[发明专利]可见激光直接变频产生深紫外激光的方法及全固态深紫外激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种可见激光直接变频产生深紫外激光的方法与装置，属于激光技术领域。

背景技术

紫外激光器在科研、工业及医疗中有重要应用，是目前激光市场增长较快的部分，此外随着纳米精细激光加工、超高能量分辨率光电子能谱仪和光电子发射显微镜等现代化仪器的发展，深紫外相干光源的研究也十分迫切。深紫外激光器分三种：固体紫外激光器、气体紫外激光器及半导体激光二极管，三种激光器各有优缺点。其中固体紫外激光器又可通过氙灯、氪灯及激光二极管等方式进行泵浦，而使用激光二激光泵浦的紫外激光器具有效率高、重频高、性能可靠、体积小、光束质量较好及功率稳定等特点。由于紫外光子能量大，难以通过外激励源激励产生一定高功率的连续紫外激光，故实现紫外连续波激光一般是应用晶体材料非线性效应变频方法产生。全固态紫外激光谱线产生的方法一般有两种，一是直接对红外全固体激光器进行腔内或腔外3倍频或4倍频来得到紫外激光谱线；二是先利用倍频技术得到二次谐波然后再利用和频技术得到紫外激光谱线。前一种方法有效非线性系数小，转换效率低，后一种方法由于利用的是二次非线性极化率，转换效率比前一种高很多。

中国专利文件CN102957083A公开了一种直接倍频实现波长160～170nm全固态深紫外激光的装置，其泵浦源为320～340nm波长全固态紫外激光泵浦源；薄片状深紫外倍频晶体光胶于第一和第二匹配材料直角棱柱斜边面上；第一匹配材料钝角切割角度满足320～340nm紫外光垂直入射到第一匹配材料后再入射到直接倍频晶体中，满足倍频晶体位相匹配角度；第二匹配材料钝角切割角度满足160～170nm深紫外光垂直于第二匹配材料直角面出射；紫外光从入射窗口进入密封罐体，由第一匹配材料直角边垂直入射，由倍频晶体直接倍频，产生的深紫外光与剩余紫外光经第二匹配材料后分开，160～170nm深紫外光从出射窗口输出。其所述全固态紫外激光泵浦装置通过1.28～1.36微米基频光的四倍频实现320～340nm波长的紫外激光，该方法获得光源步骤复杂，转换效率低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种通过可见激光直接变频产生深紫外激光的方法。

本发明还提供一种结构简单的基于全固态可见激光器和倍频晶体直接变频获取深紫外激光的装置，即一种全固态深紫外激光器。

本发明的技术方案如下：

一种可见激光直接变频产生深紫外激光的方法，包括将二倍频晶体和三倍频晶体用于全固态激光器中，将可见激光直接变频获取深紫外激光；

通过泵浦源泵浦激光增益介质产生可见光，该可见光垂直通过二倍频晶体的通光面，所得倍频光与剩余的可见光基频光到达平凹输出镜的凹面，该平凹输出镜两面均镀有介质膜，该平凹输出镜与可见光光路的垂直面有夹角、倾斜放置，使得通过二倍频晶体后的倍频激光与剩余的可见光基频光经平凹输出镜反射到达三倍频晶体内进行三倍频，所得三倍频光再经一平面反射镜反射后从所述的平凹输出镜输出，得深紫外波段的激光。

所述三倍频晶体置于真空装置中。

所述二倍频晶体是可用于紫外波段的倍频晶体，优选：β-BaB₂O₄晶体(简称BBO)；可按现有技术用高温溶液法生长或用提拉法生长。BBO晶体按照相位θ_ooe＝35°～23°，匹配角进行切割加工。

所述三倍频晶体是可用于深紫外波段的倍频晶体，优选：KBe₂BO₃F₂晶体(简称KBBF)，RbBe₂BO₃F₂晶体，CsBe₂BO₃F₂晶体；可按现有技术用助溶剂法生长。采用现有棱镜耦合技术制作三倍频晶体器件，不需要对KBBF晶体沿相匹配方向进行切割，从而避免了因晶体过薄而不能使用于深紫外谐波光产生的缺点。KBe₂BO₃F₂晶体按棱镜耦合技术加工制作，摆放并置于真空环境中，例如真空罐中。

所述二倍频晶体和三倍频的晶体的端面抛光，端面有镀膜或者无镀膜。

所述泵浦源为半导体激光二极管(LD)、氙灯或氩离子激光器等能提供泵浦能量的光源。优选的，所述的泵浦源为中心波长为445nm的蓝光半导体激光二极管。也称商业化蓝光LD。