專利名稱：腔外諧振紫外激光產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種腔外諧振紫外激光產(chǎn)生裝置。
背景技術(shù)：
目前紫外光激光的產(chǎn)生機(jī)制大都采用氫離子紫外激光器、氬離子激光器、LED紫外激光器、或利用LD或全固態(tài)激光器輸出的二次諧波，通過(guò)非線性光學(xué)晶體頻率變換，再利用三棱鏡分光來(lái)實(shí)現(xiàn)紫外激光輸出。首先，上述各種類型的激光器中，氫離子激光器安全系數(shù)低、氬離子激光器體積龐大、LED紫外激光器相干性差、LD變頻產(chǎn)生紫外光輸出質(zhì)量差且價(jià)格較高；其次，上述固體激光器產(chǎn)生紫外光主要是利用BBO等非線性光學(xué)晶體對(duì)全固態(tài)二次諧波進(jìn)行頻率變換來(lái)實(shí)現(xiàn)紫外激光輸出。雖然全固態(tài)激光器結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊，輸出光束質(zhì)量較好，但由于二次諧波和四次諧波一般都采用三棱鏡分光，限制其功率的進(jìn)一步提高， 且占用了整體激光器的有限空間，這樣就增加了固體激光器裝置結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，限制其結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步壓縮。因而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、輸出穩(wěn)定且光束質(zhì)量高、功率大的紫外激光產(chǎn)生裝置具有重要的意義。它具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種腔外諧振紫外激光產(chǎn)生裝置，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功率大、激光輸出功率穩(wěn)定且光束質(zhì)量好等特點(diǎn)。為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的一種腔外諧振紫外激光產(chǎn)生裝置，包括二次諧波系統(tǒng)和四次諧波系統(tǒng)；其中二次諧波系統(tǒng)為全固態(tài)激光器結(jié)構(gòu)、并輸出中心波長(zhǎng)為 532nm的激光，四次諧波系統(tǒng)為腔外諧振結(jié)構(gòu)、并輸出中心波長(zhǎng)為266nm的激光，二次諧波系統(tǒng)和四次諧波系統(tǒng)位于同一準(zhǔn)直光路上；上述四次諧波系統(tǒng)主要由532nm光隔離器、四次諧波前端雙色鏡片、四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體和四次諧波后端雙色鏡片組成； 532nm光隔離器后置于二次諧波系統(tǒng)準(zhǔn)直光路輸出端上；由四次諧波前、后端雙色鏡片所形成的四次諧波F-P諧振腔位于532nm光隔離器的后方，四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體處于四次諧波F-P諧振腔內(nèi)；上述532nm光隔離器、四次諧波前端雙色鏡片、四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體和四次諧波后端雙色鏡片共同處于同一準(zhǔn)直光路上。上述方案中，四次諧波系統(tǒng)的四次諧波前端雙色鏡片上鍍有中心波長(zhǎng)為532nm的增透膜和中心波長(zhǎng)為266nm的高反射膜；四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體的兩個(gè)通光面上均鍍有中心波長(zhǎng)為532nm和的高透膜；四次諧波后端雙色鏡片上鍍有中心波長(zhǎng)為 532nm的高反射膜和中心波長(zhǎng)為的增透膜。上述方案中，四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體由偏硼酸鋇或三硼酸鋰銫等非線性晶體構(gòu)成。本實(shí)用新型所述二次諧波系統(tǒng)主要由位于同一準(zhǔn)直光路上的LD泵浦源、泵浦輸入耦合透鏡組、二次諧波前端三色鏡片、激光工作物質(zhì)晶體、聲光調(diào)Q組件、532nm激光諧波鏡片、二次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體、二次諧波末端雙色鏡片和輸出準(zhǔn)直透鏡組構(gòu)成；
4其中LD泵浦源后置泵浦輸入耦合透鏡組，由二次諧波前端三色鏡片和二次諧波末端雙色鏡片所形成的二次諧波F-P諧振腔位于泵浦輸入耦合透鏡組的后方；激光工作物質(zhì)晶體、 聲光調(diào)Q組件、532nm激光諧波鏡片和二次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體依次設(shè)置在二次諧波F-P諧振腔內(nèi)；二次諧波F-P諧振腔后方設(shè)置輸出準(zhǔn)直透鏡組。上述方案中，泵浦輸入耦合透鏡組采用非球面透鏡組或顯微鏡物鏡組。上述方案中，輸出準(zhǔn)直透鏡組采用兩個(gè)非球面準(zhǔn)直透鏡，且兩個(gè)非球面準(zhǔn)直透鏡上均鍍有中心波長(zhǎng)為532nm的高透膜。上述方案中，二次諧波前端三色鏡片上鍍有中心波長(zhǎng)為808nm泵浦光的高透膜及中心波長(zhǎng)為1064nm和532nm的高反膜；激光工作物質(zhì)晶體和聲光調(diào)Q組件的兩個(gè)通光面上均鍍有中心波長(zhǎng)為1064nm的增透膜；532nm激光諧波鏡片上鍍有中心波長(zhǎng)為1064nm的增透膜和中心波長(zhǎng)為532nm的高反膜；二次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體的兩個(gè)通光面上同時(shí)鍍有中心波長(zhǎng)為1064nm和532nm的高透膜；二次諧波末端雙色鏡片上鍍有中心波長(zhǎng)為 1064nm的高反膜和中心波長(zhǎng)為532nm的高透膜。上述方案中，激光工作物質(zhì)晶體由摻釹釔鋁石榴石構(gòu)成，且LD泵浦源的中心波長(zhǎng)與該激光工作物質(zhì)晶體的峰值吸收波長(zhǎng)相匹配。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用全固態(tài)激光器與腔外諧振結(jié)構(gòu)相結(jié)合方式，使得基頻光波在全固態(tài)激光器內(nèi)實(shí)現(xiàn)光波的二次諧波轉(zhuǎn)化，而在后方腔外諧振結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)光波的四次諧波的轉(zhuǎn)化；這不僅使紫外激光產(chǎn)生裝置的體積縮小、結(jié)構(gòu)變得更為簡(jiǎn)單、緊湊， 而且能保證高光束質(zhì)量、高輸出功率及高的性能穩(wěn)定性；從而能夠?yàn)榧す夤I(yè)、激光育種， 尤其是紫外激光大氣通信等應(yīng)用領(lǐng)域提供一種體積小、性能穩(wěn)定、輸出功率高、輸出光束質(zhì)量好的紫外光激光產(chǎn)生裝置。

圖1為本實(shí)用新型一種腔外諧振紫外激光產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)1、二次諧波系統(tǒng)；1-1、LD泵浦源；1-2、泵浦輸入耦合透鏡組；1_3、二次諧波前端三色鏡片；1-4、激光工作物質(zhì)晶體；1-5、聲光調(diào)Q組件；l-6、532nm激光諧波鏡片；1_7、二次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體；1-8、二次諧波末端雙色鏡片；1-9、輸出準(zhǔn)直透鏡組；2、四次諧波系統(tǒng)；2-l、532nm光隔離器；2_2、四次諧波前端雙色鏡片；2_3、四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體；2-4、四次諧波后端雙色鏡片。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型是一種腔外諧振紫外激光產(chǎn)生裝置，包括二次諧波系統(tǒng)1和四次諧波系統(tǒng)2。其中二次諧波系統(tǒng)1為全固態(tài)激光器結(jié)構(gòu)、并輸出中心波長(zhǎng)為532nm的激光，四次諧波系統(tǒng)2為腔外諧振結(jié)構(gòu)、并輸出中心波長(zhǎng)為的激光，二次諧波系統(tǒng)1和四次諧波系統(tǒng)2位于同一準(zhǔn)直光路上。本實(shí)用新型的二次諧波系統(tǒng)1主要由位于同一準(zhǔn)直光路上的LD泵浦源1-1、泵浦輸入耦合透鏡組1-2、二次諧波前端三色鏡片1-3、激光工作物質(zhì)晶體1-4、聲光調(diào)Q組件l-5、532nm激光諧波鏡片1_6、二次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體1_7、二次諧波末端雙色鏡片1-8和輸出準(zhǔn)直透鏡組1-9構(gòu)成。其中LD泵浦源1-1后置有泵浦輸入耦合透鏡組 1-2。由二次諧波前端三色鏡片1-3和二次諧波末端雙色鏡片1-8所形成的二次諧波F-P 諧振腔位于泵浦輸入耦合透鏡組1-2的后方。激光工作物質(zhì)晶體1-4、聲光調(diào)Q組件1-5、 532nm激光諧波鏡片1_6和二次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體1_7則依次設(shè)置在二次諧波 F-P諧振腔內(nèi)。二次諧波F-P諧振腔后方設(shè)置輸出準(zhǔn)直透鏡組1-9。即泵浦輸入耦合透鏡組1-2后設(shè)置有二次諧波前端三色鏡片1-3，二次諧波前端三色鏡片1-3后設(shè)置激光工作物質(zhì)晶體1-4，激光工作物質(zhì)晶體1-4后設(shè)置聲光調(diào)Q組件1-5，聲光調(diào)Q組件1-5后設(shè)置 532nm激光諧波鏡片1_6，532nm激光諧波鏡片1_6后設(shè)置二次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體1-7，二次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體1-7后設(shè)置二次諧波末端雙色鏡片1-8，二次諧波末端雙色鏡片1-8后設(shè)置輸出準(zhǔn)直透鏡組1-9。為了縮短腔長(zhǎng)，上述二次諧波F-P諧振腔內(nèi)的各個(gè)組成部件應(yīng)盡量緊靠。二次諧波系統(tǒng)1的LD泵浦源1-1帶尾纖輸出，其輸出光斑直徑為800 μ m，數(shù)值孔徑為0. 22，最大輸出功率為9W，中心波長(zhǎng)與摻釹釔鋁石榴石所構(gòu)成的激光工作物質(zhì)晶體
1-4的峰值吸收波長(zhǎng)相匹配、即中心波長(zhǎng)為808nm。泵浦輸入耦合透鏡組1_2采用非球面透鏡組或顯微鏡物鏡組。二次諧波前端三色鏡片1-3上鍍有中心波長(zhǎng)為808nm泵浦光的高透膜(透過(guò)率99% )、中心波長(zhǎng)為1064nm和532nm的高反膜(反射率>98% )。激光工作物質(zhì)晶體1-4和聲光調(diào)Q組件1-5的兩個(gè)通光面上均鍍有中心波長(zhǎng)為1064nm的增透膜(透過(guò)率99% )，且側(cè)面打毛。532nm激光諧波鏡片1_6上鍍有中心波長(zhǎng)為1064nm的增透膜(透過(guò)率99% )和中心波長(zhǎng)為532nm的高反膜(反射率> 98% )。二次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體1-7的兩個(gè)通光面上同時(shí)鍍有中心波長(zhǎng)為1064nm和中心波長(zhǎng)為532nm的高透膜 (透過(guò)率均為99% )。二次諧波末端雙色鏡片1-8上鍍有中心波長(zhǎng)為1064nm的高反膜(反射率> 98% )和中心波長(zhǎng)為532nm的高透膜(透過(guò)率90% )。輸出準(zhǔn)直透鏡組1_9采用兩個(gè)非球面準(zhǔn)直透鏡，且兩個(gè)非球面準(zhǔn)直透鏡上均鍍有中心波長(zhǎng)為532nm的高透膜(透過(guò)率 99% )。本實(shí)用新型的四次諧波系統(tǒng)2主要由532nm光隔離器2-1、四次諧波前端雙色鏡片2-2、四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體2-3和四次諧波后端雙色鏡片2-4組成；532nm 光隔離器2-1后置于二次諧波系統(tǒng)1準(zhǔn)直光路輸出端上；由四次諧波前、后端雙色鏡片所形成的四次諧波F-P諧振腔位于532nm光隔離器2_1的后方，且四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體2-3處于四次諧波F-P諧振腔內(nèi)；上述532nm光隔離器2_1、四次諧波前端雙色鏡片
2-2、四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體2-3和四次諧波后端雙色鏡片2-4共同處于同一準(zhǔn)直光路上。四次諧波系統(tǒng)2的四次諧波前端雙色鏡片2-2上鍍有中心波長(zhǎng)為532nm的增透膜 (透射率為70% )和中心波長(zhǎng)為的高反射膜(反射率> 99% )。四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體2-3由偏硼酸鋇或三硼酸鋰銫等非線性晶體構(gòu)成，其兩個(gè)通光面上均鍍有中心波長(zhǎng)為的增透膜(透過(guò)率> 99% )，且側(cè)面打毛。四次諧波后端雙色鏡片2-4上鍍有中心波長(zhǎng)為532nm的高反射膜(反射率> 99% )和中心波長(zhǎng)為的增透膜(透射率為75%)。本實(shí)用新型的具體工作過(guò)程為在二次諧波系統(tǒng)1中，LD泵浦源1-1產(chǎn)生的泵浦光通過(guò)泵浦輸入耦合透鏡組1-2耦合聚焦到二次諧波前端三色鏡片1-3上。通過(guò)二次諧波前端三色鏡片1-3激發(fā)摻釹釔鋁石榴石所構(gòu)成的激光工作物質(zhì)晶體1-4，產(chǎn)生波長(zhǎng)為1064nm基頻光。產(chǎn)生的基頻光在二次諧波F-P諧振腔內(nèi)來(lái)回振蕩通過(guò)基頻光的聲光調(diào)Q組件1-5。為了提高波長(zhǎng)為1064nm的基頻激光的利用率，本實(shí)用新型增加了 532nm激光諧波鏡片1_6。波長(zhǎng)為1064nm的基頻激光經(jīng)過(guò)二次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體1-7實(shí)現(xiàn)二次諧波的轉(zhuǎn)化，并在二次諧波F-P諧振腔中形成中心波長(zhǎng)為532nm的高功率二次諧波振蕩。最后經(jīng)二次諧波末端雙色鏡片1_8 輸出該二次諧波激光。二次諧波系統(tǒng)1輸出的波長(zhǎng)為532nm激光經(jīng)過(guò)輸出準(zhǔn)直透鏡組1_9 進(jìn)入四次諧波系統(tǒng)2中。二次諧波系統(tǒng)1輸出的激光通過(guò)四次諧波系統(tǒng)2的532nm光隔離器2-1后，射向四次諧波前端雙色鏡片2-2。上述激光經(jīng)過(guò)四次諧波前端雙色鏡片2-2后在四次諧波F-P 諧振腔內(nèi)來(lái)回振蕩，并通過(guò)四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體2-3實(shí)現(xiàn)四次諧波的轉(zhuǎn)化， 以形成中心波長(zhǎng)為的高功率四次諧波振蕩。最后經(jīng)四次諧波末端雙色鏡片輸出中心波長(zhǎng)為的四次諧波，從而獲得紫外激光輸出。本實(shí)例的腔外諧振產(chǎn)生紫外激光的裝置可輸出380mW以上的高光束質(zhì)量紫外激光，且功率輸出穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，電-光轉(zhuǎn)化效率較高，是理想的大氣通信紫外激光光源。
權(quán)利要求1.腔外諧振紫外激光產(chǎn)生裝置，其特征在于包括二次諧波系統(tǒng)(1)和四次諧波系統(tǒng) (2)；其中二次諧波系統(tǒng)(1)為全固態(tài)激光器結(jié)構(gòu)、并輸出中心波長(zhǎng)為532nm的激光，四次諧波系統(tǒng)⑵為腔外諧振結(jié)構(gòu)、并輸出中心波長(zhǎng)為的激光，二次諧波系統(tǒng)⑴和四次諧波系統(tǒng)(2)位于同一準(zhǔn)直光路上；上述四次諧波系統(tǒng)(2)主要由532nm光隔離器0_1)、四次諧波前端雙色鏡片0-2)、四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體(2- 和四次諧波后端雙色鏡片(2-4)組成；532nm光隔離器(2_1)后置于二次諧波系統(tǒng)(1)準(zhǔn)直光路輸出端上；由四次諧波前、后端雙色鏡片所形成的四次諧波F-P諧振腔位于532nm光隔離器的后方，四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體(2- 處于四次諧波F-P諧振腔內(nèi)；上述532nm光隔離器0-1)、四次諧波前端雙色鏡片0-2)、四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體(2-3)和四次諧波后端雙色鏡片(2-4)共同處于同一準(zhǔn)直光路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔外諧振紫外激光產(chǎn)生裝置，其特征在于四次諧波系統(tǒng)(2) 的四次諧波前端雙色鏡片(2-2)上鍍有中心波長(zhǎng)為532nm的增透膜和中心波長(zhǎng)為^^ 的高反射膜；四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體(2-3)的兩個(gè)通光面上均鍍有中心波長(zhǎng)為 532nm和的高透膜；四次諧波后端雙色鏡片(2_4)上鍍有中心波長(zhǎng)為532nm的高反射膜和中心波長(zhǎng)為266nm的增透膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔外諧振紫外激光產(chǎn)生裝置，其特征在于四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體(2- 為偏硼酸鋇非線性晶體或三硼酸鋰銫非線性晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的腔外諧振紫外激光產(chǎn)生裝置，其特征在于 二次諧波系統(tǒng)(1)主要由位于同一準(zhǔn)直光路上的LD泵浦源(1-1)、泵浦輸入耦合透鏡組 (1-2)、二次諧波前端三色鏡片(1-3)、激光工作物質(zhì)晶體(1-4)、聲光調(diào)Q組件(1-5)、532nm 激光諧波鏡片(1-6)、二次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體(1-7)、二次諧波末端雙色鏡片 (1-8)和輸出準(zhǔn)直透鏡組(1-9)構(gòu)成；其中LD泵浦源(1-1)后置有泵浦輸入耦合透鏡組 (1-2)，由二次諧波前端三色鏡片(1- 和二次諧波末端雙色鏡片(1-8)所形成的二次諧波 F-P諧振腔位于泵浦輸入耦合透鏡組(1-2)的后方；激光工作物質(zhì)晶體(1-4)、聲光調(diào)Q組件(l-5)、532nm激光諧波鏡片(1_6)和二次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體(1_7)則依次設(shè)置在二次諧波F-P諧振腔內(nèi)；二次諧波F-P諧振腔后方設(shè)置輸出準(zhǔn)直透鏡組(1-9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的腔外諧振紫外激光產(chǎn)生裝置，其特征在于泵浦輸入耦合透鏡組(1- 采用非球面透鏡組或顯微鏡物鏡組。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的腔外諧振紫外激光產(chǎn)生裝置，其特征在于輸出準(zhǔn)直透鏡組 (1-9)采用兩個(gè)非球面準(zhǔn)直透鏡，且兩個(gè)非球面準(zhǔn)直透鏡上均鍍有中心波長(zhǎng)為532nm的高透膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的腔外諧振紫外激光產(chǎn)生裝置，其特征在于激光工作物質(zhì)晶體(1-4)由摻釹釔鋁石榴石構(gòu)成，且該激光工作物質(zhì)晶體(1-4)的峰值吸收波長(zhǎng)與LD泵浦源(1-1)的中心波長(zhǎng)相匹配。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的腔外諧振紫外激光產(chǎn)生裝置，其特征在于二次諧波前端三色鏡片(1-3)上鍍有中心波長(zhǎng)為808nm泵浦光的高透膜及中心波長(zhǎng)為1064nm和532nm的高反膜；激光工作物質(zhì)晶體(1-4)和聲光調(diào)Q組件(1-5)的兩個(gè)通光面上均鍍有中心波長(zhǎng)為1064nm的增透膜；532nm激光諧波鏡片(1-6)上鍍有中心波長(zhǎng)為1064nm的增透膜和中心波長(zhǎng)為532nm的高反膜；二次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體(1_7)的兩個(gè)通光面上同時(shí)鍍有中心波長(zhǎng)為1064nm和532nm的高透膜；二次諧波末端雙色鏡片(1_8)上鍍有中心波長(zhǎng)為1064nm的高反膜和中心波長(zhǎng)為532nm的高透膜。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種腔外諧振紫外激光產(chǎn)生裝置，包括位于同一準(zhǔn)直光路上的二次諧波系統(tǒng)和四次諧波系統(tǒng)。其中二次諧波系統(tǒng)為全固態(tài)激光器結(jié)構(gòu)，四次諧波系統(tǒng)為腔外諧振結(jié)構(gòu)，其主要由532nm光隔離器、四次諧波前端雙色鏡片、四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體和四次諧波后端雙色鏡片組成；532nm光隔離器后置于二次諧波系統(tǒng)準(zhǔn)直光路輸出端上；由四次諧波前、后端雙色鏡片所形成的四次諧波F-P諧振腔位于532nm光隔離器的后方，四次諧波非線性光學(xué)頻率變換晶體處于四次諧波F-P諧振腔內(nèi)。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功率大、激光輸出功率穩(wěn)定且光束質(zhì)量好等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S3/10GK202167755SQ20112022044
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者伍浩成, 侯國(guó)忠, 岳耀笠, 張昕, 李沼云, 楊軍, 鞠濤 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所