[发明专利]三倍频激光器

说明书

技术领域

本发明涉及固体激光器技术，特别涉及一种能够高效率输出三次谐波的三倍频激光器。

背景技术

由于紫外固体激光具有高分辨和对材料强吸收的特点，近几年来在国际上发展极为迅速。波长为355nm的Nd:YAG和Nd:YVO₄三次谐波激光加工机已主导了精细加工，特别是用于多层、高密度印刷电路板PCB的精密打孔设备市场。在特种材料打标、集成电路修复、生物荧光分析、环境污染监测、DNA分析等的应用上，也显示出巨大优势。

另外，三次谐波是产生高次谐波的中间手段。三次谐波与基波混频产生的四次谐波可用于平面液晶显示的薄膜晶体管切割，光纤光栅制造，在精密机械制造中进行紫外凝胶三维立体制模。三次谐波与二倍谐波混频产生的五次谐波深紫外激光，在高密度集成电路制造中用于掩膜修复、电阻材料刻蚀，在半导体工业中用于基片缺陷检查，在眼科上用于矫正近视眼视力的角膜手术。

现有技术中，普遍使用的气体紫外激光器或灯泵浦的紫外激光器，气体紫外激光器诸设备庞大、效率低、寿命短和稳定性差，维护操作较复杂等问题；灯泵浦激光增益介质时的吸收效率低、热效应明显。国内已有采用谐振 腔外和频技术产生紫外脉冲激光的报道，但是众所周知谐振腔外的倍频产生效率都较低，极大地制约了紫外脉冲激光的产生效率。采用腔内和频的技术路线，转换效率通常同比腔外和频效率会显著提高，但通常也只有不到3％的光光转换效率，腔内和频如果转换效率上不去，就很容易因为过高的腔内功率密度而引起光学元器件的损坏，增大镜片和晶体的镀膜难度，给紫外激光器的工程化带来瓶颈。典型的三倍频紫外激光器光路图可参考西北大学2004年的专利(专利号：ZL200410073574.8)。

这种腔内和频的方案，存在明显的缺陷：首先，二倍频光只参与了一次和频，剩下的都被作为垃圾光输出腔外，直接影响三倍频的效率；其次，如果二倍频采用二类匹配，就势必造成基频光和倍频光偏振方向呈45度，不满足三倍频最佳能量配比，也会降低三倍频效率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，从而提出一种腔内多次合频、输出效率高的三倍频激光器。

为了达到上述目的，本发明的三倍频激光器采取如下的技术方案：

本发明的三倍频激光器，包括：第一全反镜1，一用于输出基频光的激光晶体3、一偏振谐波片4、二倍频晶体5、第一波片6、第二全反镜7、三次谐波输出镜8、三倍频晶体9和第三全反镜10；所述第一全反镜1和第二全反镜7形成第一谐振腔，所述激光晶体3设置在所述第一谐振腔内，在所述激光晶体3与所述第二全反镜7之间的光路上依次设置所述偏振谐振波片4、二倍频晶体5和第一波片6，所述偏振谐振波片4的反射光路上依次设置三次谐波输出镜8、三倍频晶体9和第三全反镜10，所述第一波片6既是基频光的1/4波片，又是倍频光的1/2波片，所述三次谐波输出镜8对三倍频光具有高透射率，对基频光和倍频光具有高反射率；所述第二全反镜(7)和第三全反镜(10)之间构成第二谐振腔，所述第一波片(6)用于通过自身的旋转来改变基频光在第一谐振腔和第二谐振腔之间功率配比。

在上述技术方案中，所述第一波片6垂直设置在光路上。

在上述技术方案中，所述偏振谐波片4与所述谐振腔内基频光的光轴的夹角为布儒斯特角。

在上述技术方案中，所述第一波片6可沿所述基频光的光轴旋转。

在上述技术方案中，所述谐振腔内还设有Q开关2。

在上述技术方案中，所述偏振谐波片4与所述三次谐波输出镜8之间设有第二波片11。

进一步地，所述第二波片既是基频光的1/2波片，又是倍频光的全波片；或者所述第二波片既是基频光的全波片，又是倍频光的1/2波片。

在上述技术方案中，所述二倍频晶体5包括KTP、KTA、LBO或BBO。

在上述技术方案中，所述三倍频晶体9包括LBO或BBO。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)二倍频光多次通过三倍频晶体参与和频，可以充分利用二倍频光，提高三倍频光转换效率；

2)同时，通过第二波片的使用，即使二倍频晶体采用二类匹配，也可以实现基频光和倍频光的最佳配比和最佳偏振匹配，实现高效率的三倍频输出。

3)通过转动第一波片6，可任意调节基频光进入三倍频晶体9的比例， 达到最佳配比，提高转换效率，降低可能的光损伤；

4)本发明的三倍频激光器使用简单方便，安装调试容易，便于工程化推广，可在各种固体调Q腔内和频激光器中使用。

附图说明