鏡、激光增益介質、調Q開關、中間鏡一、二倍頻晶體、中間鏡二、四倍頻晶體、輸出鏡；產生二次諧波和四次諧波的元件在光路上依次包括中間鏡一(4)、二倍頻晶體(5)、中間鏡二(6)、四倍頻晶體(7)和輸出鏡(8)，輸出鏡(8)為平凹鏡片，其曲率半徑大于中間鏡二(6)和輸出鏡(8)之間的距離，且凹面正對四倍頻晶體(7 )，中間鏡一(4)鍍基波波長高透和二次諧波波長高反膜，中間鏡二( 6 )鍍基波、四次諧波波長高反和二次諧波波長高透膜，輸出鏡(8)鍍二次諧波波長高反和四次諧波波長高透膜；利用在端全反鏡(I)和中間鏡一(4)之間諧振由激光增益介質(2)產生的高功率密度基波作用到二倍頻晶體(5)上產生二次諧波；二次諧波經過中間鏡(6)后入射到所述四倍頻晶體(7)上產生四次諧波，輸出鏡(8)反射并聚焦未轉換為四次諧波的二次諧波，使其再次經過四倍頻晶體(7)，產生累積的四次諧波，然后從輸出鏡(8 )耦合輸出。本專利技術相對于現有技術所具有的創新是本專利技術一種全固態四次諧波紫外激光器中，基波、二次諧波、四次諧波直線型光路形成了低損耗的耦合，同時完全避免了采用折疊基波諧振腔所帶來的像散問題；輸出鏡為平凹鏡片的設計能夠反射并聚焦二次諧波，這樣在來回往返傳輸過程中二次諧波的光斑半徑就不會明顯變大，實現二次諧波光斑半徑可控，保證了未被轉換為四次諧波的二次諧波的功率密度不會隨著來回反射而顯著降低，因此未轉換為四次諧波的二次諧波每次經過四倍頻晶體時的倍頻效率亦不會顯著下降，在這些條件下，達到充分利用二次諧波功率的目的，獲得高效四次諧波激光輸出。采用矩陣光學及Matlab設計了一種半導體激光二極管泵浦的高效的全固態四次諧波激光器。將高功率密度的基波入射到二次倍頻晶體5中產生二次諧波，二次諧波作用到四倍頻晶體7上，輸出鏡8將未轉換的二次諧波反射會四倍頻晶體7，這樣二次諧波在中間鏡一 4和輸出鏡8之間往返傳輸，二次諧波就會多次經過四倍頻晶體7，產生累積的四次諧波紫外激光；同時輸出鏡8的凹面聚焦二次諧波，且其凹面曲率半徑大于 中間鏡二 6和輸出鏡8之間的距離，這樣未被轉換為四次諧波的二次諧波的光斑半徑不會隨著來回反射傳輸而明顯變化，實現二次諧波光斑半徑可控，被聚焦后的未被轉換的二次諧波的功率密度未顯著下降，避免破壞四倍頻晶體7的膜層，同時保證了未被轉換的二次諧波再次經過四倍頻晶體7時的倍頻效率未顯著下降，最終充分利用二次諧波功率，獲得高效四次諧波激光輸出。附圖說明圖1為本專利技術一種全固態四次諧波紫外激光器結構示意圖1，端全反鏡；2，激光增益介質；3，調Q開關；4，中間鏡一 ；5，二倍頻晶體；6，中間鏡二 ；7，四倍頻晶體；8，輸出圖2為本專利技術一種全固態四次諧波紫外激光器的優選方式中，二次諧波隨著等效來回反射傳輸的距離其光斑半徑變化情況；圖3為本專利技術一種全固態四次諧波紫外激光器的優選方式中，計算累積的四次諧波功率密度隨二次諧波經過四倍頻晶體的次數的變化情況；圖4為本專利技術一種全固態四次諧波紫外激光器的優選方式中，在調Q頻率為30kHz 時，不同泵浦功率所對應的二次諧波和四次諧波激光功率變化情況具體實施方式本專利技術一種全固態四次諧波紫外激光器的原理如附圖1所示，基波振蕩器，包括端全反鏡1、激光增益介質2、調Q開關3、中間鏡一 4、二倍頻晶體5、中間鏡二 6。端全反鏡I鍍基波波長高反膜，中間鏡一 4鍍基波波長高透和二次諧波波長高反膜，中間鏡二 6鍍基波、四次諧波波長高反和二次諧波波長高透膜，輸出鏡8鍍二次諧波波長高反和四次諧波波長高透膜。基波諧振腔采用半導體激光二極管端面泵浦，半導體激光二極管發射出的泵浦光經過耦合系統入射到激光增益介質2前端，激光增益介質2吸收泵浦光。考慮激光增益介質2的熱透鏡效應后，通過矩陣光學計算得到腔內基模在中間鏡二 6上有個束腰，故將二倍頻晶體5緊靠中間鏡二6放置。基波在端全反鏡I和中間鏡二6內封閉振蕩，且與激光增益介質2的熱透鏡效應平衡，因此可以獲得高功率密度的基波脈沖。產生二次諧波的元件包括中間鏡一 4、二倍頻晶體5和中間鏡二 6。腔內倍頻產生的二次諧波，透過中間鏡6入射到四倍頻晶體7，由于輸出鏡8鍍二次諧波全反膜，未被轉換為四次諧波的二次諧波經輸出鏡8反射后，沿原光路返回。這樣，二次諧波就在中間鏡一 4和輸出鏡8之間往返傳輸。同時，二次諧波經輸出鏡8的凹面反射且被其凹面聚焦，使得二次諧波光斑半徑在往返傳輸過程中未發生明顯變化，實現二次諧波光斑可控。產生四次諧波的元件包括中間鏡二 6、四倍頻晶體7和輸出鏡8。透過中間鏡二 6的二次諧波入射到四倍頻晶體上，產生四次諧波，該四次諧波由輸出鏡8耦合輸出。未被轉換為四次諧波的二次諧波經輸出鏡8反射且被其凹面聚焦，其光斑半徑較反射前未明顯變化，故其功率密度亦未顯著下降，這樣二次諧波再次經過四倍頻晶體7時倍頻效率未明顯下降，再次產生的四次諧波亦由輸出鏡本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種全固態四次諧波紫外激光器，其特征在于：產生二次諧波和四次諧波的元件在光路上依次包括中間鏡一（4）、二倍頻晶體（5）、中間鏡二（6）、四倍頻晶體（7）和輸出鏡（8），所述輸出鏡（8）為平凹鏡片，其曲率半徑大于中間鏡二（6）和輸出鏡（8）之間的距離，且凹面正對四倍頻晶體（7），所述中間鏡一（4）鍍基波波長高透和二次諧波波長高反膜，所述中間鏡二（6）鍍基波、四次諧波波長高反和二次諧波波長高透膜，所述輸出鏡（8）鍍二次諧波波長高反和四次諧波波長高透膜；利用在端全反鏡（1）和中間鏡一（4）之間諧振由激光增益介質（2）產生的高功率密度基波作用到二倍頻晶體（5）上產生二次諧波；所述二次諧波經過中間鏡（6）后入射到所述四倍頻晶體（7）上產生四次諧波，所述輸出鏡（8）反射并聚焦未轉換為四次諧波的二次諧波，使其再次經過四倍頻晶體（7），?產生累積的四次諧波，所述累積的四次諧波從所述輸出鏡（8）耦合輸出。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張戈，翟蘇亞，魏勇，陳瑋冬，莊鳳江，
申請(專利權)人：中國科學院福建物質結構研究所，
類型：發明
國別省市：
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