[实用新型]一种数十兆赫兹窄线宽可调谐纳秒紫外激光器

说明书

本实用新型公开一种数十兆赫兹窄线宽可调谐纳秒紫外激光器，包括：窄线宽光纤种子源，光纤放大器和频率变换器,所述窄线宽光纤种子源为光纤耦合的半导体激光器，用于产生特定线宽和脉宽的激光信号，所述激光信号的线宽为几十MHz，所述激光信号的脉宽20ns‑200ns；所述光纤放大器包括五级光纤预放大器和光纤主放大器，所述光纤主放大器为超大模场直径的增益光纤；所述频率变换器为非线性倍频晶体级联组成的倍频模块，用于将窄线宽纳秒全光纤激光进行4倍频得到波长为266nm的深紫外激光。本实用新型体积小巧、结构稳定、光束质量好，光光转换效率高，重频和脉宽易调谐，能够应用于多种场合。

技术领域

本实用新型涉及激光器，尤其涉及一种数十兆赫兹窄线宽可调谐纳秒紫外激光器。

背景技术

随着激光技术的发展，高平均功率的紫外激光源在精密光谱学，远程环境传感，激光诱导的荧光，半导体检查和雷达等领域有着广泛应用。特别是窄线宽(100MHz)的深紫外激光器在等离子体诊断、精密光谱学、激光同位素分离等前沿基础科学研究中成为一种最为有效的工具。另外，输出激光的重复频率和脉冲宽度能够自由调谐，可以显著提高上述应用的效率。

目前，利用1μm波段的窄线宽全固态激光器级联非线性光学晶体进行频率转换是产生深紫外激光的最流行方法。但是这种方法产生的高功率深紫外激光输出线宽大多为几十GHz量级(0.1nm～1nm量级)，结构庞大、冗杂，光光转换效率低，需要更多数量的泵浦源和更多级的泵浦源。而光纤技术近年来的飞速发展已导致1064nm的窄线宽光纤激光器获得足够的高峰值功率，为开发新一代通用的窄线宽紫外激光光源提供了机会。与全固态激光器相比，窄线宽光纤激光器可以提供更好的光束质量和光光转换效率，体积小巧，结构紧凑，稳定性更高；此外，基于光纤结构的激光器更容易实现重复频率和脉冲宽度的自由控制。

利用1微米波段的窄线宽光纤激光放大器作为基频光源，可以通过级联倍频方式获得深紫外激光输出，与此相关的报道有(1)Xavier Délen等人在2013年利用1微米的光纤激光器作为基频光，获得了一个线宽35MHz、脉宽15ns、平均功率3.2W的紫外激光输出，实验中使用了需要空间耦合的单晶光纤作为主放大器的增益介质来克服光纤中的受激布里渊散射效应，但这打破全光纤化的结构。(2)2018年，Jing He等人利用全光纤化的光纤放大器配合级联的LBO晶体和BBO晶体进行频率转换，获得了一个脉宽1.8ns、平均功率2W、峰值功率5.6kW的274nm的紫外激光输出，但光谱宽度为0.16nm，已经达到了数十GHz量级。

实用新型内容

为解决背景中存在的技术问题，本实用新型提供一种线宽数十兆赫兹、基于全光纤结构的可调谐纳秒深紫外激光器。采用超大模场的增益光纤作为主放大器来提高受激布里渊散射的阈值，从而得足够峰值功率的基频光源。选用室温条件下角度匹配的LBO晶体和BBO晶体进行二倍频和四倍频的频率转换。频率转换器为集成好的封装模块，作为激光输出头使用，具有简单紧凑、稳定性好、拆卸方便等优点。采用光纤耦合的半导体激光器作为窄线宽光纤激光器的种子光源，其狭窄的发射谱线可以保证激光应用时的光谱分辨率。另外，此种子光源的输出激光的脉宽和重频可以简单自由的调节，可以显著提高其应用效率。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种数十兆赫兹窄线宽可调谐纳秒紫外激光器，其特征在于，包括：窄线宽光纤种子源，光纤放大器和频率变换器，所述窄线宽光纤种子源为光纤耦合的半导体激光器，用于产生特定线宽和脉宽的激光信号，所述激光信号的线宽为几十MHz，所述激光信号的脉宽20ns-200ns；所述激光信号的重复频率为10Hz-100kHz；所述光纤放大器包括五级光纤预放大器和光纤主放大器，所述光纤主放大器为超大模场直径的增益光纤；所述频率变换器为非线性倍频晶体级联组成的倍频模块，用于将窄线宽纳秒可调谐光纤激光进行4倍频得到波长为266nm的深紫外激光。

窄线宽光纤种子源为光纤耦合的半导体激光器，用于产生窄线宽光纤激光信号，保证激光应用时的光谱分辨率。