本發(fā)明涉及激光和非線性晶體器件，尤其是涉及一種自倍頻紫外激光器。

背景技術(shù)：

1、紫外激光具有波長短，易聚焦，分辨率高，光子能量大等特點而被廣泛應(yīng)用于激光保密通訊、火花點火、材料加工和激光治療等方面。例如電子行業(yè)中pcb板通孔的加工、大容量存儲光盤的加工、顯微鏡中更高分辨率的實現(xiàn)。

2、但是，目前獲得自倍頻紫外激光器的方式多為使用兩塊非線性晶體的方式，對1μm波段的紅外激光進行頻率轉(zhuǎn)換，由倍頻、和頻兩個相位匹配過程構(gòu)成，且倍頻與和頻過程晶體的切割角度不同、所需偏振態(tài)不同，相應(yīng)地需要兩塊自倍頻激光晶體。由于非線性光學(xué)晶體是光學(xué)變頻器中的核心部件，也是光學(xué)變頻器中最為昂貴的部件，所以相對于傳統(tǒng)的兩塊晶體制成的激光器，成本較高、調(diào)整復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種自倍頻紫外激光器，只需一塊晶體即可實現(xiàn)三倍頻的過程從而獲得自倍頻紫外激光輸出，具有體型小、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、重量輕、集成化、光束質(zhì)量高、可靠性高、成本低等優(yōu)點。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種自倍頻紫外激光器，包括按順序依次排列設(shè)置的泵浦源、激光諧振腔、自倍頻激光晶體、λ/4波片和全反鏡；所述激光諧振腔包括輸入腔鏡和輸出腔鏡，所述自倍頻激光晶體位于所述輸入腔鏡和輸出腔鏡之間；所述自倍頻激光晶體為能夠同時實現(xiàn)近紅外波段基頻激光振蕩、基頻激光的倍頻、基頻激光與倍頻激光和頻產(chǎn)生三倍頻或倍頻光再倍頻產(chǎn)生四倍頻光的激光晶體，所述自倍頻激光晶體的通光方向為最佳倍頻方向與最佳三倍頻或四倍頻的方向，兩個方向不在同一直線上，通過使光路在所述自倍頻激光晶體的一側(cè)面發(fā)生全反射實現(xiàn)光路重合，使兩個方向組成通光方向。

3、優(yōu)選的，所述泵浦源為發(fā)射中心波長為940-980nm波段的二極管激光器、光纖激光器或固體激光器。

4、優(yōu)選的，所述自倍頻激光晶體為不規(guī)則多面體；所述自倍頻激光晶體在倍頻方向的通光長度(從入射點到發(fā)生全反射點的距離)為1mm-30mm，在三倍頻或四倍頻方向的通光長度(從發(fā)生全反射點到出射點的距離)為1mm-30mm。

5、優(yōu)選的，所述自倍頻激光晶體為不規(guī)則六面體結(jié)構(gòu)，所述自倍頻激光晶體的長度l1為3-40mm，l2為1-20mm，斜邊w1為1-25mm，w2為1-25mm，厚度h1為0.5-10mm，長度l1與l2之間的寬度具體根據(jù)不同的相位匹配角度確定。

6、優(yōu)選的，所述自倍頻激光晶體為yb3+:yal(bo3)4晶體。

7、優(yōu)選的，所述自倍頻激光晶體的最佳相位匹配方向是有效非線性系數(shù)最大的方向，激光在所述自倍頻激光晶體內(nèi)傳播時，在所述自倍頻激光晶體的一側(cè)面發(fā)生全反射，呈v字形傳播，從而保證基頻光、倍頻光、三倍頻或四倍頻光的傳播方向保持一致，該傳播方向即為最佳相位匹配方向。

8、優(yōu)選的，所述自倍頻激光晶體發(fā)生全反射的一面進行拋光或進行拋光后鍍有反射膜；所述自倍頻激光晶體包裹在熱沉上，所述熱沉的材質(zhì)為紫銅或黃銅，所述熱沉中通有循環(huán)冷卻液或連接tec制冷片。

9、優(yōu)選的，所述反射膜為對泵浦光940-980nm波段、基頻光1000-1100nm波段、倍頻光500-550nm波段和三倍頻光330-370nm波段或四倍頻光250-275nm波段均高反射的反射膜。

10、優(yōu)選的，所述輸入腔鏡鍍有對泵浦光和三倍頻光高透過同時對基頻光及倍頻光高反射的介質(zhì)膜a，所述輸出腔鏡鍍有對泵浦光、三倍頻光和基頻光高反射同時對倍頻光高透過的介質(zhì)膜b；所述介質(zhì)膜a為對泵浦光940-980nm波段和三倍頻光330-370nm波段高透過同時對基頻光1000-1100nm波段及倍頻光500-550nm波段高反射的介質(zhì)膜；所述介質(zhì)膜b為對泵浦光940-980nm波段、三倍頻光330-370nm波段和基頻光1000-1100nm波段高反射同時對倍頻光500-550nm波段高透過的介質(zhì)膜。

11、優(yōu)選的，所述輸入腔鏡鍍有對泵浦光和四倍頻光高透過同時對基頻光及倍頻光高反射的介質(zhì)膜c，所述輸出腔鏡鍍有對泵浦光、四倍頻光和基頻光高反射同時對倍頻光高透過的介質(zhì)膜d；所述介質(zhì)膜c為對泵浦光940-980nm波段和四倍頻光250-275nm波段高透過同時對基頻光1000-1100nm波段及倍頻光500-550nm波段高反射的介質(zhì)膜；所述介質(zhì)膜d為對泵浦光940-980nm波段、四倍頻光250-275nm波段和基頻光1000-1100nm波段高反射同時對倍頻光500-550nm波段高透過的介質(zhì)膜。

12、因此，本發(fā)明采用上述一種自倍頻紫外激光器，具有以下有益效果：

13、(1)本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上，采用一塊晶體結(jié)構(gòu)獲得自倍頻紫外激光的方式，自倍頻紫外激光器中的倍頻過程和和頻過程在一塊晶體中發(fā)生，不僅解決了相位匹配方向不一致的問題，還解決了偏振態(tài)不一致的問題，減少了產(chǎn)生紫外激光過程中晶體的使用數(shù)量，降低了成本的同時提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、重量輕、集成化等優(yōu)點。

14、(2)本發(fā)明中自倍頻激光晶體中的通光方向為倍頻及和頻的最佳相位匹配方向，可以保證轉(zhuǎn)換效率的最大化的同時體積最小，易于產(chǎn)品的生產(chǎn)和推廣使用。

15、(3)本發(fā)明的激光器結(jié)構(gòu)設(shè)計具有簡單、易于操作、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易于更換和調(diào)試等優(yōu)勢。

16、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

技術(shù)特征：

1.一種自倍頻紫外激光器，其特征在于：包括按順序依次排列設(shè)置的泵浦源、激光諧振腔、自倍頻激光晶體、λ/4波片和全反鏡；所述激光諧振腔包括輸入腔鏡和輸出腔鏡，所述自倍頻激光晶體位于所述輸入腔鏡和輸出腔鏡之間；所述自倍頻激光晶體為能夠同時實現(xiàn)近紅外波段基頻激光振蕩、基頻激光的倍頻、基頻激光與倍頻激光和頻產(chǎn)生三倍頻或倍頻光再倍頻產(chǎn)生四倍頻的激光晶體，所述自倍頻激光晶體的通光方向為最佳倍頻方向與最佳三倍頻或四倍頻的方向，兩個方向不在同一直線上，通過使光路在所述自倍頻激光晶體的一側(cè)面發(fā)生全反射實現(xiàn)光路重合，使兩個方向組成通光方向。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自倍頻紫外激光器，其特征在于：所述泵浦源為發(fā)射中心波長為940-980nm波段的二極管激光器、光纖激光器或固體激光器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自倍頻紫外激光器，其特征在于：所述自倍頻激光晶體為不規(guī)則多面體；所述自倍頻激光晶體在倍頻方向的通光長度為1mm-30mm，在三倍頻或四倍頻方向的通光長度為1mm-30mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自倍頻紫外激光器，其特征在于：所述自倍頻激光晶體為不規(guī)則六面體結(jié)構(gòu)，所述自倍頻激光晶體的長度l1為3-40mm，l2為1-20mm，斜邊w1為1-25mm，w2為1-25mm，厚度h1為0.5-10mm，長度l1與l2之間的寬度具體根據(jù)不同的相位匹配角度確定。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自倍頻紫外激光器，其特征在于：所述自倍頻激光晶體為yb3+:yal(bo3)4晶體。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自倍頻紫外激光器，其特征在于：所述自倍頻激光晶體的最佳相位匹配方向是有效非線性系數(shù)最大的方向，激光在所述自倍頻激光晶體內(nèi)傳播時，在所述自倍頻激光晶體的一側(cè)面發(fā)生全反射，呈v字形傳播，從而保證基頻光、倍頻光、三倍頻光或四倍頻光的傳播方向保持一致，該傳播方向即為最佳相位匹配方向。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自倍頻紫外激光器，其特征在于：所述自倍頻激光晶體發(fā)生全反射的一面進行拋光或進行拋光后鍍有反射膜；所述自倍頻激光晶體包裹在熱沉上，所述熱沉的材質(zhì)為紫銅或黃銅，所述熱沉中通有循環(huán)冷卻液或連接tec制冷片。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種自倍頻紫外激光器，其特征在于：所述反射膜為對泵浦光940-980nm波段、基頻光1000-1100nm波段、倍頻光500-550nm波段和三倍頻光330-370nm波段或四倍頻光250-275nm波段均高反射的反射膜。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自倍頻紫外激光器，其特征在于：所述輸入腔鏡鍍有對泵浦光和三倍頻光高透過同時對基頻光及倍頻光高反射的介質(zhì)膜a，所述輸出腔鏡鍍有對泵浦光、三倍頻光和基頻光高反射同時對倍頻光高透過的介質(zhì)膜b；所述介質(zhì)膜a為對泵浦光940-980nm波段和三倍頻光330-370nm波段高透過同時對基頻光1000-1100nm波段及倍頻光500-550nm波段高反射的介質(zhì)膜；所述介質(zhì)膜b為對泵浦光940-980nm波段、三倍頻光330-370nm波段和基頻光1000-1100nm波段高反射同時對倍頻光500-550nm波段高透過的介質(zhì)膜。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自倍頻紫外激光器，其特征在于：所述輸入腔鏡鍍有對泵浦光和四倍頻光高透過同時對基頻光及倍頻光高反射的介質(zhì)膜c，所述輸出腔鏡鍍有對泵浦光、四倍頻光和基頻光高反射同時對倍頻光高透過的介質(zhì)膜d；所述介質(zhì)膜c為對泵浦光940-980nm波段和四倍頻光250-275nm波段高透過同時對基頻光1000-1100nm波段及倍頻光500-550nm波段高反射的介質(zhì)膜；所述介質(zhì)膜d為對泵浦光940-980nm波段、四倍頻光250-275nm波段和基頻光1000-1100nm波段高反射同時對倍頻光500-550nm波段高透過的介質(zhì)膜。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種自倍頻紫外激光器，包括按順序依次排列設(shè)置的泵浦源、激光諧振腔、自倍頻激光晶體、λ/4波片和全反鏡；所述激光諧振腔包括輸入腔鏡和輸出腔鏡，所述自倍頻激光晶體位于所述輸入腔鏡和輸出腔鏡之間；所述自倍頻激光晶體的通光方向為最佳倍頻方向與最佳三倍頻或四倍頻的方向，兩個方向不在同一直線上，通過使光路在所述自倍頻激光晶體的一側(cè)面發(fā)生全反射實現(xiàn)光路重合，使兩個方向組成通光方向。本發(fā)明采用上述的一種自倍頻紫外激光器，只需一塊晶體即可實現(xiàn)三倍頻或四倍頻的過程從而獲得自倍頻紫外激光輸出，具有體型小、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、重量輕、集成化、光束質(zhì)量高、可靠性高、成本低等優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：杜金恒,劉文宇,李玉斌
受保護的技術(shù)使用者：山東極致光電科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21