專利名稱:456nm固體藍(lán)光泵浦360nm紫外全固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種全固體激光器,尤其是涉及一種以456nm固體激光泵浦摻Pr: GV04的 倍頻360nm紫外全固體激光器。
背景技術(shù):
紫外激光在材料加工、工業(yè)制造、半導(dǎo)體性能測(cè)試、激光全息等領(lǐng)域具有特殊的應(yīng)用前 景,迄今,這些紫外激光器主要包括脈沖的準(zhǔn)分子激光器和連續(xù)的氣體激光器(如363nm的 氬離子激光器和320nm氦-鎘激光器),還有近年來開發(fā)出的355nm脈沖三倍頻Nd: YAG/Nd: YV04固體激光器。其中,準(zhǔn)分子激光器的系統(tǒng)復(fù)雜、效率低、使用壽命較短;氣體紫外激 光器的體積龐大、效率低、輸出功率低(如美國(guó)Coherent公司的INOVA300C波長(zhǎng)為363nm 的氬離子激光最大輸出功率僅為150mW,但價(jià)格在8萬美元以上;而氦-鎘激光輸出功率在 10mW左右,價(jià)格也達(dá)數(shù)萬美元);而355nmNd: YAG/Nd: YV04固體激光器由于是在1064nm 基波的基礎(chǔ)上三倍頻獲得的,閾值較高,轉(zhuǎn)換效率比較低,因此,為了達(dá)到瓦級(jí)輸出, 一般 采用調(diào)Q脈沖運(yùn)轉(zhuǎn),系統(tǒng)較為復(fù)雜,還需水冷工作。無論是上述哪種紫外激光器,都在不同 程度上存在系統(tǒng)復(fù)雜、效率低下、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn),為了克服上述缺點(diǎn),最近Coherent公司 與德國(guó)漢堡大學(xué)合作,利用479nm藍(lán)色泵浦光半導(dǎo)體(OPS)作為泵浦源,激發(fā)Pr: YLiF4激光 晶體,產(chǎn)生720nm的連續(xù)激光,然后通過腔內(nèi)倍頻,在最高的5.3W藍(lán)光OPS泵浦下獲得輸 出功率達(dá)1.3W的360nm紫外全固體激光(V.Ostroumov, W.Seelert, L.Hunziker, C.Ihli, A.Richter, E.Heumann, and G.Huber, "UV generation by intracavity frequency doubling of an OPS-pumped Pr:YLF laser with 500 mW of cw power at 360 nm", (published online Feb. 19, 2007) SPIE.6451:645103)。
為了提高輸出功率,必須提高泵浦源激光的功率,從目前技術(shù)看,OPS由美國(guó)相干公司 專有,藍(lán)光最大也達(dá)到5 W以上,但是價(jià)格達(dá)10萬美元以上。在這種背景下,本申請(qǐng)人依 托現(xiàn)有的DPSSLs藍(lán)光技術(shù),在固體激光器研制方面取得突破,成功研制的波長(zhǎng)473nm全固 體連續(xù)藍(lán)光激光器,獲得最高1.6W的穩(wěn)定輸出功率,課題組主要成員賈富強(qiáng)博士與卜軼坤 博士在中科院長(zhǎng)春光機(jī)所博士論文期間取得大于5 W波長(zhǎng)456nm和457nm的穩(wěn)定功率輸出 (F.Q.Jia, Y.K.Bu, et al., "5.3W deep-blue light generation by intra-cavity frequency doubling of Nd:GdV04", Applied Physics B Vol.83(2): 244-246(2006); Q.H.Xue, Q.Zheng, Y.K.Bu, F.Q.Jia, L.S.Qian, "High-power efficient diode-pumped Nd:YVO4/LBO 457nm blue laser with 4.6-W output power", Optics Letters Vol.31(8): 1070-1072(2006))。而最新研究(鄒玉林,吳敬朋,臧競(jìng) 存等,PnGdV04晶體的光譜特性及光譜計(jì)算,中國(guó)科技論文在線,2007年09月26日, http:/Avww.paper.edu.cn)表明Pr:GV04激光晶體在455 nm附近(FWMH=6nm)具有強(qiáng)的吸收, 適合456nm/457nm的DPSSLs泵浦。通過折疊腔以及特殊的膜系設(shè)計(jì),采用LBO晶體腔內(nèi) 倍頻,獲得較高功率的紫外360nm激光輸出。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的非全固態(tài)紫外360nm激光器所存在的系統(tǒng)復(fù)雜、效率低 下、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn),提供一種456nm固體藍(lán)光泵浦360nm紫外全固體激光器。 本發(fā)明的技術(shù)方案是采用新的腔體和膜系結(jié)構(gòu)的全固態(tài)激光。 本發(fā)明設(shè)有
全固態(tài)456nm藍(lán)光激光器;
平凸耦合輸入鏡,平凸耦合輸入鏡設(shè)于全固態(tài)456nm藍(lán)光激光器的輸出端; 平面輸入鏡,平面輸入鏡的輸入端接平凸耦合輸入鏡的輸出端;
帶溫控裝置的Pr:GV04激光晶體,帶溫控裝置的Pr:GV04激光晶體的輸入端面接平面輸
入鏡;
激光輸出鏡,激光輸出鏡設(shè)于Pr:GV04激光晶體的輸出端,作為紫外光的輸出鏡; 倍頻晶體,倍頻晶體設(shè)于激光輸出鏡的后端;
折疊腔鏡(折疊腔后腰鏡),折疊腔鏡設(shè)于倍頻晶體的后端,作為紫外光的全反后腰鏡。
平面輸入鏡為456nrn增透(HT)和反射率11>96%的720nm高反介質(zhì)膜,直接鍍?cè)赑r:GV04 激光晶體的輸入端面,作為激光器的輸入鏡。
溫控裝置可采用常規(guī)的半導(dǎo)體制冷器,帶溫控裝置的Pr:GV04激光晶體和光學(xué)耦合系統(tǒng) 與其它光學(xué)元件一塊固定在基座上。
本發(fā)明提出以大功率LD泵浦Nd:GV04/LBO 456 nm作為泵浦光源,通過折疊腔以及膜 系設(shè)計(jì),采用Pr:GV04作為激光晶體,LBO晶體腔內(nèi)倍頻,獲得較高功率的紫外360nm激光 輸出。本發(fā)明的突出效果將在具體實(shí)施方式
中加以進(jìn)一步的說明。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
4圖3為平面輸入鏡的膜系理論曲線。在圖3中,橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)Wavelength (nm),縱坐 標(biāo)為透射率Transmittance(%)。
圖4為激光輸出鏡的膜系理論曲線。在圖4中,橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)Wavelength (mn),縱坐 標(biāo)為透射率Transmittance(%)。
圖5為折疊腔鏡(折疊腔后腰鏡)的膜系理論曲線。在圖5中,橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)Wavelength (nm),縱坐標(biāo)為透射率Transmittance(0/())。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明包含三個(gè)部分光學(xué)耦合系統(tǒng)、晶體設(shè)計(jì)與溫控裝置和諧振腔體設(shè)計(jì)。 如圖1、 2所示本發(fā)明設(shè)有全固態(tài)456nm藍(lán)光激光器l、平凸耦合輸入鏡2、平面輸入 鏡3、帶溫控裝置的Pr:GV04激光晶體4、激光輸出鏡5、倍頻晶體6和折疊腔鏡(折疊腔后 腰鏡)7。平凸耦合輸入鏡2設(shè)于全固態(tài)456nm藍(lán)光激光器1的輸出端,平面輸入鏡3的輸 入端接平凸耦合輸入鏡2的輸出端;帶溫控裝置的Pr:GV04激光晶體4的輸入端面接平面輸 入鏡3,激光輸出鏡5設(shè)于PnGV04激光晶體4的輸出端,作為紫外光的輸出鏡;倍頻晶體6 設(shè)于激光輸出鏡5的后端;折疊腔鏡(折疊腔后腰鏡)7設(shè)于倍頻晶體6的后端,作為紫外 光的全反后腰鏡。
平面輸入鏡3為456nm增透(HT)和反射率11>96%的720nm高反介質(zhì)膜,直接鍍?cè)?Pr:GV04激光晶體4的輸入端面,作為激光器的輸入鏡。
溫控裝置可采用常規(guī)的半導(dǎo)體制冷器,帶溫控裝置的Pr:GV04激光晶體4和光學(xué)耦合系 統(tǒng)與其它光學(xué)元件一塊固定在基座上。
全固態(tài)456nm藍(lán)光激光器1輸出的456nm連續(xù)藍(lán)光激光通過平凸耦合輸入鏡(凸透鏡) 2耦合聚焦后輸入Pr:GV04激光晶體4;帶溫控裝置的Pr:GV04激光晶體4的輸入端面作為 平面輸入鏡3,平面輸入鏡3鍍上456nm處透射率T> 96Q/。的增透(HT)和720nm處高反射率 (1111)11>99.5%的介質(zhì)膜,其理論設(shè)計(jì)曲線如圖3所示。
激光輸出鏡5鍍360nm處高透(1>98%),同時(shí)720nm處高反(R>99.9%)介質(zhì)膜,其 理論設(shè)計(jì)曲線如圖4所示。
折疊腔鏡(折疊腔后腰鏡)7鍍有360nm、 720nm處均高反(R>99.5%)介質(zhì)膜,其理論 設(shè)計(jì)曲線如圖5所示。
倍頻晶體(LBO) 6鍍上商業(yè)化的寬帶增透介質(zhì)膜。
在本發(fā)明中,為了提高紫外360nm激光輸出功率與光束質(zhì)量等特性,可作如下設(shè)計(jì) 膜系設(shè)計(jì)根據(jù)已知的偏振光譜性質(zhì),優(yōu)化設(shè)計(jì)全固態(tài)456nm藍(lán)光激光器泵浦Pr:GV(VLBO產(chǎn)生基波720nm及其倍頻360nm的腔體結(jié)構(gòu)、晶體參數(shù)和膜系,提高360 nm 紫外激光的輸出功率水平。
腔體設(shè)計(jì)選擇合適的腔體結(jié)構(gòu),利用相應(yīng)的諧振腔原理對(duì)腔長(zhǎng)和泵浦光的耦合輸入系 統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì),確定激光晶體的位置,保證晶體對(duì)泵浦光的吸收達(dá)到最佳;同時(shí)考慮輸出 耦合鏡的曲率半徑和鍍膜,盡可能減小腔內(nèi)的損耗,獲得較好的光束質(zhì)量。
激光研究采用折疊腔結(jié)構(gòu),以大功率LD泵浦Nd:GV04/LBO 456 nm激光泵浦設(shè)計(jì)膜 系,產(chǎn)生720nm四能級(jí)偏振激光,通過LBO非線性激光晶體的二次倍頻,產(chǎn)生360nm紫外 激光,在優(yōu)化設(shè)計(jì)的條件下,可使紫外360nm譜線激光輸出功率均大于lW。
平面輸入鏡456nmHT, 720nmHR。
激光輸出鏡360nmHT, 720nmHR。
折疊腔鏡360nm&720nmHR。
權(quán)利要求
1.456nm固體藍(lán)光泵浦360nm紫外全固體激光器,其特征在于設(shè)有全固態(tài)456nm藍(lán)光激光器;平凸耦合輸入鏡,平凸耦合輸入鏡設(shè)于全固態(tài)456nm藍(lán)光激光器的輸出端;平面輸入鏡,平面輸入鏡的輸入端接平凸耦合輸入鏡的輸出端;帶溫控裝置的Pr:GVO4激光晶體,帶溫控裝置的Pr:GVO4激光晶體的輸入端面接平面輸入鏡;激光輸出鏡,激光輸出鏡設(shè)于Pr:GVO4激光晶體的輸出端,作為紫外光的輸出鏡;倍頻晶體,倍頻晶體設(shè)于激光輸出鏡的后端;折疊腔鏡,折疊腔鏡設(shè)于倍頻晶體的后端,作為紫外光的全反后腰鏡。
2. 如權(quán)利要求1所述的456nm固體藍(lán)光泵浦360nm紫外全固體激光器,其特征在于所 述平面輸入鏡為456nm增透和反射率11>96%的720nm高反介質(zhì)膜,直接鍍?cè)赑nGV04激光 晶體的輸入端面,作為激光器的輸入鏡。
3. 如權(quán)利要求1所述的456nm固體藍(lán)光泵浦360nm紫外全固體激光器,其特征在于溫 控裝置為半導(dǎo)體制冷器。
全文摘要
456nm固體藍(lán)光泵浦360nm紫外全固體激光器,涉及一種全固體激光器。提供一種456nm固體藍(lán)光泵浦360nm紫外全固體激光器。設(shè)有全固態(tài)456nm藍(lán)光激光器、平凸耦合輸入鏡、平面輸入鏡、帶溫控裝置的Pr:GVO<sub>4</sub>激光晶體、激光輸出鏡、倍頻晶體和折疊腔鏡。平凸耦合輸入鏡設(shè)于全固態(tài)456nm藍(lán)光激光器的輸出端;平面輸入鏡輸入端接平凸耦合輸入鏡輸出端;帶溫控裝置的Pr:GVO<sub>4</sub>激光晶體的輸入端面接平面輸入鏡;激光輸出鏡設(shè)于Pr:GVO<sub>4</sub>激光晶體的輸出端,作為紫外光的輸出鏡;倍頻晶體設(shè)于激光輸出鏡的后端;折疊腔鏡設(shè)于倍頻晶體的后端,作為紫外光的全反后腰鏡。
文檔編號(hào)H01S3/04GK101540472SQ200910111548
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者卜軼坤, 斌 徐, 蔡志平, 許惠英, 賈富強(qiáng), 棟 魏 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)