專利名稱：一種可連續(xù)調(diào)諧的全固態(tài)紫外激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光裝置，尤其涉及一種可實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧輸出的全固態(tài) 紫外激光器。屬光電子、激光領(lǐng)域。
技術(shù)背景全固態(tài)可調(diào)諧激光器由于具有體積小、功率高、波長可調(diào)等特點在許多領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。鈦寶石激光器更由于其增益曲線寬(660nm 1100nm)的 特點倍受關(guān)注。但在以往的實驗研究中，為了獲得調(diào)諧范圍大于200nm的可 調(diào)諧激光輸出， 一般采用換用不同輸出鏡的方法，即輸出不同波段的光需要 換用不同波段的輸出鏡。例如要獲得700 1000rim之間可調(diào)諧輸出，那么需 要使用700 850nm和850 1000nm兩種輸出鏡分別獲得700 850nm和850 1000nm可調(diào)諧輸出。由于要換用輸出鏡，激光器諧振腔需要重新調(diào)整；另外， 輸出的各不同波段之間還有交叉重疊，即在上一個波段輸出的某些波長在下 一個波段內(nèi)還會出現(xiàn)，所以激光器操作起來不但程序復(fù)雜，而且還嚴(yán)重影響 了儀器的使用效率。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服上述激光器需換用不同波段輸出鏡、 重新調(diào)整腔結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)寬波段(調(diào)諧范圍大于200nm)可調(diào)諧激光輸出以及不 同輸出波段之間有交叉重疊的缺點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。本激光器主要包括泵 浦源1、第一光學(xué)耦合透鏡2a、第二光學(xué)耦合透鏡2b、激光增益介質(zhì)3、調(diào) 諧元件4、全反鏡5、輸出鏡6、倍頻晶體7和光路轉(zhuǎn)折鏡8，其特征在于-所述的輸出鏡6可以根據(jù)泵浦源1功率和連續(xù)調(diào)諧激光器輸出帶寬的不同， 其拋光面沿X軸可以分為兩部分或分為三部分或分為四部分分別鍍膜。要實現(xiàn)700 900nm連續(xù)調(diào)諧輸出，所述的輸出鏡6拋光面沿X軸分為
兩部分鍍膜，鍍兩種帶寬為100nm膜系——700 800nm和800 900nm;輸出 鏡6拋光面的一半鍍700 800nm的部分反射膜，700nm透過率為T=4 8%， 每lOnm透過率增加1% 2%，則800nm的透過率為T=18% 20%;另一半 鍍800 900nm的部分反射膜，800nm透過率為T=18% 20%，每lOnm透過 率降低1% 2%，則900nm的透過率為T=4% 8%。
要實現(xiàn)600 900nm連續(xù)調(diào)諧輸出，那么所述的輸出鏡6拋光面沿X軸 分為三部分鍍膜時，鍍?nèi)N帶寬為100nm膜系——600 700nm 、 700 800nm 和800 900nm。輸出鏡6剖光面的三分之一鍍600 700nm的部分反射膜， 700nm透過率為T=4 8%，每lOnm透過率降低0. 1% 0. 2%，貝U 600nm的透 過率為T=2% 7%;輸出鏡中間的三分之一鍍700 800nm的部分反射膜， 700nm透過率為T=4 8%，每lOnm透過率增加1 % 2%，則800nm的透過率 為丁=18% 20%;剩下的三分之一鍍800 900nm的部分反射膜，800nm透過 率為1^18% 20%，每10nm透過率降低2%，則900nm的透過率為T=4% 8%
要實現(xiàn)600 1000nm連續(xù)調(diào)諧輸出，那么所述的輸出鏡6拋光面沿X軸 分為四部分鍍膜時，鍍四種帶寬為100nm膜系——600 700nm 、 700 800nm、 800 900nm和900 1000nm。輸出鏡6剖光面的四分之一鍍600 700nm的部 分反射膜，700nm透過率為T=4% 8%，每lOnm透過率降低0. 1 % 0. 2%， 則600nm的透過率為T=2% 7%;輸出鏡的四分之一鍍700 800nm的部分反 射膜，700nm透過率為T=4% 8%，每lOnm透過率增加1 % 2% ，則800nm 的透過率為T=18% 20%;四分之一鍍800 900nm的部分反射膜，800nm透 過率為丁=20%，每10nm透過率降低1% 2%，貝U 900nm的透過率為T=4% 8 %。剩下的四分之一鍍900 1000nm的部分反射膜，900nm透過率為T=4% 8 %，每10nm透過率降低0.1X 0. 2%，則1000nm的透過率大概為T=2% 7%所述的泵浦源1采用輸出被長為532nm的LD列陣泵浦Nd: YAG倍頻激光
器或者采用輸出波長為532nm的燈泵Nd倍頻激光器或者采用輸出波長為 532nm的氬離子激光器。所述的泵浦源1輸出的方式是連續(xù)、準(zhǔn)連續(xù)、脈沖三種不同方式中的任何一種。所述的激光增益介質(zhì)3為可實現(xiàn)調(diào)諧輸出的鈦寶石激光晶體(Ti : Al A)或 為紫翠寶石(Cr:BeAl204)或為鎂橄欖石(Cr:Mg2Si04)或為摻絡(luò)的釔釹石榴 石(Cr4:YAG)。所述的調(diào)諧元件4可以是棱鏡也可以是光柵等其他調(diào)諧元件。可以同一 種類也可以不同種類調(diào)諧元件同時使用；調(diào)諧元件使用的數(shù)量可以是一個也 可以是多個。所述的倍頻晶體7為LBO (三硼酸鋰)或KTP (磷酸鈦氧鉀)或BBO (偏 硼酸鋇)或KNbCb (鈮酸鋰)，可以溫度調(diào)諧，也可以角度調(diào)諧，從而實現(xiàn)從 紫外到可見光的倍頻激光的輸出。倍頻晶體7除可以放置在輸出鏡6之外實 現(xiàn)腔外倍頻之外，亦可以放置在輸出鏡6之內(nèi)實現(xiàn)腔內(nèi)倍頻。諧振腔型可以是線性腔型結(jié)構(gòu)或折疊腔型結(jié)構(gòu)，也可以是環(huán)型腔結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的原理是利用不同波長的光通過棱鏡后因折射率的不同在空間會色 散開，那么在調(diào)諧輸出鏡上針對不同波長的光對應(yīng)的位置就不同，即不同波 長的光在調(diào)諧輸出鏡上按次序一維排列。利用這一特點，并按不同波長的光 在增益介質(zhì)中增益大小的不同，對輸出鏡的膜系進(jìn)行設(shè)計，以保證低增益波 段(靠近660nm和1100nm的波段)也能起振。本發(fā)明的可實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧全固態(tài)紫外激光器，通過采用上述技術(shù)方案， 不需要更換輸出鏡、不需重新調(diào)整諧振腔，只需旋轉(zhuǎn)全反鏡5就可以實現(xiàn)調(diào) 諧范圍大于200nm的連續(xù)調(diào)諧輸出。而且輸出的兩波段之間沒有交叉重疊。 通過倍頻以后可以實現(xiàn)紫外及可見光連續(xù)調(diào)諧輸出。


圖1是本發(fā)明的可實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧全固態(tài)紫外激光器實施的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本發(fā)明的可實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧全固態(tài)紫外激光器輸出端鏡的膜系示意圖
圖中1、泵浦源，2a、第一光學(xué)耦合透鏡，2b、第二光學(xué)耦合透鏡，3 激光增益介質(zhì)，4調(diào)諧元件，5、全反鏡，6輸出鏡，7倍頻晶體，8、光路轉(zhuǎn)折鏡。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 本發(fā)明中所述的各部分鍍膜的帶寬可以在50 200nm之間選擇。 如果采用鈦寶石作為激光增益介質(zhì)，對應(yīng)的輸出波長為660nm 1100nm， 倍頻光對應(yīng)為330nm 550nm。第一光學(xué)耦合透鏡2a可以選焦距100 300nm 的正透鏡，第二光學(xué)耦合透鏡2b可以選焦距40 100nm的正透鏡。泵浦源1 可以為輸出波長為532nm的LD列陣泵浦Nd: YAG倍頻激光器或者為輸出波長 為532nm的燈泵Nd倍頻激光器，也可以為輸出波長為532nm的氬離子激光器。 泵浦源1輸出的方式是連續(xù)或為準(zhǔn)連續(xù)或為脈沖。激光增益介質(zhì)3可以選為 能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)諧輸出的鈦寶石激光晶體，也可以為紫翠寶石或者為鎂橄欖石、 Cr4:YAG、 Cr丄iSAF。調(diào)諧元件4可以是棱鏡或者是光柵等其他調(diào)諧元件，調(diào) 諧元件4的數(shù)量可以是一個或者是多于一個。倍頻晶體7可以為三硼酸鋰、 磷酸鈦氧鉀、偏硼酸鋇、鈮酸鋰。倍頻晶體7放置在輸出鏡6之外實現(xiàn)腔外 倍頻之外，也可以放置在輸出鏡6之內(nèi)實現(xiàn)腔內(nèi)倍頻。諧振腔型可以為線性 腔型結(jié)構(gòu)，也可以為折疊腔型結(jié)構(gòu)和環(huán)型腔結(jié)構(gòu)。
實施例1:
本實施例所采用的鍍膜帶寬為100nm;采用LD泵浦的532nm準(zhǔn)連續(xù)Nd:YAG 激光器作為泵浦源泵浦鈦寶石固體激光器；通過棱鏡進(jìn)行調(diào)諧實現(xiàn)700 900nm基頻的可調(diào)諧輸出；并通過頻率變換的方式實現(xiàn)波長350 450nm連續(xù) 可調(diào)的紫激光輸出。具體內(nèi)容如下 1) 用現(xiàn)有的LD (波長808nm)泵浦的532nm準(zhǔn)連續(xù)Nd: YAG lb激光器作
為泵浦源，其最大輸出平均功率可以達(dá)到25W;采用聲光調(diào)制器lc進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，調(diào)制頻率為5KHz。為了提高532nm的光束質(zhì)量以提高泵浦效率，實驗 中采用平一凸非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)一一全反鏡(la)是鍍有1.06um全反膜的平凸透鏡 (R=600);輸出鏡(Id)為鍍有1. 06um全反膜(反射率大于99. 8% )和532nm 高透膜(透過率大于95%)的平片。全反鏡la和輸出鏡ld之間距離為320mm。2) 532nm綠光經(jīng)第一光學(xué)耦合透鏡2a (焦距值f=150)后泵浦鈦寶石 晶體，通過布儒斯特棱鏡(材料重火石玻璃ZF4，頂角60. l")作為調(diào)諧元 件，通過調(diào)節(jié)諧振腔中全反鏡5的角度來實現(xiàn)700 900nm寬調(diào)諧基頻輸出， 鈦寶石諧振腔的總腔長為140mm。第二光學(xué)耦合透鏡2b為焦距60mm的正透鏡。3) 根據(jù)不同波長的光在增益介質(zhì)中增益大小的不同，對輸出鏡6的膜系 進(jìn)行設(shè)計，如圖2所示即在一個輸出鏡6鍍兩種帶寬為100nm膜系，即700 800nm和800 900nm。輸出鏡6的一半鍍700 800nm的部分反射膜，700nm 透過率為T=8%，每lOnm透過率增加1 % ，則800nm的透過率大概為T=18% 。 另一半鍍800 900腿的部分反射膜800腿透過率為T=18%，每10nm透過率降 低1。％，則900nm的透過率大概為T二8X。這樣在使用中，需將輸出鏡的中心 調(diào)整到800，處，然后只需通過旋轉(zhuǎn)全反鏡5，就可以實現(xiàn)700 900nm激光 的連續(xù)調(diào)諧輸出，而諧振腔的其它腔鏡不用調(diào)整。4) 倍頻晶體7利用大非線性系數(shù)、高破壞閾值的LBO晶體，采用I類相 位匹配，尺寸為3x6x20mm3，并對LBO進(jìn)行精確控溫(±0.1 C")以實現(xiàn)高轉(zhuǎn) 換效率的倍頻激光，通過旋轉(zhuǎn)LB0匹配角度(43.4" 22.8(')，即通過角度匹配 對700 900nm基頻光進(jìn)行倍頻，從而實現(xiàn)350nm 450nm之間連續(xù)倍頻輸出。實施例2:本實施例與實施例1的主要區(qū)別在于輸出鏡6拋光面沿X軸分為三部分 分別鍍膜，可實現(xiàn)600 900nm連續(xù)調(diào)諧輸出。具體鍍膜方法為沿X軸從 左到右依次鍍?nèi)N帶寬為lOOnm膜系——600 700nm 、 700 800nm和800 900腿。輸出鏡6拋光面的左邊的三分之一鍍600 700nm的部分反射膜，700nm
透過率為T二80/。，每IO歷透過率降低O. 2%，則600nm的透過率為T二6X。輸 出鏡6中間的三分之一鍍700 800nm的部分反射膜，700nm透過率為T=8%， 每10nm透過率增加1%，則800nm的透過率為T=18%。剩下的右邊的三分之 一鍍800 900nm的部分反射膜，800nm透過率為T=18% ，每lOnm透過率降 低1 % ，則900nm的透過率為T=8% 。 實施例3:
本實施例與實施例1的主要區(qū)別在于輸出鏡6拋光面沿X軸分為四部分 分別鍍膜，可以實現(xiàn)600 1000nm連續(xù)調(diào)諧輸出。具體鍍膜方法為沿X軸 從左到右依次鍍四種帶寬為100nm膜系——600 700nm 、700 800nm、 800 900nm和900 1000nm。輸出鏡6拋光面的四分之一鍍600 700nm的部分反 射膜，700nm透過率為T=8%，每lOnm透過率降低0. 2% ，則600nm的透過率 為T=6%;輸出鏡6的四分之一鍍700 800nm的部分反射膜，700nm透過率 為T二8X，每10nm透過率增加1%，則800nm的透過率為T=18%;四分之一 鍍800 900醒的部分反射膜，800nm透過率為T=18%，每10nm透過率降低l %，則900咖的透過率為1=8%。剩下的四分之一鍍900 1000nm的部分反射 膜，900nm透過率為T=8%，每lOnm透過率降低0. 2% ，則1000nm的透過率 大概為T=6%。
權(quán)利要求
1.一種可連續(xù)調(diào)諧的全固態(tài)紫外激光器，包括泵浦源(1)、第一光學(xué)耦合透鏡(2a)、第二光學(xué)耦合透鏡(2b)、激光增益介質(zhì)(3)、調(diào)諧元件(4)、全反鏡(5)、輸出鏡(6)、倍頻晶體(7)和光路轉(zhuǎn)折鏡(8)，其特征在于所述的輸出鏡(6)的拋光面沿X軸分為兩部分或分為三部分或分為四部分分別鍍膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可連續(xù)調(diào)諧的全固態(tài)紫外激光器，其特征在于 所述的輸出鏡(6)拋光面沿X軸分為兩部分鍍膜，鍍兩種帶寬為lOOnm膜系 ——700 800nm和800 900nm;輸出鏡(6)拋光面的一半鍍700 800nm的 部分反射膜，700nm透過率為T=4 8%，每IO腿透過率增加1 % 2%;另一 半鍍800 900nm的部分反射膜，800nm透過率為T=18% 20% ，每lOnm透 過率降低1% 2%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可連續(xù)調(diào)諧的全固態(tài)紫外激光器，其特征在于 所述的輸出鏡(6)拋光面沿X軸分為三部分鍍膜，鍍?nèi)N帶寬為100nm膜系 ——600 700nm 、 700 800nm和800 900nm;輸出鏡(6)拋光面的三分之 一鍍600 700nm的部分反射膜，700nm透過率為T=4 8%，每10nm透過率降 低O. 1% 0.2%;輸出鏡(6)中間的三分之一鍍700 800nm的部分反射膜， 700nm透過率為T=4 8%，每lOnm透過率增加1 % 2%;剩下的三分之一鍍 800 900nm的部分反射膜，800nm透過率為T=18% 20% ，每10nm透過率降 低2%，則900nm的透過率為1^4X 8X。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可連續(xù)調(diào)諧的全固態(tài)紫外激光器，其特征在于 所述的輸出鏡(6)拋光面沿X軸分為四部分鍍膜，鍍四種帶寬為lOOnm膜系 —……600 700nm 、 700 800簡、800 900訓(xùn)和900 1000nm;輸出鏡(6) 拋光面的四分之一鍍600 700nm的部分反射膜，700腿透過率為T=4% 8%， 每lOnm透過率降低0. 1% 0. 2%;輸出鏡的四分之一鍍700 800nm的部分 反射膜，700nm透過率為T=4% 8%,每lOnm透過率增加1 % 2%;四分之 一鍍800 900nm的部分反射膜，800nm透過率為T=20%，每10nm透過率降低 1% 2%;剩下的四分之一鍍900 1000nm的部分反射膜，900nm透過率為 T=4% 8%，每lOnm透過率降低O. 1% 0. 2%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可連續(xù)調(diào)諧的全固態(tài)紫外激光器，其特征在于: 所述的泵浦源(1)為輸出波長為532nm的LD列陣泵浦Nd: YAG倍頻激光器 或者為輸出波長為532nm的燈泵Nd倍頻激光器或者為輸出波長為532nm的氬 離子激光器；泵浦源(1)輸出的方式是連續(xù)或為準(zhǔn)連續(xù)或為脈沖。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可連續(xù)調(diào)諧的全固態(tài)紫外激光器，其特征在于 所述的激光增益介質(zhì)(3)為能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)諧輸出的鈦寶石激光晶體或為紫翠寶 石或為鎂橄欖石或為摻絡(luò)的釔釹石榴石。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可連續(xù)調(diào)諧的全固態(tài)紫外激光器，其特征在于 所述的調(diào)諧元件(4)可以是棱鏡或者是光柵，調(diào)諧元件(4)的數(shù)量可以是 一個或者是多于一個。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可連續(xù)調(diào)諧的全固態(tài)紫外激光器，其特征在于 所述的倍頻晶體(7)為三硼酸鋰或為磷酸鈦氧鉀或為偏硼酸鋇或為鈮酸鋰； 倍頻晶體(7)放置在輸出鏡(6)之外或者放置在輸出鏡(6)之內(nèi)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可連續(xù)調(diào)諧的全固態(tài)紫外激光器，其特征在于 諧振腔型是線性腔型結(jié)構(gòu)或者是折疊腔型結(jié)構(gòu)或者是環(huán)型腔結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光裝置，尤其涉及一種可實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧輸出的全固態(tài)紫外激光器，屬光電子、激光領(lǐng)域。本發(fā)明主要解決在可調(diào)諧激光器中，要實現(xiàn)寬波段(調(diào)諧范圍大于200nm)可調(diào)諧激光輸出，需換用不同波段輸出鏡、重新調(diào)整腔結(jié)構(gòu)以及輸出的不同波段之間存在交叉重疊的問題。主要采用的技術(shù)方案是本發(fā)明的可實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧全固態(tài)紫外激光器的輸出鏡(6)拋光面沿X軸可以分為兩部分、三部分、四部分分別鍍膜。這樣只需旋轉(zhuǎn)全反鏡(5)即可實現(xiàn)寬波段可調(diào)諧激光輸出，諧振腔不需重新調(diào)整。進(jìn)而通過倍頻實現(xiàn)可調(diào)諧紫外光輸出。
文檔編號H01S3/105GK101132105SQ20071012149
公開日2008年2月27日 申請日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者龐慶生, 張大鵬, 港 李, 李平雪, 檬 陳, 顏凡江, 黃道波 申請人:北京工業(yè)大學(xué)