[发明专利]一种利用折叠谐振腔产生三倍频紫外激光方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种产生三倍频紫外激光方法，属于激光技术应用领域，尤其涉及一种利用折叠谐振腔产生三倍频紫外激光方法。

背景技术

激光自发明之初就被用于材料加工领域，相比于红外和可见光激光，紫外激光具有波长短、聚焦性能好、单光子能量高等特点，可以直接破坏材料分子的化学键，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程，不会对加工区域的周边产生热变形等影响，同时紫外激光具有加工精度高、在电子行业和其它精密加工领域应用非常广泛，因此紫外激光器成为近几年国内外研究的热点。

传统的紫外激光光源如氩离子激光器、氮分子激光器、准分子激光器等，其设备占地面积大、效率低、高耗能、维护费用高，无法得到广泛用。全固态紫外激光器具有功率稳定性好、光束质量好、脉冲重复频率高、可靠性高、操作简单、结构紧凑、体积小、工作安全等诸多优点，是紫外激光器的首选方案。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种利用折叠谐振腔产生三倍频紫外激光方法，该紫外激光产生方法能使激光器长期稳定运转，具有高功率、高转换效率且可用于硬脆性材料加工。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种利用折叠谐振腔产生三倍频紫外激光方法，该折叠形谐振腔包括全反镜a、Q开关、激光二极管泵浦模块、输出镜、和频晶体、全反镜b、二倍频晶体、全反镜c、紫外反射镜a、分光元件、紫外反射镜b；谐振腔内分为三个臂，第一个臂包含Q开关、激光二极管泵浦模块，第二个臂包含和频晶体，第三个臂包含二倍频晶体；谐振腔内的光学元件包括全反镜a、输出镜、全反镜b、全反镜c；谐振腔外的光学元件包括紫外反射镜a、分光元件、紫外反射镜b；整个谐振腔结构形状为折叠形，其中第一个臂和第二个臂的节点为输出镜，第二个臂和第三个臂的节点为全反镜b；第一个臂依次放置全反镜a、Q开关、激光二极管泵浦模块、输出镜，谐振腔外的光学元件紫外反射镜a在第一个臂输出镜之后，即第一个臂延长线上；第二个臂依次放置和频晶体、全反镜b，谐振腔外的光学元件分光元件置于全反镜b、和频晶体、输出镜的延长线上，即在第二个臂的延长线上；第三个臂上依次放置二倍频晶体、全反镜c；谐振腔外的紫外反射镜b置于分光元件的垂直线上，通过两者的反射作用以保证紫外激光呈水平输出。

在第一个臂上，利用激光二极管泵浦模块在腔内首先形成基频光振荡，Q开关使基频光变成脉冲光，提高基频光功率密度；基频光通过谐振腔内的输出镜、全反镜b，最后传输入第三个臂上的二倍频晶体并产生二次谐波；产生的二次谐波和剩余的基频光经全反镜c、全反镜b输入到第二个臂上的和频晶体，并在和频晶体的作用下产生紫外激光；产生的紫外激光通过输出镜输出腔外并由分光元件、紫外反射镜b水平输出；部分紫外激光被输出镜反射到第一个臂，然后又被全反镜a反射到输出镜输出，此方向输出腔外的紫外激光被紫外反射镜a又反射回谐振腔内继续振荡，然后再输出腔外。

折叠形谐振腔外的分光元件将输出腔外的紫外激光与基频光和二次谐波分离出来，通过紫外反射镜b改变激光输出方向，使之水平输出。

Q开关采用能实现高重频关断的BBO、RTP、LGS电光或声光Q开关，Q开关晶体的两个通光端面镀基频光增透膜，为了有利于Q开关散热，将Q开关置于通水的铜制水冷块内进行冷却。

激光二极管泵浦模块中的激光晶体是Nd:YAG、Nd:YVO₄、Nd:YAP、Nd:GdVO₄或Nd:YLF晶体中的一种，激光晶体的两个通光端面镀有基频光增透膜，激光二极管泵浦模块采用循环液体冷却（如去离子水），以抑制激光晶体的热透镜效应并提高输出功率稳定性和光束质量。

全反镜a和全反镜c是平面全反镜，镀有对0°入射的基频光、二次谐波和紫外激光三种波长的全反介质膜，实现对这三种波长的反射。

输出镜是熔石英平凹镜，采用双面镀膜，面向腔内一侧镀有某一角度入射的基频光和二次谐波双波长全反的介质膜及紫外激光的高透膜，面向腔外一侧镀紫外激光高透膜，实现对基频光和二次谐波高反，对紫外激光高透，使产生的紫外激光输出腔外，同时基频光和二次谐波在腔内继续振荡。

全反镜b是平凹全反镜，镀有对某一角度入射的基频光、二次谐波和紫外激光三种波长的全反介质膜，起到折叠光路的作用。

和频晶体可以为Ⅰ类或Ⅱ类相位匹配的LBO、BBO、CBO、CLBO或BIBO晶体中的一种。

二倍频晶体可以是Ⅰ类或Ⅱ类相位匹配的KTP、LBO或BBO晶体中的一种。