本發(fā)明屬于激光領(lǐng)域，具體涉及一種單向循環(huán)腔內(nèi)倍頻激光器。

背景技術(shù)：

紫外激光器在工業(yè)微加工領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，如應(yīng)用于工業(yè)零部件的打標(biāo)、鉆孔、劃片、焊接、切割，以及應(yīng)用于醫(yī)療器械的微加工，電子元件的封裝，微型部件立體成型領(lǐng)域。另外，在微電子學(xué)，光譜分析，光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，光盤(pán)控制，大氣探測(cè)，光化學(xué)，光生物學(xué)，空間光通信，激光誘發(fā)的物質(zhì)原子熒光和紫外吸收及醫(yī)療領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

實(shí)現(xiàn)激光的核心主要是激光器中可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的激光工作物質(zhì)，即含有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的工作物質(zhì)。如工作物質(zhì)為晶體狀的或者玻璃的激光器分別稱(chēng)為體激光器和玻璃激光器通常把這兩類(lèi)激光器統(tǒng)稱(chēng)為固體激光器。固定激光器結(jié)構(gòu)的主要部分組成分別是激光工作物質(zhì)、光學(xué)諧振腔和泵浦系統(tǒng)。固體激光工作物質(zhì)是把具有能產(chǎn)生受激發(fā)射作用的金屬離子摻入晶體而制成的。這些摻雜到固體基質(zhì)中的金屬離子的主要特點(diǎn)是：具有比較寬的有效吸收光譜帶，比較高的熒光效率，比較長(zhǎng)的熒光壽命和比較窄的熒光譜線，因而易于產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和受激發(fā)射。固定激光器中的電源為泵浦源供電，以對(duì)激光器晶體提供泵浦光，以使激光晶體產(chǎn)生上能級(jí)粒子數(shù)積累，進(jìn)而提供增益，產(chǎn)生受激輻射，其中，光學(xué)諧振腔由全反射鏡和輸出鏡構(gòu)成。

調(diào)Q技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，是激光發(fā)展史上的一個(gè)重要突破，它是將激光能量壓縮到寬度極窄的脈沖中發(fā)射，而使光源的峰值功率可提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的一種技術(shù)。普通的脈沖激光器,光脈沖的寬度約在ms級(jí),峰值功率也只有幾十kW，而調(diào)Q激光器的光脈沖的寬度可以壓到ns，峰值功率也已達(dá)到MW。聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)時(shí)間一般小于光脈沖建立時(shí)間,屬快開(kāi)關(guān)類(lèi)型，主要由一塊對(duì)激光波長(zhǎng)透明的聲光介質(zhì)及換能器組成,常用的聲光介質(zhì)有熔融石英、錮酸鉛及重火石玻璃等，聲光介質(zhì)表面粘接有由銀酸鋰、石英等壓電材料薄片制成的換能器,換能器的作用是將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波。聲光開(kāi)關(guān)置于激光器中,在超聲場(chǎng)作用下發(fā)生衍射,由于一級(jí)衍射光偏離諧振腔而導(dǎo)致?lián)p耗增加,從而使激光振蕩難 以形成,激光高能級(jí)大量積累粒子，若這時(shí)突然撤除超聲場(chǎng),則衍射效應(yīng)即刻消失,諧振腔損耗突然下降,激光巨脈沖遂即形成。

理想情況下，激光器的輸出應(yīng)是單縱模，其頻率在增益曲線中心頻率附近，其他的縱模逐漸被抑制而熄滅，即是在模的競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中，頻率越遠(yuǎn)離中心頻率的光越先熄滅，然而由于空間縱向燒孔效應(yīng)的存在，即由于頻率中心處附近寬度范圍內(nèi)引起反轉(zhuǎn)粒子數(shù)飽和，但是對(duì)在燒孔范圍外的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)沒(méi)有影響，以及在固體工作物質(zhì)中，激活粒子被束縛在晶格上，借助粒子和晶格的能量變換形成激發(fā)態(tài)粒子的空間轉(zhuǎn)移，激發(fā)態(tài)粒子在空間轉(zhuǎn)移半個(gè)波長(zhǎng)所需的時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于激光形成所需的時(shí)間，所以激光器的激發(fā)越強(qiáng)，達(dá)到閾值從而參與競(jìng)爭(zhēng)而振蕩的縱模數(shù)越多，因此激光器普遍為多縱模振蕩，不能達(dá)到理想情況下的穩(wěn)定輸出，因此激光器的工作不夠穩(wěn)定。除空間燒孔效應(yīng)導(dǎo)致激光器的不穩(wěn)定輸出之外，現(xiàn)有的激光器還存在跳模效應(yīng)也是造成激光器工作不穩(wěn)定的因素之一，即激光射出的頻率會(huì)隨著時(shí)間有不斷的起伏。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有激光器因存在燒孔效應(yīng)和跳模效應(yīng)導(dǎo)致激光器工作不穩(wěn)定等問(wèn)題，提供了一種單向循環(huán)腔內(nèi)倍頻激光器，旨在提供一種穩(wěn)定、損耗小的、可循環(huán)的單向循環(huán)腔內(nèi)倍頻激光器。

本發(fā)明提供一種單向循環(huán)腔內(nèi)倍頻激光器，包括增強(qiáng)型倍頻環(huán)形腔，所述增強(qiáng)型倍頻環(huán)形腔包括：第一晶體、第一反射鏡、聲光調(diào)Q開(kāi)光、第二晶體、第二反射鏡、SHG特性晶體、THG特性晶體、第三反射鏡、偏振片、第五晶體和第四反射鏡，其中，所述第一晶體輸出第一偏振光，所述第一偏振光的輸出方向正對(duì)的垂著平面建立x-y軸坐標(biāo)系，所述第一偏正光的偏振方向?qū)儆诙南笙?，且與所述x-y軸的夾角成45°；所述聲光調(diào)Q開(kāi)光用于產(chǎn)生激光脈沖，所述第一偏振光經(jīng)過(guò)所述第二晶體后輸出偏振方向?yàn)樗椒较虻牡诙窆?，所述水平方向平行于所述x軸，所述第二偏振光通過(guò)所述第二反射鏡反射后，作為基頻光進(jìn)入所述SHG特性晶體進(jìn)行I類(lèi)相位匹配，以產(chǎn)生輸出方向?yàn)樨Q直方向的第一倍頻光，并輸出所述第一倍頻光和所述基頻光進(jìn)入所述THG特性晶體進(jìn)行Ⅱ類(lèi)相位匹配的和頻，以產(chǎn)生及分束輸出紫外光，所述豎直方向垂直于所述x軸，所述THG特性晶體的紫外光出光面切割為布儒斯特角平面；

所述第三反射鏡用于反射從所述THG特性晶體的所述布儒斯特角平面分束射出的所述基頻光，所述偏振片用于單向傳輸所述基頻光，所述第五晶體用于對(duì)所述基頻光進(jìn)行變換，以輸出偏振狀態(tài)與所述第一偏振光相同的第三偏振光，所述第三偏振光通過(guò)所述第四反射鏡反射后進(jìn)入所述第一晶體，形成所述增強(qiáng)型倍頻環(huán)形腔。

作為一種可選的實(shí)施方式，所述單向循環(huán)腔內(nèi)倍頻紫外激光器還包括泵浦系統(tǒng)，所述泵浦系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光泵浦源和泵浦電源，所述泵浦電源用于供電給所述泵浦系統(tǒng)進(jìn)行工作。

作為一種可選的實(shí)施方式，所述聲光調(diào)Q開(kāi)光包括驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)電源，所述驅(qū)動(dòng)電源用于供電給所述驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)所述聲光調(diào)Q開(kāi)光進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，進(jìn)而產(chǎn)生激光脈沖。

作為一種可選的實(shí)施方式，所述泵浦系統(tǒng)還包括泵浦耦合裝置，用于使所述半導(dǎo)體激光泵浦源產(chǎn)生的光斑耦合后經(jīng)過(guò)所述第一反射鏡進(jìn)入到所述第一晶體中。

作為一種可選的實(shí)施方式，所述泵浦耦合裝置的耦合比根據(jù)紫外光的光斑與所述半導(dǎo)體激光泵浦源的光斑的比值確定，所述泵浦耦合裝置的耦合比為1:1.3，所述半導(dǎo)體激光泵浦源為光源波長(zhǎng)是808nm的泵浦。

作為一種可選的實(shí)施方式，所述第一反射鏡、所述第二反射鏡、所述第三反射鏡和所述第四反射鏡為平面鏡。

作為一種可選的實(shí)施方式，所述第一晶體為線性偏振輸出的激光晶體。

作為一種可選的實(shí)施方式，所述第一晶體為Nd:YVO4晶體或者Nd:YLF晶體或者Nd:YAG晶體。

作為一種可選的實(shí)施方式，所述第二晶體為左旋45°的石英轉(zhuǎn)子，用于對(duì)所述第一偏振光進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°。

作為一種可選的實(shí)施方式，所述第五晶體為右旋45°的石英轉(zhuǎn)子，用于對(duì)所述基頻光進(jìn)行變換，以輸出偏振狀態(tài)與所述第一偏振光相同的第三偏振光。

作為一種可選的實(shí)施方式，所述SHG特性晶體和所述THG特性晶體為三硼酸鋰晶體。

本發(fā)明提供一種單向循環(huán)腔內(nèi)倍頻紫外激光器，包括增強(qiáng)型倍頻環(huán)形腔， 所述增強(qiáng)型倍頻環(huán)形腔包括：第一晶體、第一反射鏡、聲光調(diào)Q開(kāi)光、第二晶體、第二反射鏡、SHG特性晶體、THG特性晶體、第三反射鏡、偏振片、第五晶體和第四反射鏡，其中，所述第一晶體輸出第一偏振光，所述第一偏振光的輸出方向正對(duì)的垂著平面建立x-y軸坐標(biāo)系，所述第一偏正光的偏振方向?qū)儆诙南笙?，且與所述x-y軸的夾角成45°；所述聲光調(diào)Q開(kāi)光用于產(chǎn)生激光脈沖，所述第一偏振光經(jīng)過(guò)所述第二晶體后輸出偏振方向?yàn)樗椒较虻牡诙窆?，所述水平方向平行于所述x軸，所述第二偏振光通過(guò)所述第二反射鏡反射后，作為基頻光進(jìn)入所述SHG特性晶體進(jìn)行I類(lèi)相位匹配，以產(chǎn)生輸出方向?yàn)樨Q直方向的第一倍頻光，并輸出所述第一倍頻光和所述基頻光進(jìn)入所述THG特性晶體進(jìn)行Ⅱ類(lèi)相位匹配的和頻，以產(chǎn)生及分束輸出紫外光，所述豎直方向垂直于所述x軸，所述THG特性晶體的紫外光出光面切割為布儒斯特角平面；所述第三反射鏡用于反射經(jīng)所述THG特性晶體的所述布儒斯特角平面分束射出的所述基頻光，所述偏振片用于單向傳輸所述基頻光，所述第五晶體用于對(duì)所述基頻光進(jìn)行變換，以輸出偏振狀態(tài)與所述第一偏振光相同的第三偏振光，所述第三偏振光通過(guò)所述第四反射鏡反射后進(jìn)入所述第一晶體，形成所述增強(qiáng)型倍頻環(huán)形腔，該環(huán)形腔通過(guò)一次經(jīng)過(guò)SHG特性晶體、THG特性晶體后就可以有效的實(shí)現(xiàn)紫外光輸出，消除了傳統(tǒng)的軸向激光器的空間燒孔效應(yīng)，能夠使該激光器在更穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行工作；另外當(dāng)THG特性晶體進(jìn)行和頻之后，從THG特性晶體的布儒斯特角平面分束射出的基頻光通過(guò)第三反射鏡進(jìn)行反射后可有效利用，減少了多余的損耗。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種單向循環(huán)腔內(nèi)倍頻激光器結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面闡述的實(shí)施例代表允許本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)踐本發(fā)明的必要信息，并且示出實(shí)踐本發(fā)明的最佳方式。一旦根據(jù)附圖閱讀了以下的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員就將理解本發(fā)明的構(gòu)思并且將認(rèn)識(shí)到此處未特別闡明的這些構(gòu)思的應(yīng)用。應(yīng)當(dāng)理解，這些構(gòu)思和應(yīng)用落入本公開(kāi)和所附權(quán)利要求書(shū)的范圍。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

請(qǐng)參見(jiàn)圖1,圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種單向循環(huán)腔內(nèi)倍頻紫外激光器 結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，本實(shí)施例提供的單向循環(huán)腔內(nèi)倍頻紫外激光器包括增強(qiáng)型倍頻環(huán)形腔110，增強(qiáng)型倍頻環(huán)形腔110包括：第一晶體111、第一反射鏡112、聲光調(diào)Q開(kāi)光113、第二晶體114、第二反射鏡115、SHG特性晶體116、THG特性晶體117、第三反射鏡118、偏振片119、第五晶體120和第四反射鏡121，其中，第一晶體111輸出第一偏振光，第一偏振光的輸出方向正對(duì)的垂著平面建立x-y軸坐標(biāo)系，第一偏正光的偏振方向?qū)儆诙南笙?，且與x-y軸的夾角成45°；聲光調(diào)Q開(kāi)光113用于產(chǎn)生激光脈沖，第一偏振光經(jīng)過(guò)第二晶體114后輸出偏振方向?yàn)樗椒较虻牡诙窆?，水平方向平行于x軸，第二偏振光通過(guò)第二反射鏡115反射后，作為基頻光進(jìn)入SHG特性晶體116進(jìn)行I類(lèi)相位匹配，以產(chǎn)生輸出方向?yàn)樨Q直方向的第一倍頻光，并輸出第一倍頻光和基頻光進(jìn)入THG特性晶體117進(jìn)行Ⅱ類(lèi)相位匹配的和頻，以產(chǎn)生及分束輸出紫外光，豎直方向垂直于x軸，THG特性晶體117的紫外光出光面切割為布儒斯特角平面；第三反射鏡118用于反射從THG特性晶體117的布儒斯特角平面分束射出的基頻光，偏振片119用于單向傳輸基頻光，第五晶體120用于對(duì)基頻光進(jìn)行變換，以輸出偏振狀態(tài)與第一偏振光相同的第三偏振光，第三偏振光通過(guò)第四反射鏡121反射后進(jìn)入第一晶體111，以再利用基頻光，形成增強(qiáng)型倍頻環(huán)形腔110。

作為一種可選的實(shí)施方式，單向循環(huán)腔內(nèi)倍頻紫外激光器還包括泵浦系統(tǒng)130，泵浦系統(tǒng)130包括半導(dǎo)體激光泵浦源131和泵浦電源133，泵浦電源133用于供電給泵浦系統(tǒng)130進(jìn)行工作。

作為一種可選的實(shí)施方式，聲光調(diào)Q開(kāi)光113包括驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)電源，驅(qū)動(dòng)電源用于供電給聲光調(diào)Q開(kāi)光113，驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)聲光調(diào)Q開(kāi)光113進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，進(jìn)而產(chǎn)生激光脈沖。

作為一種可選的實(shí)施方式，泵浦系統(tǒng)130還包括泵浦耦合裝置132，用于使半導(dǎo)體激光泵浦源131產(chǎn)生的光斑耦合后經(jīng)過(guò)第一反射鏡112進(jìn)入到第一晶體111中，泵浦耦合裝置132包括兩個(gè)泵浦耦合頭。

作為一種可選的實(shí)施方式，泵浦耦合裝置132的耦合比根據(jù)紫外光的光斑與半導(dǎo)體激光泵浦源131的光斑的比值確定，泵浦耦合裝置132的耦合比為1:1.3，半導(dǎo)體激光泵浦源131為光源波長(zhǎng)是808nm的泵浦。

作為一種可選的實(shí)施方式，第一反射鏡112、第二反射鏡115、第三反射鏡118和第四反射鏡121為平面鏡。

作為一種可選的實(shí)施方式，第一晶體111為線性偏振輸出的激光晶體。

作為一種可選的實(shí)施方式，第一晶體111為Nd:YVO4晶體或者Nd:YLF晶體或者Nd:YAG晶體。

作為一種可選的實(shí)施方式，第二晶體114為左旋45°的石英轉(zhuǎn)子，用于對(duì)第一偏振光進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°。

作為一種可選的實(shí)施方式，第五晶體120為右旋45°的石英轉(zhuǎn)子，用于對(duì)基頻光進(jìn)行變換，以輸出偏振狀態(tài)與第一偏振光相同的第三偏振光。

作為一種可選的實(shí)施方式，SHG特性晶體116和THG特性晶體117為三硼酸鋰晶體。

本發(fā)明提供一種單向循環(huán)腔內(nèi)倍頻紫外激光器，包括增強(qiáng)型倍頻環(huán)形腔110110，增強(qiáng)型倍頻環(huán)形腔110包括：第一晶體111、第一反射鏡112、聲光調(diào)Q開(kāi)光113、第二晶體114、第二反射鏡115、SHG特性晶體116、THG特性晶體117、第三反射鏡118、偏振片119、第五晶體120和第四反射鏡121，其中，第一晶體111輸出第一偏振光，第一偏振光的輸出方向正對(duì)的垂著平面建立x-y軸坐標(biāo)系，第一偏正光的偏振方向?qū)儆诙南笙蓿遗cx-y軸的夾角成45°；聲光調(diào)Q開(kāi)光113用于產(chǎn)生激光脈沖，第一偏振光經(jīng)過(guò)第二晶體114后輸出偏振方向?yàn)樗椒较虻牡诙窆?，水平方向平行于x軸，第二偏振光通過(guò)第二反射鏡115反射后，作為基頻光進(jìn)入SHG特性晶體116進(jìn)行I類(lèi)相位匹配，以產(chǎn)生輸出方向?yàn)樨Q直方向的第一倍頻光，并輸出第一倍頻光和基頻光進(jìn)入THG特性晶體117進(jìn)行Ⅱ類(lèi)相位匹配的和頻，以產(chǎn)生及分束輸出紫外光，豎直方向垂直于x軸，THG特性晶體117的紫外光出光面切割為布儒斯特角平面；第三反射鏡118用于反射經(jīng)THG特性晶體117的布儒斯特角平面分束射出的基頻光，偏振片119用于單向傳輸基頻光，第五晶體120用于對(duì)基頻光進(jìn)行變換，以輸出偏振狀態(tài)與第一偏振光相同的第三偏振光，第三偏振光通過(guò)第四反射鏡121反射后進(jìn)入第一晶體111，以再利用基頻光，形成增強(qiáng)型倍頻環(huán)形腔110，該環(huán)形腔通過(guò)一次經(jīng)過(guò)SHG特性晶體116、THG特性晶體117后就可以有效的實(shí)現(xiàn)紫外光輸出，消除了傳統(tǒng)的軸向激光器的空間燒孔效應(yīng)，經(jīng)過(guò)測(cè)試可以明 顯推斷出該環(huán)形腔可以明顯減少激光器的縱模跳模效應(yīng)，能夠使該激光器在更穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行工作；另外當(dāng)THG特性晶體117進(jìn)行和頻之后，從THG特性晶體117的布儒斯特角平面分束射出的基頻光通過(guò)第三反射鏡118進(jìn)行反射后可有效再利用，減少了多余的損耗。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。