[实用新型]半导体二极管泵浦10W级355nm紫外激光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种半导体二极管泵浦10W级355nm紫外激光器。

背景技术

紫外激光器的输出波长短、能量集中、分辨率高，聚焦点可小到几个微米数量级，在精密材料微加工、太阳能光伏、快速成型等领域有广泛的应用前景。半导体二极管泵浦紫外激光器具有光束质量好、功率稳定性好、可靠性高、使用方便、体积小等诸多优点。目前，全球对全固态紫外激光器的需求日益增加，应用领域不断扩大。国外激光器公司(Coherent、Spectra-physics、JDSU)已经推出平均功率大于10W的半导体二极管泵浦紫外激光器，国内还没有10W级以上的商用化紫外激光器产品，因此，高功率紫外激光器的研制，对缩短国内外的技术差距具有很重要的现实意义。

半导体二极管泵浦的固体355nm紫外激光输出的实现是通过对从Nd:YVO4或Nd:YAG等激光晶体发出的基频光进行二次倍频，然后通过基频光和二次倍频光的和频得到。目前用的泵浦光波长为808nm。由于激光晶体(Nd:YVO4)在808nm处具有强烈的吸收峰，所以通常采用808nm LD来泵浦激光晶体，以获得较高的光光转换效率(808nm到1064nm光光转换效率40％-60％)，但由于量子亏损效应的影响，当泵浦功率加大时，晶体端面产生非常大的热量，严重影响输出激光的光束质量，甚至很容易产生晶体开裂或断裂。为了获得基模运转，通常808nm LD单端泵浦激光器输出功率小于15W，双端泵浦激光器输出功率小于25W，转换到紫外激光功率要低于8W。本实用新型采用888.5nm LD泵浦Nd:YVO4晶体，将粒子直接从基态激发到激光上能级，有效的减小了量子亏损。激光晶体可以承受很高的泵浦功率(大于150W)，输出激光更容易获得基模运转。虽然光光转换效率较808nm LD泵浦会小，但是可以通过增加晶体掺杂浓度及长度等措施来改善。最终获得紫外激光输出功率大于10W。

目前半导体端面泵浦高功率激光器采用的耦合系统通常小于1∶4，聚焦到晶体内的光斑一般位于0.8-1.2mm之间，尾纤纤芯直径一般为200-600um。本实用新型采用100um纤芯直径，配合1∶12超大放大倍频耦合系统，有效的压缩了泵浦光在激光晶体内的发散角，达到了泵浦光与振荡光之间的最佳匹配，提高光光转换效率。此种措施对于低吸收率888.5nm泵浦波长至关重要。

获得紫外激光的倍频技术有两种：腔内倍频和腔外倍频。腔内倍频效率高，且三倍频晶体处光斑比较大，大大延长了晶体的使用寿命。但是由于整个倍频转换过程在激光腔内完成，使得激光腔比较敏感。腔外倍频技术，通过透镜聚焦基频光实现谐波转换，有效的提高了激光腔的稳定性。同时，三倍频晶体内光斑较小，对紫外激光器的寿命产生很大影响，对于高功率紫外激光器来说，通常晶体工作不到1000小时就会损坏，国外激光器公司采用微电机来改变晶体的位置实现换点功能。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种半导体二极管泵浦10W级355nm紫外激光器。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

半导体二极管泵浦10W级355nm紫外激光器，特点：半导体二极管的输出端布置光学耦合系统，光学耦合系统的输出端布置激光晶体，激光晶体衔接谐振腔结构，谐振腔结构的输出端布置透镜，透镜的输出端布置二倍频晶体，二倍频晶体衔接透镜，透镜的输出端依次布置45°电动反射镜和45°反射镜，45°反射镜衔接三倍频晶体。

进一步地，上述的半导体二极管泵浦10W级355nm紫外激光器，其中，所述半导体二极管是输出功率为100W的888.5nm波段的半导体二极管，其尾纤纤芯直径为100微米，数值孔径NA＝0.22。

更进一步地，上述的半导体二极管泵浦10W级355nm紫外激光器，其中，所述光学耦合系统是放大倍率为1∶12的光学耦合系统。

再进一步地，上述的半导体二极管泵浦10W级355nm紫外激光器，其中，所述激光晶体为Nd:YVO4，其晶体尺寸为4×4×40mm³，晶体掺杂浓度为0.6％。

再进一步地，上述的半导体二极管泵浦10W级355nm紫外激光器，其中，所述三倍频晶体为II类相位匹配方式三硼酸锂，其晶体尺寸为4×4×25mm³。

本实用新型技术方案的实质性特点和进步主要体现在：