[发明专利]激光辐射三倍率产生的装置

说明书

本发明提出了一种激光辐射三倍率产生的装置，包括：前部光学系统对输入的基波光束的光强分布进行调整，将入射基波光束转换为基波和二倍频谐波，也使得所转换的二倍频谐波的横截面光强分布形状得到调整，调整后的基波和二倍频谐波光束出射至三倍频晶体；三倍频晶体的光束出射面切割为布鲁斯特角出射界面，将基波和二倍频谐波在三倍频晶体内发生和频转换，产生三倍频谐波光束，经过布鲁斯特角出射界面后出射，转换为所需要的、或与初始输入的基波光束的横截面光强分布形状基本相同的三倍频光束出射。本发明通过预先设置转换前的基波和二次谐波的光束强度分布形状实现腔外最终激光频率转换的光束质量要求，成本降低和转换晶体寿命延长，制作简单。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种激光辐射三倍率产生的装置。特别是激光光束腔外三次或四次谐波产生紫外激光辐射的装置和原理。

背景技术

近年来，特定频率激光器件的应用越来越多，紫外相干光的产生的研究和应用越来越普遍。一些应用，需要大功率或高能量，高光束质量的相干紫外光。然而，大功率或高能量的相干紫外光的产生的一种有效途径，是通过对红外相干光束的二次和三次谐波转换过程。这方面的探索和研究，可以在许多发表的刊物文献和专利或产品设计中看到。例如，Koechner所著的Solid State Laser Engineering，fourth ed.，Springer Series inOptics Sciences V.1(1996)，和专利US5408481，5384803，5295143，5047668，5034951，4510402，3873825，US5，850，407等。

对于这些应用，现有的已知增益介质可以通过气体、solid-state材料、电泵浦半导体和光泵浦，在各种功率水平和操作模式下提供所需的各种色彩激光辐射。半导体作为增益介质，用于产生紫外线、可见光和红外激光辐射。气体激光器可以产生良好的紫外线(uv)，可见光和红外线(ir)光。电子或光泵浦的半导体激光器可以在可见光频率范围内产生红外和近红外基本激光光源及其谐波。直接半导体激光辐射能产生红光和蓝光，紫外辐射具有良好的电转换效率。然而，半导体二极管激光器是不可用于直接产生高脉冲强度和高光束质量的紫外激光束，而用于线路板加工或晶圆切割等多种微电子半导体工业应用。基于腔内或腔外的三倍频的纳秒脉冲激光器设计，部分地解决了工业加工对纳秒脉冲激光器的需求。然而，随着微电子工业的不断发展，精细加工的要求越来越高，对超快脉冲激光加工的需求很大。超快脉冲激光器一般不适宜用腔内三倍频方案，几乎所有的大能量皮秒或飞秒超快脉冲紫外转换，均采用腔外的方式。这种脉冲光束腔外转换时，可直接用二次和三次谐波产生的二倍频和三倍频晶体对红外激光器输出的光束进行频率转换、产生紫外光束。精密加工所需要的激光光束，其横截面光强分布要达到一定的要求。一般腔外倍频装置产生的紫外输出光束，需要进行光斑横截面形状的调整。

由于高能量或高功率的紫外输出激光束，对于其产生的非线性晶体和调整紫外光束的光学部件会有损伤。因此，产生和调整紫外激光束的光学元器件的使用寿命有限，很难达到所需的长时间运行的要求。一种解决的办法是通过移动三倍频晶体或其他光学元件，使得被损坏的晶体或光学部件重新使用新的未损坏的光点位置。即使如此，一般来说，无论是晶体或紫外光学部件的几何大小都是有限，整个装置的使用寿命受限。