專利名稱：一種固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種固體激光器。
背景技術(shù)：
通常人們把波長(zhǎng)小于450nm的激光統(tǒng)稱為紫外激光，紫外激光從其本身來看，由于其波長(zhǎng)短，頻率高，單分子能量高等優(yōu)點(diǎn)，使得其在精密材料微加工、紫外固化、光刻等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)紫外激光的技術(shù)有多種，其中三次諧波紫外激光技術(shù)與其它技術(shù)相比較則顯得更為成熟，性能更穩(wěn)定，可獲得更高的輸出功率和峰值功率，因此有著更好的應(yīng)用前景。目前，三次諧波紫外激光技術(shù)有腔外和頻技術(shù)和腔內(nèi)和頻技術(shù)，同時(shí)不排除其它類型固體激光器也可以采用上述兩種和頻技術(shù)，但現(xiàn)有的這兩種和頻技術(shù)存有如下不足采用腔內(nèi)和頻技術(shù)時(shí)由于腔內(nèi)光學(xué)元件較多從而增加腔內(nèi)損耗，降低了激光器輸出激光的效率；同時(shí)由于腔內(nèi)多個(gè)波長(zhǎng)同時(shí)存在，彼此之間有能量交換，也易受到外界因素的影響而使輸出穩(wěn)定性和可靠性減弱。采用腔外和頻技術(shù)，基頻光和倍頻光在功率配比技術(shù)以及和頻晶體內(nèi)兩光束的作用區(qū)匹配技術(shù)長(zhǎng)期不佳，從而影響著和頻激光輸出的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，提供一種固體激光器，提高采用腔外和頻技術(shù)的固體激光器的輸出效率。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，所述固體激光器，包括泵浦裝置、諧振分離裝置、匯聚和頻裝置，其中，泵浦裝置產(chǎn)生泵浦光并經(jīng)耦合后進(jìn)入諧振分離裝置；諧振分離裝置基于泵浦光產(chǎn)生初始基頻光并分離得到兩路基頻光，一路基頻光經(jīng)過倍頻后得到的倍頻光與另一路基頻光進(jìn)行偏振方向調(diào)節(jié)后入射到匯聚和頻裝置；匯聚和頻裝置對(duì)入射的倍頻光和基頻光進(jìn)行匯聚后和頻。進(jìn)一步的，所述諧振分離裝置包括具有偏振輻射特性的增益介質(zhì)模塊、光束分離模塊、倍頻模塊和諧振腔輸出模塊，其中，增益介質(zhì)模塊和諧振腔輸出模塊構(gòu)成諧振腔，諧振腔在泵浦光的作用下產(chǎn)生初始基頻光；光束分離模塊利用初始基頻光的偏振特性將其分為兩路基頻光，一路基頻光在諧振腔內(nèi)經(jīng)倍頻模塊進(jìn)行倍頻，倍頻后的倍頻光經(jīng)諧振腔輸出模塊透射后入射到匯聚和頻裝置；另一路基頻光入射到匯聚和頻裝置。進(jìn)一步的，作為一種可選的技術(shù)方案，所述匯聚和頻裝置具體包括第一基頻光偏振片、第一基頻光半波片、基頻光角度反射鏡、角度雙色鏡、基頻光匯聚透鏡、倍頻光匯聚透鏡以及和頻晶體，其中，入射的基頻光經(jīng)第一基頻光偏振片改變光路方向后，再經(jīng)第一基頻光半波片進(jìn)行偏振方向的調(diào)節(jié)；
將經(jīng)第一基頻光半波片調(diào)節(jié)偏振方向后的基頻光通過基頻光角度反射鏡反射到達(dá)基頻光匯聚透鏡進(jìn)行光束匯聚，并經(jīng)角度雙色鏡反射到和頻晶體中；入射的倍頻光經(jīng)過倍頻光匯聚透鏡進(jìn)行光束匯聚，并經(jīng)角度雙色鏡透射到和頻晶體中。進(jìn)一步的，作為另一種可選的技術(shù)方案，所述匯聚和頻裝置具體包括第一基頻光偏振片、基頻光角度反射鏡、倍頻光半波片、角度雙色鏡、基頻光匯聚透鏡、倍頻光匯聚透鏡以及和頻晶體，其中，入射的基頻光經(jīng)第一基頻光偏振片改變光路方向后，再通過基頻光角度反射鏡到達(dá)基頻光匯聚透鏡進(jìn)行光束匯聚，然后經(jīng)角度雙色鏡反射到和頻晶體中；入射的倍頻光經(jīng)倍頻光半波片進(jìn)行偏振方向的調(diào)節(jié)后，到達(dá)倍頻光匯聚透鏡進(jìn)行光束匯聚，并經(jīng)角度雙色鏡透射到和頻晶體中。進(jìn)一步的，入射的基頻光經(jīng)基頻光匯聚透鏡后的匯聚束腰和入射的倍頻光經(jīng)倍頻光匯聚透鏡后的匯聚束腰在和頻晶體中重合；所述角度雙色鏡為一片對(duì)基頻光角度全反射、且對(duì)倍頻光角度全透射的雙色鏡， 或者，為一片對(duì)基頻光角度全透射、且對(duì)倍頻光角度全反射的雙色鏡。進(jìn)一步的，所述進(jìn)行偏振方向的調(diào)節(jié)是以達(dá)到匯聚和頻裝置輸出和頻激光功率最高為準(zhǔn)。進(jìn)一步的，所述光束分離模塊包括第二基頻光半波片和第二基頻光偏振片，其中，根據(jù)匯聚和頻裝置輸出和頻激光功率最高的需要確定對(duì)第二基頻光半波片進(jìn)行調(diào)節(jié)，初始基頻光經(jīng)第二基頻光半波片改變偏振方向后，在第二基頻光偏振片處分為兩路基頻光。進(jìn)一步的，在所述增益介質(zhì)模塊與所述光束分離模塊之間還設(shè)置有脈沖調(diào)制模塊，將對(duì)諧振腔產(chǎn)生的初始基頻光進(jìn)行調(diào)制來實(shí)現(xiàn)脈沖輸出。進(jìn)一步的，所述倍頻模塊具體包括雙色鏡和倍頻晶體，其中，所述雙色鏡為一片對(duì)基頻光全透射、且對(duì)倍頻光全反射的雙色鏡。進(jìn)一步的，所述泵浦裝置包括帶尾纖輸出的激光二極管模塊和耦合模塊，帶尾纖輸出的激光二極管模塊輸出的泵浦光通過耦合模塊入射到諧振分離裝置內(nèi)的增益介質(zhì)模塊。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明所述固體激光器至少具有下列優(yōu)點(diǎn)1.基于初始基頻光的偏振特性分離出基頻光和倍頻光，易于實(shí)現(xiàn)兩者在和頻時(shí)的高效配比，從而實(shí)現(xiàn)更高效的和頻激光輸出。2.由于本發(fā)明可以分別調(diào)節(jié)入射到匯聚和頻裝置的基頻光和倍頻光的匯聚束腰位置，避免現(xiàn)有腔外和頻技術(shù)中入射的基頻光和倍頻光共路，在經(jīng)過同一匯聚透鏡聚焦后由于波長(zhǎng)原因而引起的偏差，故，可實(shí)現(xiàn)兩者更好重疊，從而獲得更高效的和頻。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例中紫外固體激光器組成及光路示意圖；圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例中紫外固體激光器組成及光路示意圖3是本發(fā)明第三實(shí)施例中紫外固體激光器組成及光路示意圖。
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案詳細(xì)說明如下。本發(fā)明第一實(shí)施例，以采用本發(fā)明固體激光器實(shí)現(xiàn)紫外光輸出為例，介紹紫外固體激光器的組成和工作原理。該紫外固體激光器采用腔內(nèi)倍頻腔外和頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效355nm紫外激光輸出。該紫外固體激光器，其光路示意圖如圖1所示，具體包括泵浦裝置A、諧振分離裝置B、匯聚和頻裝置C，其中，泵浦裝置A包括帶尾纖輸出的激光二極管模塊1和耦合模塊2，帶尾纖輸出的激光二極管模塊1發(fā)出的泵浦光經(jīng)耦合模塊2耦合后入射到諧振分離裝置B內(nèi)的增益介質(zhì)模塊3中。激光二極管模塊1中心波長(zhǎng)為808nm，也可以是適合增益介質(zhì)模塊3吸收的其它中心波長(zhǎng)的激光二極管。諧振分離裝置B包括增益介質(zhì)模塊3、光束分離模塊20、倍頻模塊30和諧振腔輸出模塊9，其中，增益介質(zhì)模塊3可以為Nd YVO4、Nd:GaVO4、Nd: YLF, YAP等具有偏振輻射特性的晶體。諧振腔輸出模塊9為一片鍍有532nm全透膜和1064nm全反膜的諧振腔輸出鏡。本實(shí)施例中的諧振腔為直線型腔結(jié)構(gòu)，由增益介質(zhì)模塊3和諧振腔輸出模塊9構(gòu)成，除此之外也可以為“L”型、“U”型、“Z”型、“V”型等以基模形式輸出的諧振腔結(jié)構(gòu)。諧振腔在泵浦光的作用下，產(chǎn)生初始1064nm基頻光。優(yōu)選的，在增益介質(zhì)模塊3與光束分離模塊20之間還設(shè)置有脈沖調(diào)制模塊4，為一聲光調(diào)Q開關(guān)，其晶體兩端鍍有1064nm全透膜，脈沖調(diào)制模塊4用于對(duì)諧振腔產(chǎn)生的初始1064nm基頻光進(jìn)行脈沖調(diào)制。此時(shí)，經(jīng)過脈沖調(diào)制模塊4調(diào)制后的初始1064nm基頻光再經(jīng)光束分離模塊20分成兩束。光束分離模塊20包括第二基頻光半波片5和第二基頻光偏振片6。其中，第二基頻光偏振片6為1064nm偏振片，第二基頻光半波片5為1064nm半波片。根據(jù)在匯聚和頻裝置C處和頻激光輸出激光功率最高的需要，通過調(diào)節(jié)第二基頻光半波片5來改變初始1064nm基頻光的偏振方向，使得通過第二基頻光偏振片6時(shí)分成兩路1064nm基頻光一路1064nm基頻光在諧振腔內(nèi)經(jīng)倍頻模塊30進(jìn)行倍頻，倍頻后得到的 532nm倍頻光經(jīng)諧振腔輸出模塊9透射后入射到匯聚和頻裝置C ；另一路1064nm基頻光從另一方向入射到匯聚和頻裝置C。倍頻模塊30具體包括雙色鏡7和倍頻晶體8，其中，雙色鏡7為一片對(duì)1064nm基頻光全透射、且對(duì)532nm倍頻光全反射的雙色鏡。倍頻晶體8兩端鍍有1064nm和532nm雙增透膜。倍頻晶體8為I類相位匹配方式三硼酸鋰LB0，也可以采用II類LBO、II類KDP、 II 類 BBO、II 類 CLBO 等。在光路調(diào)節(jié)過程中，用兩臺(tái)激光功率計(jì)同時(shí)測(cè)試由第二基頻光偏振片6反射的 1064nm基頻光功率和經(jīng)由諧振腔輸出模塊9輸出的532nm倍頻光功率，調(diào)節(jié)第二基頻光半波片5，使得1064nm基頻光與532nm倍頻光的功率之比為1 2時(shí)，這樣便實(shí)現(xiàn)了和頻時(shí)對(duì)1064nm基頻光與532nm倍頻光的高效配比，即匯聚和頻裝置C中和頻晶體16的和頻效率最匯聚和頻裝置C具體包括第一基頻光偏振片12、第一基頻光半波片13、基頻光角度反射鏡14、角度雙色鏡11、基頻光匯聚透鏡15、倍頻光匯聚透鏡10以及和頻晶體16，其中，第一基頻光偏振片12為1064nm偏振片，第一基頻光半波片13為1064nm半波片，基頻光角度反射鏡14為45° 1064nm全反鏡，基頻光匯聚透鏡15為鍍有1064nm全透膜的匯聚透鏡，倍頻光匯聚透鏡10為鍍有532nm全透膜的匯聚透鏡。角度雙色鏡11可以為一片45° 1064nm基頻光全反射、且對(duì)532nm倍頻光全透射的雙色鏡。和頻晶體16的一端鍍532nm和1064nm雙增透膜，另一端鍍有355nm高透膜。和頻晶體16為II類相位匹配方式LB0，也可以采用I類LBO、II類BBO、II類CLBO等。入射的1064nm基頻光經(jīng)第一基頻光偏振片12調(diào)節(jié)光路方向后，再經(jīng)由第一基頻光半波片13對(duì)其進(jìn)行偏振方向調(diào)節(jié)。這里，進(jìn)行偏振方向的調(diào)節(jié)以達(dá)到匯聚和頻裝置C輸出和頻激光功率最高為準(zhǔn)。第一基頻光偏振片12也可由一片1064nm角度反射鏡代替，用于改變1064nm基頻光的光路方向。經(jīng)由第一基頻光半波片13調(diào)節(jié)偏振方向后的1064nm基頻光通過基頻光角度反射鏡14改變光路方向到基頻光匯聚透鏡15進(jìn)行光束匯聚，并經(jīng)角度雙色鏡11反射到和頻晶體16中；532nm倍頻光直接經(jīng)過倍頻光匯聚透鏡10進(jìn)行光束匯聚，并經(jīng)角度雙色鏡11透射到和頻晶體16中。優(yōu)選的，基頻光經(jīng)基頻光匯聚透鏡15后的匯聚束腰和倍頻光經(jīng)倍頻光匯聚透鏡 10后的匯聚束腰在和頻晶體16中重合，使得1064nm基頻光和532nm倍頻光在和頻晶體16 中重疊更好，從而實(shí)現(xiàn)更高效和頻。本發(fā)明第二實(shí)施例，一種紫外固體激光器，如圖2所示，與第一實(shí)施例中的固體激光器結(jié)構(gòu)大致相同，區(qū)別在于，在匯聚和頻模塊C中，用設(shè)在倍頻光匯聚透鏡10與諧振腔輸出模塊9之間的倍頻光半波片17取代第一基頻光半波片13，用于對(duì)532nm倍頻光進(jìn)行偏振方向的調(diào)節(jié)。這里，進(jìn)行偏振方向的調(diào)節(jié)時(shí)，也是以達(dá)到匯聚和頻裝置C輸出和頻激光功率最高為準(zhǔn)。本發(fā)明第三實(shí)施例，一種紫外固體激光器，如圖3所示，與第一實(shí)施例中的固體激光器結(jié)構(gòu)大致相同，區(qū)別在于，在匯聚和頻模塊C中，角度雙色鏡11為一片鍍有45° 532nm 倍頻光全反膜和1064nm基頻光全透膜的雙色鏡?；l光經(jīng)基頻光匯聚透鏡15進(jìn)行光束匯聚，透過角度雙色鏡11入射到和頻晶體16中；倍頻光經(jīng)過倍頻光匯聚透鏡10進(jìn)行光束匯聚，經(jīng)角度雙色鏡11反射進(jìn)入和頻晶體16中。除了紫外固體激光器外，本發(fā)明可以應(yīng)用到其他采用腔外和頻技術(shù)的固體激光器中。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)如下1.利用偏振光特性分離基頻光和倍頻光，易于實(shí)現(xiàn)兩者在和頻時(shí)的高效配比，從而實(shí)現(xiàn)更高效的和頻激光輸出。2.由于本發(fā)明可以分別調(diào)節(jié)入射到匯聚和頻裝置的基頻光和倍頻光的匯聚束腰位置，避免現(xiàn)有腔外和頻技術(shù)中入射的基頻光和倍頻光共光路，在經(jīng)過同一匯聚透鏡聚焦后由于波長(zhǎng)原因而引起的偏差，故，可實(shí)現(xiàn)兩者更好重疊，從而獲得更高效的和頻。通過具體實(shí)施方式
的說明，當(dāng)可對(duì)本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖示僅是提供參考與說明之用，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制。
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權(quán)利要求
1.一種固體激光器，其特征在于，包括泵浦裝置、諧振分離裝置、匯聚和頻裝置，其中，泵浦裝置產(chǎn)生泵浦光并經(jīng)耦合后進(jìn)入諧振分離裝置；諧振分離裝置基于泵浦光產(chǎn)生初始基頻光并分離得到兩路基頻光，一路基頻光在諧振腔內(nèi)經(jīng)過倍頻后得到的倍頻光與另一路基頻光進(jìn)行偏振方向調(diào)節(jié)后入射到匯聚和頻裝置；匯聚和頻裝置對(duì)入射的倍頻光和基頻光進(jìn)行匯聚后和頻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述固體激光器，其特征在于，所述諧振分離裝置包括具有偏振輻射特性的增益介質(zhì)模塊、光束分離模塊、倍頻模塊和諧振腔輸出模塊，其中，增益介質(zhì)模塊和諧振腔輸出模塊構(gòu)成諧振腔，諧振腔在泵浦光的作用下產(chǎn)生初始基頻光；光束分離模塊利用初始基頻光的偏振特性將其分為兩路基頻光，一路基頻光在諧振腔內(nèi)經(jīng)倍頻模塊進(jìn)行倍頻，倍頻后的倍頻光經(jīng)諧振腔輸出模塊透射后入射到匯聚和頻裝置； 另一路基頻光入射到匯聚和頻裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述固體激光器，其特征在于，所述匯聚和頻裝置具體包括第一基頻光偏振片、第一基頻光半波片、基頻光角度反射鏡、角度雙色鏡、基頻光匯聚透鏡、倍頻光匯聚透鏡以及和頻晶體，其中，入射的基頻光經(jīng)第一基頻光偏振片改變光路方向后，入射到第一基頻光半波片進(jìn)行偏振方向的調(diào)節(jié)；將經(jīng)第一基頻光半波片調(diào)節(jié)后的基頻光通過基頻光角度反射鏡反射到達(dá)基頻光匯聚透鏡進(jìn)行光束匯聚，并經(jīng)角度雙色鏡反射到和頻晶體中；入射的倍頻光經(jīng)過倍頻光匯聚透鏡進(jìn)行光束匯聚，并經(jīng)角度雙色鏡透射到和頻晶體中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述固體激光器，其特征在于，所述匯聚和頻裝置具體包括第一基頻光偏振片、基頻光角度反射鏡、倍頻光半波片、角度雙色鏡、基頻光匯聚透鏡、倍頻光匯聚透鏡以及和頻晶體，其中，入射的基頻光經(jīng)第一基頻光偏振片改變光路方向后，再通過基頻光角度反射鏡到達(dá)基頻光匯聚透鏡進(jìn)行光束匯聚，然后經(jīng)角度雙色鏡反射到和頻晶體中；入射的倍頻光經(jīng)倍頻光半波片進(jìn)行偏振方向的調(diào)節(jié)后，到達(dá)倍頻光匯聚透鏡進(jìn)行光束匯聚，并經(jīng)角度雙色鏡透射到和頻晶體中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述固體激光器，其特征在于，入射的基頻光經(jīng)基頻光匯聚透鏡后的匯聚束腰和入射的倍頻光經(jīng)倍頻光匯聚透鏡后的匯聚束腰在和頻晶體中重合；所述角度雙色鏡為一片對(duì)基頻光角度全反射、且對(duì)倍頻光角度全透射的雙色鏡，或者， 為一片對(duì)基頻光角度全透射、且對(duì)倍頻光角度全反射的雙色鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述固體激光器，其特征在于，所述進(jìn)行偏振方向的調(diào)節(jié)是以達(dá)到匯聚和頻裝置輸出和頻激光功率最高為準(zhǔn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述固體激光器，其特征在于，所述光束分離模塊包括第二基頻光半波片和第二基頻光偏振片，其中，根據(jù)匯聚和頻裝置輸出和頻激光功率最高的需要確定對(duì)第二基頻光半波片進(jìn)行調(diào)節(jié)， 初始基頻光經(jīng)第二基頻光半波片改變偏振方向后，在第二基頻光偏振片處分為兩路基頻光。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述固體激光器，其特征在于，在所述增益介質(zhì)模塊與所述光束分離模塊之間還設(shè)置有脈沖調(diào)制模塊，將對(duì)諧振腔產(chǎn)生的初始基頻光進(jìn)行調(diào)制來實(shí)現(xiàn)脈沖輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述固體激光器，其特征在于，所述倍頻模塊具體包括雙色鏡和倍頻晶體，其中，所述雙色鏡為一片對(duì)基頻光全透射、且對(duì)倍頻光全反射的雙色鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述固體激光器，其特征在于，所述泵浦裝置包括帶尾纖輸出的激光二極管模塊和耦合模塊，帶尾纖輸出的激光二極管模塊輸出的泵浦光通過耦合模塊入射到諧振分離裝置內(nèi)的增益介質(zhì)模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固體激光器，包括泵浦裝置、諧振腔分離裝置、匯聚和頻裝置，其中，諧振分離裝置基于泵浦光產(chǎn)生初始基頻光并分離得到兩路基頻光，一路基頻光在腔內(nèi)經(jīng)過倍頻后得到的倍頻光與另一路基頻光進(jìn)行偏振方向調(diào)節(jié)后入射到匯聚和頻裝置。本發(fā)明利用初始基頻光的偏振特性分離出基頻光和倍頻光，易于實(shí)現(xiàn)兩者在和頻時(shí)的高效配比。分別調(diào)節(jié)入射到匯聚和頻裝置的基頻光和倍頻光的匯聚束腰位置，可實(shí)現(xiàn)兩者更好重疊，從而獲得更高效的和頻。
文檔編號(hào)H01S3/108GK102208747SQ20111011756
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者劉洋, 劉磊, 周壽桓, 唐曉軍, 姜東升, 楊濤, 趙鴻, 陳三斌 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十一研究所