專利名稱：一種帶有倍頻裝置的倍頻激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光器，特別涉及一種帶有倍頻裝置的倍頻激光器。
背景技術(shù)：
使用非線性光學(xué)晶體將常用激光波長倍頻可以大大擴展激光的波長范圍，且由于 倍頻系統(tǒng)簡單、可靠，目前已經(jīng)發(fā)展為一種實用的技術(shù)。獲得高功率、高光束質(zhì)量的倍頻激 光輸出已成為研究熱點之一，具有重要的應(yīng)用價值。如高功率綠光激光器在醫(yī)學(xué)、通訊、遙 感等方面都有重要的應(yīng)用，利用非線性光學(xué)晶體將Nd: YAG激光倍頻，是獲得這種激光源的 主要途徑。目前主要使用的非線性光學(xué)倍頻晶體有LB0、KTP、BB0···等。但當(dāng)產(chǎn)生高功率倍頻 激光時，需要對上述非線性光學(xué)晶體進行有效的冷卻，加之這些非線性光學(xué)晶體有潮解性， 所以限制了高功率倍頻激光的產(chǎn)生。2002年，胡章貴等生長出了一種新型的負(fù)單軸非線性 光學(xué)晶體BaAlBO3F2 (以下簡稱BABF)，見文獻 1 :Z. G. Hu,Μ. Yoshimura，K. Muramatsu，Y. Mori and T.Sasaki,"A new nonlinear optical crystal BaAlBO3F2 (BABF),"Jpn. J. App1. Phys, 41,1131-1133 0002)。該BABF晶體具有較大非線性光學(xué)系數(shù)、不潮解、機械性能好、易于生 長等優(yōu)點。BABF晶體在獲得高功率倍頻光輸出方面極具潛力，如文獻2 =Yong Zhou, Yinchao Yue,et al,"Nonlinear optical properties of BaAlBO3F2 crystal, "Optical Express, 17，0009)，20034-20038所介紹。生長出來BABF晶體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其光軸垂直于生長 解理面，光軸方向具有層狀結(jié)構(gòu)，使用相位匹配方向切割的BABF晶體，基頻光光斑及倍頻 光光斑受到層狀結(jié)構(gòu)的影響，得到的倍頻光光斑呈條紋狀，光束質(zhì)量差，如圖2所示，難以 應(yīng)用。鑒于其層狀結(jié)構(gòu)特性，因此不能按相位匹配方向切割晶體用于諧波產(chǎn)生。高功率深紫外激光(尤其200nm以下)在光刻、科學(xué)研究、材料加工等諸多領(lǐng)域具 有重大應(yīng)用價值。KBBF晶體直接倍頻是目前唯一可有效產(chǎn)生實用化與精密化深紫外激光的 手段。KBBF晶體為負(fù)單軸晶體，不潮解，但其具有嚴(yán)重的層狀結(jié)構(gòu)特性，不能按相位匹配方 向切割直接使用于深紫外諧波產(chǎn)生。生長出來的KBBF晶體結(jié)構(gòu)同BABF晶體結(jié)構(gòu)相同，如 圖1所示。雖然KBBF-PCT(棱鏡耦合)技術(shù)成功實現(xiàn)了深紫外諧波產(chǎn)生，但是在產(chǎn)生高功 率深紫外倍頻激光時，KBBF-PCT器件由于其特殊結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致熱效應(yīng)嚴(yán)重，嚴(yán)重限制了高功率 深紫外倍頻激光的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服具有層狀結(jié)構(gòu)的非線性光學(xué)晶體不能按相位匹配方向切割使用于諧波產(chǎn)生 的缺陷，并且解決高功率泵浦情形下，晶體熱效應(yīng)嚴(yán)重的問題；為了獲得高光束質(zhì)量、高平 均功率倍頻激光，從而提出一種采用非相位匹配切割的非線性光學(xué)晶體，并利用晶體不潮 解的特點，將其浸泡在恒溫流動的匹配液體中制成倍頻裝置，基頻激光在匹配液中從晶體 生長解理面入射實現(xiàn)相位匹配，倍頻激光同樣從晶體生長解理面出射，以實現(xiàn)高光束質(zhì)量 激光輸出的倍頻激光器。該倍頻激光器避開了非線性光學(xué)晶體層狀面對光束的影響(利用此方法得到的BABF晶體倍頻光光斑如圖3所示，不再為條紋狀，光斑質(zhì)量得到了極大改 善，可以滿足應(yīng)用需求)；通過溫控循環(huán)裝置使得匹配液恒溫流動冷卻非線性光學(xué)晶體，晶 體熱效應(yīng)降到了最低，實現(xiàn)高平均功率、高穩(wěn)定性倍頻激光輸出。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明提供一種帶有倍頻裝置的倍頻激光器，包括基頻激光器、光束整形聚焦部 件，其特征在于，還包括一倍頻裝置；其中，所述的倍頻裝置由非線性光學(xué)晶體、匹配液體、 浸泡非線性光學(xué)晶體的腔體及溫控循環(huán)裝置組成；在所述的基頻激光器輸出光后方順序設(shè) 置光束整形聚焦部件及倍頻裝置實現(xiàn)腔外倍頻；亦可將倍頻裝置設(shè)置于基頻激光器諧振腔 內(nèi)實現(xiàn)腔內(nèi)倍頻；其中，所述的非線性光學(xué)晶體固定于所述腔體中心并可繞腔體垂向中心軸旋轉(zhuǎn)， 并浸泡于所述匹配液體中；所述的非線性光學(xué)晶體為單軸晶體，未按激光倍頻相位匹配方 向切割，不潮解，其光軸方向具有層狀結(jié)構(gòu)，且光軸垂直于晶體生長解理面；所述的生長解 理面經(jīng)光學(xué)拋光后作為激光通光面，所述通光面垂直于水平面；通光面為長方形，長方形的 長邊平行于所述晶體的最佳倍頻方向，并呈水平狀態(tài)；所述腔體側(cè)壁上對稱地設(shè)置與所述非線性光學(xué)晶體通光面中心等高的入射光學(xué) 窗口及出射光學(xué)窗口；所述腔體側(cè)壁上還對稱地設(shè)置匹配液體進口和匹配液體出口 ；所述的溫控循環(huán)裝置裝于連通所述匹配液體進口和匹配液體出口的連接管道上， 以控制所述匹配液體的溫度在0到35度之間，并使所述匹配液體沿著所述非線性光學(xué)晶體 的通光面呈層流形式的流動態(tài)；基頻激光水平入射通過入射光學(xué)窗口進入匹配液體，在非線性光學(xué)晶體的通光面 經(jīng)匹配液體耦合進入非線性光學(xué)晶體，旋轉(zhuǎn)非線性光學(xué)晶體以實現(xiàn)倍頻相位匹配；產(chǎn)生的 倍頻激光，未轉(zhuǎn)換的基頻激光通過匹配液體從出射光學(xué)窗口耦合射出。在上述的技術(shù)方案中，所述的基頻激光器為全固態(tài)Nd:YAG、NchYVO4激光器，全固 態(tài)連續(xù)、納秒、皮秒、飛秒鈦寶石激光器或者它們的二倍頻激光器。在上述的技術(shù)方案中，所述的非線性光學(xué)晶體為KBBF晶體、BABF晶體、RBBF晶體、 SBBO晶體、CBBF晶體或NBBF晶體。在上述的技術(shù)方案中，所述的匹配液體為具有良好光學(xué)性能且折射率接近非線性 光學(xué)晶體折射率的液體，包括水，優(yōu)選去離子水；還包括CC14、CS2、甲醇、乙醇、丙醇、苯、三 氯甲烷、乙醚、甘油、松節(jié)油、橄欖油或高折射率透光液體。在上述的技術(shù)方案中，所述的溫控循環(huán)裝置為可控溫的水冷機或可控溫水泵。在上述的技術(shù)方案中，所述的腔內(nèi)倍頻包括一由激光腔鏡和輸出耦合鏡組成的諧 振腔，在所述的諧振腔內(nèi)順序設(shè)置泵浦源與激光增益介質(zhì)部件、光調(diào)制器件和倍頻裝置。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點本發(fā)明的帶有倍頻裝置的倍頻激光器，基于液體耦合實現(xiàn)激光倍頻，解決了層狀 結(jié)構(gòu)的非線性光學(xué)晶體不能按相位匹配方向切割使用于諧波產(chǎn)生的問題，并可以產(chǎn)生高穩(wěn) 定性，高平均功率倍頻激光輸出。匹配液體的作用在于1.匹配液體可以大大擴展所使用非線性光學(xué)晶體倍頻的相位匹配范圍。當(dāng)基頻激光從空氣中直接耦合進晶體，對于BABF晶體，當(dāng)基頻激光波長小于930nm時由于全反射，基 頻光便無法耦合進BABF晶體而實現(xiàn)I類相位匹配，通過選用具有合適折射率的液體作為匹 配液，可以大大擴展BABF晶體的I類相位匹配的基頻光波長范圍，如對于水-晶體耦合，可 將BABF晶體I類相位匹配的基頻光波長擴展至670nm ；對于KBBF晶體，水耦合可以將KBBF 晶體I類相位匹配的基頻光截止波長從470nm擴展至 330nm。2.匹配液體恒溫循環(huán)冷卻非線性光學(xué)晶體，或者流動冷卻晶體，使得晶體一直維 持在最佳溫度條件下；特別是在高功率泵浦激光情形下，晶體可以得到充分、有效的冷卻。 從而產(chǎn)生高效、高平均功率、高穩(wěn)定性倍頻激光輸出。通過本發(fā)明，可以實現(xiàn)基于某些優(yōu)秀非線性光學(xué)晶體的腔外倍頻和腔內(nèi)倍頻結(jié)構(gòu) 的高穩(wěn)定性、高平均功率、高光束質(zhì)量倍頻激光器。


圖1為本發(fā)明所使用的倍頻裝置中非線性光學(xué)晶體(BABF)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為使用相位匹配方向切割的BABF晶體得到的倍頻光532nm光斑；圖3為基于本發(fā)明得到的BABF晶體中倍頻光532nm光斑；圖如為本發(fā)明使用的倍頻裝置中浸泡非線性光學(xué)晶體的腔體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4b為圖如的浸泡非線性光學(xué)晶體的腔體立體示意圖；圖如為本發(fā)明所使用的倍頻裝置中浸泡非線性光學(xué)晶體的腔體中容器上蓋和角 度調(diào)節(jié)機構(gòu)的關(guān)系示意圖；圖5為本發(fā)明使用的倍頻裝置組成示意圖；圖6為本發(fā)明實施例的一種腔外倍頻的帶有倍頻裝置的倍頻激光器結(jié)構(gòu)的示意 圖；圖7為本發(fā)明的另一個實施例中腔內(nèi)倍頻的帶有倍頻裝置的倍頻激光器結(jié)構(gòu)的 示意具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做詳細(xì)地說明實施例1參考圖6，制作一本發(fā)明的帶有倍頻裝置的腔外倍頻結(jié)構(gòu)的倍頻激光器。首先參考圖5，本實施例使用的倍頻裝置由一塊非線性光學(xué)晶體13，匹配液體5、 浸泡非線性光學(xué)晶體的腔體及液體循環(huán)控溫系統(tǒng)15組成；其中，非線性光學(xué)晶體13為解 理面拋光的塊狀KBBF晶體，解理面為通光面，尺寸25 X IOmm2,長邊平行于KBBF最佳倍頻方 向；光軸垂直于解理面，晶體沿光軸方向厚度為3mm ；匹配液體5為高純?nèi)ルx子水；液體循 環(huán)和控溫系統(tǒng)15為控溫范圍5-35°C，控溫精度0. 1°C的高精度水冷機。本實施例的浸泡非線性光學(xué)晶體的腔體(參考圖4a、圖4b和圖4c)由一帶有上 蓋2的圓筒容器1、一固定非線性光學(xué)晶體用的不銹鋼固定架6、一用于調(diào)節(jié)非線性光學(xué)晶 體角度的調(diào)節(jié)部件組成；在圓筒容器1內(nèi)充入非線性光學(xué)晶體的匹配液5，非線性光學(xué)晶體 13安裝在固定架6上并浸泡在匹配液5中。上蓋2由一塊不銹鋼板做成上下表面帶有凸 起(如軸承形)的圓形板，從上蓋2上表面凸出部分的頂部至上蓋2下表面的凸起向下打一通孔，位于上表面凸起部分的通孔的上部設(shè)有內(nèi)螺紋，通孔底部直徑比上部直徑小，上蓋 2下表面的凸起的外徑與圓筒容器的內(nèi)徑相等。并在下表面的凸起內(nèi)所打通孔的底部內(nèi)壁 作出一圈凸臺25，凸臺25直徑為12mm，以便將第二密封圈27放置在凸臺25上。上蓋2下 表面的凸起插入圓筒容器上口內(nèi)，并在上蓋2下表面與圓筒容器上口之間設(shè)有第一密封圈 3，上蓋2固定在圓筒容器上口，通過第一密封圈3實現(xiàn)水路密封。用于調(diào)節(jié)非線性光學(xué)晶體角度的調(diào)節(jié)部件由一活動支桿4、一連接桿7、一螺帽23 和一螺旋微調(diào)器8組成；其中，活動支桿4為一根不銹鋼桿，該活動支桿4的直徑為10mm，長 度為27mm，并在活動支桿4上做出一凸環(huán)26。采用市場上購買的真空密封圈做第二密封圈 27和第三密封圈28。第二密封圈27放置在通孔中的凸臺25上，一墊環(huán)對、第三密封圈28 順序放置在第二密封圈27上；活動支桿4底端穿過上蓋2的通孔，并穿過第三密封圈28、 墊環(huán)M和第二密封圈27插入圓筒容器1內(nèi)，該活動支桿上的凸環(huán)沈壓裝在第三密封圈觀 上?；顒又U4的直徑與上蓋2中的通孔相配合，一與活動支桿4上部相配合的螺帽23套 入活動支桿4，并且螺帽23的外螺紋和通孔上口的內(nèi)螺紋螺合固定成一體，實現(xiàn)通孔的水 路密封?；顒又U4頂端穿出上蓋2的頂面，活動支桿4頂端與一連接桿7固定，螺旋微調(diào) 器8的頭垂直頂在連接桿7的末端側(cè)壁上，并且與連接桿7的末端側(cè)壁垂直固定，通過旋轉(zhuǎn) 螺旋微調(diào)器推動連接桿，連接桿帶動活動支桿做圓周轉(zhuǎn)動，達到微調(diào)非線性光學(xué)晶體的固 定架在容器中的角度，以實現(xiàn)非線性光學(xué)晶體的角度相位匹配。所述的固定架為一帶有用于夾緊非線性光學(xué)晶體的夾具的框架，或帶有凹槽可通 過軟膠(703或704硅膠)將非線性光學(xué)晶體粘接固定的框架，該固定架豎直固定在所述的 活動支桿底端，非線性光學(xué)晶體安放在固定架上，且晶體光軸垂直于活動支桿，這是本專業(yè) 技術(shù)人員可以實施的。在圓筒容器1相對的兩個側(cè)壁上，同軸線分別安裝一個入射光窗口 9和出射光窗 口 10，入射光窗口 9和出射光窗口 10處于同一高度。并在該圓筒容器1的側(cè)壁上分別開有 供匹配液體進和出的進水口 11和出水口 12，設(shè)置幾個進水口 11和出水口 12可以根據(jù)實驗 需求，例如分別為1、2、3都可以。進水口 11和出水口 12中心軸線平行于圓筒容器1中的 非線性光學(xué)晶體的解離面方向。該進水口 11和出水口 12分別通過管道14與外部的液體 循環(huán)和控溫系統(tǒng)15相連，液體流量大小及溫度可調(diào)，使得匹配液以層流形式流過晶體表面 并有效冷卻非線性光學(xué)晶體；圓筒容器1內(nèi)的匹配液通過連接于進水口、出水口的管道14 流動或循環(huán)(見圖5)，這些都是本專業(yè)技術(shù)人員可以實施的。本實施例制作的浸泡非線性 光學(xué)晶體的腔體用來固定KBBF晶體，保證精確的相位匹配、并保證液體以層流形式沿著晶 體通光面流動及將倍頻激光耦合出。參考圖6，本實施例基頻激光器16采用全固態(tài)飛秒鈦寶石倍頻激光器，其輸出 波長從374nm至470nm連續(xù)可調(diào)(去離子水的截止波長為 187nm，當(dāng)基頻光波長低于 374nm已無意義)；對于374nm-470nm的基頻波長，KBBF晶體I類匹配倍頻相位匹配角為 58.5° -43.6°，相應(yīng)的基頻激光在水中的入射角為71. 4° -50.0°，通過調(diào)節(jié)KBBF晶體在 水中的角度就可實現(xiàn)精確的角度相位匹配?，F(xiàn)以387nm激光作為基頻激光來進行說明，其 他波長基頻光的倍頻相位匹配可以通過調(diào)節(jié)晶體的角度實現(xiàn)。浸泡非線性光學(xué)晶體13的 腔體的圓筒容器1內(nèi)充滿高純?nèi)ルx子水；入射光窗口 9為采用鍍增透膜的SiO2窗口，出射光 窗口 10為采用未鍍增透膜的深紫外SW2窗口。387nm基頻激光由基頻激光源16出射后首先通過光束整形聚焦部件17正入射進入射光窗口 9，然后進入高純?nèi)ルx子水中，在水中大約 以66.5°的入射角進入KBBF晶體，進入KBBF晶體后同晶體光軸的夾角大約為55.6° (此 角度為387nml類KBBF晶體倍頻匹配角)，通過旋轉(zhuǎn)外部的螺旋測微器8可以微調(diào)KBBF晶 體角度，以達到最佳相位匹配角，從而產(chǎn)生高效率、高平均功率倍頻193nm激光輸出。水溫 由液體控溫循環(huán)系統(tǒng)15精確控制在20°C，以保證對KBBF晶體在高功率泵浦情形下進行有 效冷卻，水流量控制在4L/min，水沿著KBBF晶體通光面以層流方式流動。產(chǎn)生的193nm倍 頻光與未轉(zhuǎn)換的387nm基頻激光通過水及出射深紫外SW2窗口 10耦合出來，最后通過置 于所述基頻激光器16輸出光光路上，位于倍頻裝置18之后的分光鏡(或者棱鏡)19分離 出193nm倍頻激光。本實施例中，采用水耦合，不僅解決了 KBBF晶體由于層狀結(jié)構(gòu)不能按相位匹配方 向切割用于深紫外諧波產(chǎn)生的問題；同時，KBBF晶體完全浸泡在恒溫流動的水中，可以得 到有效、充分的冷卻，相對于目前使用的KBBF-PCT器件，晶體的熱效應(yīng)影響降到了最低，從 而可以獲得高效率、高平均功率、高光束質(zhì)量深紫外倍頻激光(187-230nm)輸出。特別是高 平均功率、高光束質(zhì)量全固態(tài)193nm激光的獲得，對大規(guī)模集成電路光刻具有重大的應(yīng)用 價值。實施例2參考圖6，制作一本發(fā)明的帶有倍頻裝置的腔外倍頻結(jié)構(gòu)的倍頻激光器，所用倍頻 裝置18同實施例1相同，只是KBBF晶體尺寸改為20X10X3. 5mm3。本實施例中采用的基頻激光器16為全固態(tài)高功率、高光束質(zhì)量納秒532nm綠光激 光器；對于波長532nm的基頻激光，KBBF晶體I類倍頻相位匹配角為36. 6°，相應(yīng)的基 頻激光在水中的入射角為41. 5°，通過調(diào)節(jié)晶體在水中的角度就可實現(xiàn)。如圖6所示，基頻 激光器16發(fā)出的532nm基頻激光首先通過光束整形聚焦部件17正入射進倍頻裝置18的 入射SiO2窗口 9及高純?nèi)ルx子水中，在水中大約以41. 5°的入射角進入KBBF晶體，這樣進 入KBBF晶體后同晶體光軸的夾角大約為36. 6°，再通過旋轉(zhuǎn)外部的螺旋測微器8可以微調(diào) KBBF晶體角度，以達到最佳相位匹配角，從而產(chǎn)生高效率、高功率倍頻沈6歷激光輸出。水 溫由液體控溫循環(huán)系統(tǒng)15精確控制在20°C，以保證對KBBF晶體在高功率泵浦情形下進行 有效冷卻，水流量控制在5L/min，水沿著KBBF晶體通光面以層流方式流動。產(chǎn)生的266nm 倍頻光與未轉(zhuǎn)換的532nm基頻激光通過水及出射SiO2窗口 10耦合出來，最后通過分光鏡 (棱鏡)19分離出266nm倍頻激光。在本實施例中，KBBF晶體完全浸泡于水中，相比于目前使用的KBBF-PCT器件， KBBF晶體可以得到充分、有效的冷卻，從而能夠獲得高穩(wěn)定性、高平均功率、高光束質(zhì)量紫 外266nm激光輸出。實施例3參考圖6，制作一本發(fā)明的帶有倍頻裝置的腔外倍頻結(jié)構(gòu)的倍頻激光器。本實施例中所采用的倍頻裝置如圖如、圖4b和圖如所示，除非線性光學(xué)晶體換為 BABF晶體外，其余均與實施例1相同。本實施例中采用的基頻激光器16為調(diào)Q型百瓦級準(zhǔn)連續(xù)全固態(tài)Nd:YAG激光器， 脈寬50ns，重復(fù)頻率10kHz。非線性光學(xué)晶體13為一塊BABF晶體，解理面光學(xué)拋光處理后作為通光面，尺寸25 X IOmm2,長邊平行于BABF最佳倍頻方向；光軸垂直于解理面，晶體沿 光軸方向厚度為5. 99mm。按照圖6，基頻激光器16發(fā)射的1064nm激光通過光束整形聚焦 系統(tǒng)17入射進倍頻裝置18，參考圖4a、圖4b和圖4c，倍頻裝置18的入射光窗口 9及出射 光窗口 10均采用未鍍增透膜的SiO2窗口，將晶體架子6調(diào)整到與水平方向成46. 7度角的 位置，這樣水平方向正入射進入射光窗口 9的1064nm基頻光在高純?nèi)ルx子水中將以43. 3 度的入射角射向BABF晶體13的通光面，從而使得耦合進BABF晶體的1064nm激光同BABF 晶體光軸的夾角在34. 2 (倍頻相位匹配角)度附近，通過旋轉(zhuǎn)外部的螺旋測微器8可以微 調(diào)BABF晶體角度，以達到最佳相位匹配，從而產(chǎn)生高效率、高功率532nm綠光輸出。水溫由 液體控溫循環(huán)系統(tǒng)15精確控制在20°C，以保證對BABF晶體在高功率泵浦情形下進行有效 冷卻，水流量控制在5L/min，水沿著BABF晶體通光面以層流方式流動。產(chǎn)生的532nm倍頻 激光及未轉(zhuǎn)換的1064nm基頻激光通過去離子水及出射光窗口 10耦合出浸泡非線性光學(xué)晶 體的腔體18，再經(jīng)過分光鏡或者棱鏡19分離出532nm倍頻激光。在本實施例中，BABF晶體在高功率泵浦下可以得到充分有效冷卻，熱效應(yīng)影響降 到了最低，有望獲得幾十瓦至上百瓦的高穩(wěn)定綠光輸出，且由于本發(fā)明避開了 BABF層狀結(jié) 構(gòu)對光斑的影響，倍頻光輸出光束質(zhì)量得到極大改善，如圖3所示。實施例4參考圖7，制作一本發(fā)明的帶有倍頻裝置的腔內(nèi)倍頻結(jié)構(gòu)的倍頻激光器，其中倍頻 裝置18同實施例3中倍頻裝置相同。參考圖7，此倍頻激光器包括激光腔鏡21、輸出耦合鏡2Γ、泵浦源及激光增益介 質(zhì)部件20、Q開關(guān)22 (光調(diào)制器件)、倍頻裝置18，依次順序設(shè)置。其中，泵浦源采用808nm 半導(dǎo)體激光器陣列，激光增益介質(zhì)為Nd:YAG激光晶體，泵浦源側(cè)面泵浦激光晶體(也可采 用端面泵浦結(jié)構(gòu))；激光腔鏡21同輸出耦合鏡2廠構(gòu)成諧振腔，激光腔鏡21對1064nm及 532nm雙高反，輸出耦合鏡2廠對1064nm高反，同時對532nm高透；Q開關(guān)22用來產(chǎn)生重復(fù) 頻率IOkHz的ns脈沖輸出；倍頻裝置18同實施例3中倍頻裝置相同。如圖7所示，依次 設(shè)置各元件，其中倍頻裝置中非線性光學(xué)晶體設(shè)置于諧振腔內(nèi)1064nm激光的束腰位置(這 些都是業(yè)內(nèi)普通技術(shù)人員可以實施的)，以提供高的峰值功率密度，構(gòu)成腔內(nèi)倍頻結(jié)構(gòu)激光
ο基頻1064nm激光在諧振腔內(nèi)形成振蕩，正入射進倍頻裝置18，進行頻率轉(zhuǎn)換，其 中倍頻裝置18中非線性光學(xué)晶體為通光面拋光的20X10X12mm3BABF晶體，入射光窗口 9 和出射光窗口 10均采用對1064nm增透的5102窗口，以降低腔內(nèi)損耗；532nm激光產(chǎn)生同實 施例3相同，產(chǎn)生的532nm激光最后經(jīng)對532nm高透的輸出耦合鏡2廠輸出。本實施例中，BABF晶體可以得到充分有效冷卻，熱效應(yīng)影響降到了最低，有望獲得 高效率、高功率倍頻光輸出，且由于本發(fā)明避開了 BABF層狀結(jié)構(gòu)對光斑的影響，將獲得高 光束質(zhì)量倍頻光輸出，同時由于采用了腔內(nèi)倍頻結(jié)構(gòu)，倍頻轉(zhuǎn)換效率可以大大提高，實現(xiàn)一 種高效、高功率、高光束質(zhì)量532nm綠光激光器。實施例5參考圖6，制作一本發(fā)明的帶有倍頻裝置的倍頻激光器，采用腔外倍頻結(jié)構(gòu)，其結(jié) 構(gòu)與實施例1結(jié)構(gòu)相同。本實施例的倍頻裝置也與實施例1結(jié)構(gòu)相同，只是非線性光學(xué)晶 體13使用RBBF晶體、SBBO晶體、CBBF晶體或NBBF晶體，匹配液使用高折射率透光液體、CC14、CS2、甲醇、乙醇、丙醇、苯、三氯甲烷、乙醚、甘油、松節(jié)油、橄欖油等。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變型，但這些相應(yīng)的改變和變 形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種帶有倍頻裝置的倍頻激光器，包括基頻激光器和光束整形聚焦部件；其特征 在于，還包括一倍頻裝置；所述光束整形聚焦部件和倍頻裝置依次順序設(shè)置在所述的基頻 激光器光輸出端的后方；所述的光束整形聚焦部件及所述倍頻裝置用以實現(xiàn)腔外倍頻；或 者，所述倍頻裝置設(shè)置于基頻激光器的諧振腔內(nèi)實現(xiàn)腔內(nèi)倍頻；所述的倍頻裝置包括一非線性光學(xué)晶體，匹配液體、一盛裝匹配液體的腔體和用以控 制所述匹配液體的溫度及循環(huán)流動的溫控循環(huán)裝置；所述的非線性光學(xué)晶體固定于所述腔體中心并可繞腔體垂向中心軸旋轉(zhuǎn)，并浸泡于所 述匹配液體中；所述的非線性光學(xué)晶體為單軸晶體，未按激光倍頻相位匹配方向切割，不潮 解，其光軸方向具有層狀結(jié)構(gòu)，且光軸垂直于晶體生長解理面；所述的生長解理面經(jīng)光學(xué)拋 光后作為激光通光面，所述通光面垂直于水平面；通光面為長方形，長方形的長邊平行于所 述晶體的最佳倍頻方向，并呈水平狀態(tài)；所述腔體側(cè)壁上對稱地設(shè)置與所述非線性光學(xué)晶體通光面中心等高的入射光學(xué)窗口 及出射光學(xué)窗口；所述腔體側(cè)壁上還對稱地設(shè)置匹配液體進口和匹配液體出口；所述的溫控循環(huán)裝置裝于連通所述匹配液體進口和匹配液體出口的連接管道上，以控 制所述匹配液體的溫度在0到35度之間，并使所述匹配液體沿著所述非線性光學(xué)晶體的通 光面呈層流形式的流動態(tài)；基頻激光水平入射通過入射光學(xué)窗口進入匹配液體，在非線性光學(xué)晶體的通光面經(jīng)匹 配液體耦合進入非線性光學(xué)晶體，旋轉(zhuǎn)非線性光學(xué)晶體以實現(xiàn)倍頻相位匹配；產(chǎn)生的倍頻 激光，未轉(zhuǎn)換的基頻激光通過匹配液體從出射光學(xué)窗口耦合射出；再由分光器件分離得到 倍頻激光。
2.按權(quán)利要求1所述的帶有倍頻裝置的倍頻激光器，其特征在于所述的基頻激光器 是全固態(tài)Nd:YAG激光器、NchYVO4激光器，全固態(tài)連續(xù)、納秒、皮秒及飛秒鈦寶石激光器或者 它們的二倍頻激光器。
3.按權(quán)利要求1所述的帶有倍頻裝置的倍頻激光器，其特征在于所述的非線性光學(xué) 晶體為KBBF晶體、BABF晶體、RBBF晶體、SBBO晶體、CBBF晶體或NBBF晶體。
4.按權(quán)利要求1所述的帶有倍頻裝置的倍頻激光器，其特征在于所述的匹配液體為 具有良好光學(xué)性能且折射率接近非線性光學(xué)晶體折射率的液體，包括水，優(yōu)選去離子水；還 包括CC14、CS2、甲醇、乙醇、丙醇、苯、三氯甲烷、乙醚、甘油、松節(jié)油、橄欖油或高折射率透光 液體。
5.按權(quán)利要求1所述的帶有倍頻裝置的倍頻激光器，其特征在于所述的溫控循環(huán)裝 置為可控溫的水冷機或可控溫水泵。
6.按權(quán)利要求1所述的帶有倍頻裝置的倍頻激光器，其特征在于所述倍頻裝置設(shè)置 于基頻激光器的諧振腔內(nèi)實現(xiàn)腔內(nèi)倍頻，其包括一由激光腔鏡和輸出耦合鏡組成的諧振 腔，在所述的諧振腔內(nèi)順序設(shè)置泵浦源與激光增益介質(zhì)部件、光調(diào)制器件和倍頻裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種帶有倍頻裝置的倍頻激光器，包括基頻激光器、光束整形聚焦部件和倍頻裝置；基頻激光器輸出光后方順序設(shè)置光束整形聚焦部件、倍頻裝置和分光器件；倍頻裝置由非相位匹配方向切割非線性光學(xué)晶體、匹配液體、盛裝匹配液的腔體和液體溫控循環(huán)裝置組成；匹配液體用來耦合基頻激光進入非線性晶體實現(xiàn)倍頻相位匹配，并沿晶體通光面以層流態(tài)恒溫流動冷卻晶體；腔體用來盛裝匹配液，固定晶體及實現(xiàn)晶體精確角度調(diào)諧；溫控循環(huán)裝置用以控制匹配液溫度及循環(huán)流動匹配液；利用該倍頻裝置，制備出具有腔外倍頻和腔內(nèi)倍頻結(jié)構(gòu)的高效率、高平均功率、高光束質(zhì)量倍頻激光器。
文檔編號H01S3/109GK102088160SQ20101061070
公開日2011年6月8日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者岳銀超, 彭欽軍, 楊峰, 王佳諾, 胡章貴, 許祖彥 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所