[发明专利]一种用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器

说明书

本发明涉及一种用于KrF准分子激光器基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，属于激光器领域。包括泵浦源、耦合聚焦系统、激光谐振腔、翠绿宝石晶体、双折射滤光片、二倍频非线性晶体、三倍频非线性晶体；激光谐振腔为线性腔或折叠腔或环形腔。单频744nm基频激光经过二倍频非线性晶体将744nm基频光转换成372nm倍频光，剩余的744nm基频光与372nm倍频光经过三倍频非线性晶体进行和频，得到248nm单频深紫外激光。本发明利用可见光激光器作为翠绿宝石激光晶体的泵浦源来实现可用于KrF准分子激光器的248nm单频全固态翠绿宝石激光器，效率较高，且全固态泵浦时所需翠绿宝石晶体的尺寸较小，能够降低激光器造价，更有利于获得高效率、高光束质量的深紫外248nm激光输出。

技术领域

本发明涉及一种用于KrF准分子激光器的基于翠绿宝石晶体的248nm单频全固态深紫外种子激光器，属于激光器技术领域。

背景技术

深紫外激光器具有输出波长短，能量高，易聚焦，冷加工等突出特性，能够实现优良的定位精度，在科研、生物技术和环境监测等方面都有广泛的应用，尤其是在激光制造领域，展现出越来越无可替代的优势，可以进行超精细激光加工。特别地，波长为248nm的深紫外激光器在其中扮演了重要的角色，在248nm光刻技术、激光医疗和先进制造业中有着独特的优势，比如在电路板印制方面，248nm激光器在加工树脂，玻璃和铜等材料时具有更高的吸收率，从而获得优异的工业产品。

目前，248nm深紫外激光一般使用KrF准分子激光器作为种子源直接产生248nm单频激光输出，然后再通过KrF准分子放大器进行多级放大来获得高平均功率深紫外248nm激光，其平均输出功率可高达100W以上。但是由于KrF准分子激光器的光束质量和相干性比较差，导致最终所得248nm深紫外激光的光束质量因子可达50以上，因此聚焦光斑尺寸有限，限制了其在深紫外激光精密加工方面的应用。因此为了获得高功率、高光束质量的深紫外248nm激光输出，使用光束质量较好、功率较低的单频固体深紫外激光器作为种子源来替代KrF准分子激光种子源，再使用光束质量差而输出功率高的KrF准分子激光器作为放大器，是一种非常有效的途径。考虑到248nm波长的四倍为992nm，但是992nm波长并非常用固体激光增益介质的发射波长，因此较难通过四倍频的方式产生248nm激光。992nm波长的两倍为1984nm，可以使用掺Tm的固体激光增益介质获得，但是此时就需要使用八次倍频获得248nm激光输出，较为复杂且效率较低。因此，当前，可用于KrF准分子激光放大器中的种子源的248nm单频深紫外固体激光器方案主要有两种，一种是波长为744nm的钛宝石激光器的三倍频激光，一种是基于闪光灯泵浦的744nm翠绿宝石的三倍频激光。钛宝石晶体是一种发射带宽极宽的激光增益介质，通过波长选择可以输出744nm激光，但是该晶体的热效应非常严重，而且只能使用蓝绿波长的激光作为泵浦源，最为常用的是532nm绿光泵浦源，这些泵浦源较难获得，体积庞大且价格昂贵。采用闪光灯泵浦翠绿宝石是另一种获得744nm激光的技术手段，但是受限于闪光灯的宽光谱，对应的泵浦效率较低且重复频率不高，整体系统效率很低、结构大，寿命短，并且所需翠绿宝石晶体的尺寸较大，造价较高。

发明内容