專利名稱:一種激光二極管端面泵浦紫外激光發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型激光發(fā)生裝置技術(shù)領(lǐng)域,具體來說是ー種激光二極管端面泵浦紫外激光發(fā)生裝置。
背景技術(shù):
激光加工技術(shù)是 目前正在蓬勃發(fā)展的新興加工技木。隨著激光技術(shù)的發(fā)展,激光加工已經(jīng)從最初利用大功率ニ氧化碳激光,逐漸過渡到主要利用I微米波段的固體激光器進(jìn)行加工,并正在向大功率光纖激光器、全固態(tài)飛秒激光器和紫外激光器的方向發(fā)展。由于高功率的紫外激光與物質(zhì)的作用表現(xiàn)為直接的氣化特征(分子鍵在強(qiáng)激光作用下直接撕裂),不涉及熔融過程,其加工界面歸整、光滑,加工質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于采用紅外激光的加工系統(tǒng),因此特別適用于對(duì)加工質(zhì)量有較高要求的各種エ業(yè)應(yīng)用,如電子エ業(yè)上的微孔加工、材料切割、表面修磨、精密成型等工作。因此,紫外激光器在精密材料微加工、紫外固化、光刻等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。半導(dǎo)體ニ極管泵浦紫外激光器具有光束質(zhì)量好、功率穩(wěn)定性好、可靠性高、使用方便、體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)。近年來利用非線性頻率變換技術(shù)獲得大功率紫外激光輸出的研究已經(jīng)成為激光技術(shù)領(lǐng)域的ー個(gè)研究熱點(diǎn)。目前,全球?qū)θ虘B(tài)紫外激光器的需求日益増加,應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。半導(dǎo)體ニ極管端面泵浦的固體紫外激光輸出的實(shí)現(xiàn)是通過對(duì)從Nd: YV04 (摻釹釩酸釔)等激光工作物質(zhì)發(fā)出的基頻光進(jìn)行二次倍頻,然后通過基頻光和二次倍頻光合頻得至|J。其泵浦光波長主要是808nm。其主要采用以下幾種技術(shù)I、腔外倍頻相干(Coherent)公司、光譜物理公司(SP)均采用腔外倍頻的方法實(shí)現(xiàn)綠光和紫外激光輸出。這種方法是將大功率紅外激光通過ー個(gè)聚焦系統(tǒng)通過非線性晶體實(shí)現(xiàn)倍頻轉(zhuǎn)換。其特點(diǎn)是聚焦點(diǎn)光斑尺寸要求小,因此晶體比較容易損壞,對(duì)晶體鍍膜的要求比較高。為彌補(bǔ)這ー缺點(diǎn),相干公司和光譜物理公司均采用對(duì)晶體自動(dòng)移動(dòng)的方法,在一定試用時(shí)間后進(jìn)行換位置而實(shí)現(xiàn)晶體的長時(shí)間可靠工作。此技術(shù)對(duì)晶體的控制有非常嚴(yán)格的要求,并且有ー套精密的檢測和判別裝置,整個(gè)系統(tǒng)比較復(fù)雜。2、腔內(nèi)倍頻JDSU公司、Photonics公司、DPSSL公司和Yuco公司及其它ー些德國公司采用腔內(nèi)倍頻的方式實(shí)現(xiàn)紫外激光輸出。由于激光器腔內(nèi)的光強(qiáng)比腔外有ー個(gè)數(shù)量級(jí)的提高,要實(shí)現(xiàn)同樣的頻率轉(zhuǎn)換效率,該方法對(duì)非線性晶體的鍍膜要求要低得多,因此同樣晶體條件下激光器的工作壽命也比較長。但是,由于在激光器腔內(nèi)有三個(gè)波長同時(shí)存在,彼此有能量交換,而這些能量交換又容易受到外界因素影響,所以,此方法所產(chǎn)生的激光功率輸出瞬間穩(wěn)定性和長時(shí)間可靠性不如腔外倍頻。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供ー種激光二極管端面泵浦紫外激光發(fā)生裝置,它是ー種具有半導(dǎo)體ニ極管泵浦光源,采用腔內(nèi)倍頻方式,具有較高穩(wěn)定性和可靠性,結(jié)構(gòu)簡單,成本低廉,且使用壽命較長的紫外激光發(fā)生裝置。本實(shí)用新型的發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的ー種激光二極管端面泵浦紫外激光發(fā)生裝置,其特征在干它包括光纖耦合半導(dǎo)體激光泵浦源、由第一光學(xué)透鏡與第二光學(xué)透鏡組成的光學(xué)耦合系統(tǒng)、由三個(gè)激光腔鏡組成的激光諧振腔、激光工作物質(zhì)、調(diào)Q器件、二倍頻晶體、三倍頻晶體以及分光鏡;所述激光器諧振腔由第一激光腔鏡、第二激光腔鏡及第三激光腔鏡構(gòu)成的V型或L型的諧振腔體;其中,第一激光腔鏡、激光工作物質(zhì)、調(diào)Q器件、分光鏡、第二激光腔鏡、三倍頻晶體、二倍頻晶體以及第三激光腔鏡沿光路順序放置并構(gòu)成折疊型諧振腔。所述半導(dǎo)體ニ極管泵浦光源為光纖耦合大功率半導(dǎo)體激光器。所述激光工作物質(zhì)靠近第一激光腔鏡放置;第一激光腔鏡為對(duì)1064nm高反、 808nm增透并負(fù)責(zé)透過泵浦光使之入射到激光工作物質(zhì)內(nèi)并反射基頻振蕩的平面鏡;第二腔鏡為對(duì)1064nm、532nm高反、355nm增透并負(fù)責(zé)反射基頻光與倍頻光而輸出紫外光的平面鏡;第三激光腔鏡為曲率半徑為負(fù)200mm、對(duì)1064nm、532nm高反的球面鏡。所述調(diào)Q器件為聲光Q開關(guān)。所述的分光鏡為平面鏡并相對(duì)光軸方向以布儒斯特角放置,分光鏡朝向調(diào)Q器件的一面高度拋光,朝向紫外輸出鏡的一面鍍膜。所述的二倍頻晶體和三倍頻晶體的尺寸均為3X3X15mm。所述的第三激光鏡為球面鏡,其曲率半徑為負(fù)200mm,鏡面鍍1064nm、532nm的高反膜。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型由于具有折疊型諧振腔,井根據(jù)激光工作物質(zhì)的熱透鏡效應(yīng)采用不同曲率半徑的激光腔鏡進(jìn)行優(yōu)化,能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)在激光工作物質(zhì)內(nèi)較大的模體積與倍頻激光工作物質(zhì)內(nèi)較小的模體積,使得激光輸出光束質(zhì)量好,輸出效率高,且輸出穩(wěn)定性強(qiáng)。本發(fā)明的大功率紫外激光器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,使用壽命較長,成本相對(duì)低廉,適宜廣泛應(yīng)用。
附圖I為本實(shí)用新型的紫外激光發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本實(shí)用新型的紫外激光器腔內(nèi)模式分布圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的描述。根據(jù)圖I和圖2所示所示,本實(shí)用新型所述的激光二極管端面泵浦紫外激光發(fā)生裝置,它是紫外輸出功率I. 5W的折疊腔結(jié)構(gòu)。該激光發(fā)生裝置包括第三激光腔鏡光纖耦合半導(dǎo)體激光泵浦源I、由第一光學(xué)透鏡2與第二光學(xué)透鏡3組成的光學(xué)耦合系統(tǒng)、由三個(gè)激光腔鏡組成的激光諧振腔、激光工作物質(zhì)5、調(diào)Q器件6、二倍頻晶體10、三倍頻晶體9以及分光鏡7 ;所述激光器諧振腔由第一激光腔鏡4、第二激光腔鏡8及第三激光腔鏡11構(gòu)成的V型或L型的諧振腔體;其中,第一激光腔鏡4、激光工作物質(zhì)5、調(diào)Q器件6、分光鏡7、第二激光腔鏡8、三倍頻晶體9、二倍頻晶體10以及第三激光腔鏡11沿光路順序放置并構(gòu)成折疊型諧振腔。[0021]該激光二極管端面泵浦紫外激光發(fā)生裝置工作時(shí),由第三激光腔鏡光纖耦合半導(dǎo)體激光泵浦源 I輸出的泵浦光經(jīng)第一光學(xué)透鏡2準(zhǔn)直,再經(jīng)第二光學(xué)透鏡3聚焦后入射到激光工作物質(zhì)5 ;激光工作物質(zhì)5受到泵浦后產(chǎn)生基頻光并受到調(diào)Q器件6調(diào)制,調(diào)制后的基頻光穿過分光鏡7并被第二激光腔鏡8反射,然后穿過三倍頻晶體9射入二倍頻晶體10并產(chǎn)生二次諧波,基頻光與二次諧波經(jīng)第三激光腔鏡11反射回二倍頻晶體10并再次產(chǎn)生二次諧波,兩次經(jīng)過二倍頻晶體10體產(chǎn)生的二次諧波與剰余基頻光再次進(jìn)入三倍頻晶體9并產(chǎn)生三次諧波,最后產(chǎn)生的三次諧波由第二激光腔鏡8輸出腔外,基頻光和二次諧波由第二激光腔鏡8反射回腔內(nèi),分光鏡7將基頻光透過并將二次諧波反射出腔外。第三激光腔鏡光纖耦合半導(dǎo)體激光泵浦源I為光纖耦合大功率半導(dǎo)體激光器,功率輸出為30W,波長為808nm或880nm,光纖尾纖直徑為400 μ m,數(shù)值孔徑為O. 22。泵浦光經(jīng)耦合系統(tǒng)進(jìn)入到激光工作物質(zhì)內(nèi)的光斑直徑約為400 μ m。上述激光發(fā)生裝置采用的激光工作物質(zhì)5為摻雜濃度為0.3%,輸出波長為1063nm,長度為3X3X 12mm的Nd:YV04摻釹釩酸釔晶體,或者Nd = YAG摻釹釔鋁石榴石、NdiYLF摻釹氟化釔鋰、或NchGlass摻釹玻璃激光工作物質(zhì)。上述激光發(fā)生裝置采用的分光鏡7為平面鏡并相對(duì)光軸方向以布儒斯特角放置。分光鏡7朝向調(diào)Q器件6的一面高度拋光,朝向第二腔鏡的一面鍍膜,對(duì)基頻光增透,二次倍頻諧波高反。上述二倍頻晶體10和三倍頻晶體9的尺寸均為3X3X 15mm。期間,二倍頻晶體10為I類相位匹配方式LBO三硼酸鋰光學(xué)晶體,尺寸為3X3X 15mm,晶體兩個(gè)端面鍍增透膜,對(duì)1064nm和532nm增透;也可是II類相位匹配方式KTP磷酸ニ氫鉀光學(xué)晶體、II類相位匹配方式BBO偏硼酸鋇光學(xué)晶體或II類相位匹配方式CLBO六硼酸銫鋰光學(xué)晶體中的一種。所述三倍頻晶體9為II類相位匹配方式LBO三硼酸鋰光學(xué)晶體尺寸為3X3X 15mm,晶體兩個(gè)端面鍍增透膜,對(duì)1064nm、532nm和355nm增透;也可以是II類相位匹配方式KTP磷酸ニ氫鉀光學(xué)晶體、II類相位匹配方式BBO偏硼酸鋇光學(xué)晶體或II類相位匹配方式CLBO六硼酸銫鋰光學(xué)晶體中的ー種。期間,激光工作物質(zhì)5靠近第一激光腔鏡4放置;第一激光腔鏡4為對(duì)1064nm高反、808nm增透并負(fù)責(zé)透過泵浦光使之入射到激光工作物質(zhì)內(nèi)并反射基頻振蕩的平面鏡;第二激光腔鏡8為對(duì)1064nm、532nm高反、355nm增透并負(fù)責(zé)反射基頻光與倍頻光而輸出紫外光的平面鏡;第三激光腔鏡11為曲率半徑為負(fù)200mm、對(duì)1064nm、532nm高反的球面鏡。激光器采用的調(diào)Q器件6為聲光調(diào)Q開關(guān),也可以是電光調(diào)制器件或被動(dòng)調(diào)制器件。分光鏡7為平面鏡并相對(duì)光軸方向以布儒斯特角放置,分光鏡7朝向調(diào)Q器件6的一面高度拋光,朝向紫外輸出鏡的一面鍍膜,對(duì)基頻光増透,二次諧波高反。上述的第三激光腔鏡11為球面鏡,其曲率半徑為負(fù)200臟,鏡面鍍1064nm、532nm的聞反月旲。本實(shí)用新型采用TEC (半導(dǎo)體熱電致冷器)對(duì)非線性晶體進(jìn)行嚴(yán)格控溫??販鼐雀哂凇?. 05度。本實(shí)用新型實(shí)例所使用的激光工作物質(zhì)在泵浦光功率為30W時(shí)對(duì)應(yīng)的熱焦距由實(shí)驗(yàn)測得為250mm。在采用曲率半徑為200mm的第三激光腔鏡11后,適當(dāng)調(diào)節(jié)腔長可得穩(wěn)定的紫外基模輸出。腔模直徑在激光工作物質(zhì)5內(nèi)為450 μ m,在三倍頻晶體9內(nèi)腔模直徑為180 μ m。能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)在激光工作物質(zhì)5內(nèi)較大的模體積與倍頻激光工作物質(zhì)5內(nèi)較小的光斑尺寸,使得激光器具有輸出光束質(zhì)量好,輸出效率高,且輸出穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)。本發(fā)明的大功率紫外激光器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,使用壽命較長,成本相對(duì)低廉,且應(yīng)用范圍廣泛。·
權(quán)利要求1.ー種激光二極管端面泵浦紫外激光發(fā)生裝置,其特征在于它包括光纖耦合半導(dǎo)體激光泵浦源(I)、由第一光學(xué)透鏡(2)與第二光學(xué)透鏡(3)組成的光學(xué)I禹合系統(tǒng)、由三個(gè)激光腔鏡組成的激光諧振腔、激光工作物質(zhì)(5)、調(diào)Q器件¢)、二倍頻晶體(10)、三倍頻晶體(9)以及分光鏡(7);所述激光器諧振腔由第一激光腔鏡(4)、第二激光腔鏡(8)及第三激光腔鏡(11)構(gòu)成的V型或L型的諧振腔體;其中,第一激光腔鏡(4)、激光工作物質(zhì)(5)、調(diào)Q器件(6)、分光鏡(7)、第二激光腔鏡(8)、三倍頻晶體(9)、二倍頻晶體(10)以及第三激光腔鏡(11)沿光路順序放置并構(gòu)成折疊型諧振腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光二極管端面泵浦紫外激光發(fā)生裝置,其特征在于所述半導(dǎo)體ニ極管泵浦光源(I)為光纖耦合大功率半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光二極管端面泵浦紫外激光發(fā)生裝置,其特征在于所述激光工作物質(zhì)靠近第一激光腔鏡(4)放置;第一激光腔鏡為對(duì)1064nm高反、808nm增透并負(fù)責(zé)透過泵浦光使之入射到激光工作物質(zhì)內(nèi)并反射基頻振蕩的平面鏡;第二腔鏡(8)為對(duì)1064nm、532nm高反、355nm增透并負(fù)責(zé)反射基頻光與倍頻光而輸出紫外光的平面鏡;第三激光腔鏡(11)為曲率半徑為負(fù)200mm、對(duì)1064nm、532nm高反的球面鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光二極管端面泵浦紫外激光發(fā)生裝置,其特征在于所述調(diào)Q器件(6)為聲光Q開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光二極管端面泵浦紫外激光發(fā)生裝置,其特征在于所述的分光鏡(X)為平面鏡并相對(duì)光軸方向以布儒斯特角放置,分光鏡(X)朝向調(diào)Q器件(6)的一面高度拋光,朝向紫外輸出鏡的一面鍍膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光二極管端面泵浦紫外激光發(fā)生裝置,其特征在于所述的二倍頻晶體(10)和三倍頻晶體(9)的尺寸均為3X3X15mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光二極管端面泵浦紫外激光發(fā)生裝置,其特征在于所述的第三激光鏡(11)為球面鏡,其曲率半徑為負(fù)200mm,鏡面鍍1064nm、532nm的高反膜。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種激光二極管端面泵浦紫外激光發(fā)生裝置,它包括光纖耦合半導(dǎo)體激光泵浦源、由第一光學(xué)透鏡與第二光學(xué)透鏡組成的光學(xué)耦合系統(tǒng)、由三個(gè)激光腔鏡組成的激光諧振腔、激光工作物質(zhì)、調(diào)Q器件、二倍頻晶體、三倍頻晶體以及分光鏡;激光器諧振腔由第一激光腔鏡、第二激光腔鏡及第三激光腔鏡構(gòu)成的V型或L型的諧振腔體;第一激光腔鏡、激光工作物質(zhì)、調(diào)Q器件、分光鏡、第二激光腔鏡、三倍頻晶體、二倍頻晶體以及第三激光腔鏡沿光路順序放置并構(gòu)成折疊型諧振腔。本實(shí)用新型采用腔內(nèi)倍頻方式,具有較高穩(wěn)定性和可靠性,結(jié)構(gòu)簡單,成本低廉,且使用壽命較長的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S3/081GK202423819SQ20122000155
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者孔劍 申請人:蘇州鐳創(chuàng)光電技術(shù)有限公司