专利名称：三倍频激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体激光器技术，特别涉及一种能够高效率输出三次谐波 的三倍频激光器。
背景技术：
由于紫外固体激光具有高分辨和对材料强吸收的特点，近几年来在国
际上发展极为迅速。波长为 355nm的 Nd: YAG和 Nd: YV04三次谐波激 光加工机已主导了精细加工，特别是用于多层、高密度印刷电路板PCB的 精密打孔设备市场。在特种材料打标、集成电路修复、生物荧光分析、环 境污染监测、DNA分析等的应用上，也显示出巨大优势。
另外，三次谐波是产生高次谐波的中间手段。三次谐波与基波混频产 生的四次谐波可用于平面液晶显示的薄膜晶体管切割，光纤光栅制造，在 精密机械制造中进行紫外凝胶三维立体制模。三次谐波与二倍谐波混频产 生的五次谐波深紫外激光，在高密度集成电路制造中用于掩膜修复、电阻 材料刻蚀，在半导体工业中用于基片缺陷检查，在眼科上用于矫正近视眼 视力的角膜手术。
现有技术中，普遍使用的气体紫外激光器或灯泵浦的紫外激光器，气体 紫外激光器诸设备庞大、效率低、寿命短和稳定性差，维护操作较复杂等问 题；灯泵浦激光增益介质时的吸收效率低、热效应明显。国内己有采用谐振
腔外和频技术产生紫外脉沖激光的报道，但是众所周知谐振腔外的倍频产生 效率都较低，极大地制约了紫外脉冲激光的产生效率。采用腔内和频的技术
路线，转换效率通常同比腔外和频效率会显著提高，但通常也只有不到3%的 光光转换效率，腔内和频如果转换效率上不去，就很容易因为过高的腔内功 率密度而引起光学元器件的损坏，增大镜片和晶体的镀膜难度，给紫外激光 器的工程化带来瓶颈。典型的三倍频紫外激光器光路图可参考西北大学2004 年的专利(专利号ZL200410073574. 8 )。
这种腔内和频的方案，存在明显的缺陷首先，二倍频光只参与了一次 和频，剩下的都被作为垃圾光输出腔外，直接影响三倍频的效率；其次，如 果二倍频采用二类匹配，就势必造成基频光和倍频光偏振方向呈45度，不满 足三倍频最佳能量配比，也会降低三倍频效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，从而提出一种腔内多次合频、输 出效率高的三倍频激光器。
为了达到上述目的，本发明的三倍频激光器采取如下的:f支术方案
本发明的三倍频激光器，包括第一全反镜l， 一用于输出基频光的激 光晶体3、 一偏振谐波片4、 二倍频晶体5、第一波片6、第二全反镜7、三次 谐波输出镜8、三倍频晶体9和第三全反镜10;所述第一全反镜l和第二全反 镜7形成第一谐振腔，所述激光晶体3设置在所述第一谐振腔内，在所述激光 晶体3与所述第二全反镜7之间的光路上依次设置所述偏振谐振波片4、 二倍 频晶体5和第一波片6,所述偏振谐振波片4的反射光路上依次设置三次谐波
输出镜8、三倍频晶体9和第三全反镜10，所述第一波片6既是基频光的l/4波 片，又是倍频光的l/2波片，所述三次谐波输出镜8对三倍频光具有高透射率， 对基频光和倍频光具有高反射率。
在上述技术方案中，所述第一波片6垂直设置在光路上。
在上述技术方案中，所述偏振谐波片4与所述谐振腔内基频光的光轴的 夹角为布儒斯特角。
在上述技术方案中，所述第一波片6可沿所述基频光的光轴旋转。
在上述技术方案中，所述谐振腔内还设有Q开关2。
在上述技术方案中，所述偏振谐波片4与所述三次谐波输出镜8之间设有 第二波片ll。
进一步地，所述第二波片既是基频光的l/2波片，又是倍频光的全波片； 或者所述第二波片既是基频光的全波片，又是倍频光的l/2波片。
在上述4支术方案中，所述二倍频晶体5包^舌KTP、 KTA、 LBO和BBO。 在上述技术方案中，所述三倍频晶体9包括LB0和BB0。 与现有技术相比，本发明的优点在于
1) 二倍频光多次通过三倍频晶体参与和频，可以充分利用二倍频光， 提高三倍频光转换效率；
2) 同时，通过第二波片的使用，即使二倍频晶体采用二类匹配，也可 以实现基频光和倍频光的最佳配比和最佳偏振匹配，实现高效率的三倍频 输出。
3) 通过转动第一波片6,可任意调节基频光进入三倍频晶体9的比例，
达到最佳配比，提高转换效率，降低可能的光损伤；
4)本发明的三倍频激光器使用筒单方便，安装调试容易，便于工程化 推广，可在各种固体调Q腔内和频激光器中使用。
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中 图l表示本发明实施例1结构示意图2表示本发明实施例2和实施例3结构示意图3表示本发明实施例4结构示意图面说明
2表示Q开关； 3表示激光晶体；
5表示二倍频晶体； 6表示第一波片； 7表示第二全反镜；8表示三次谐波输出镜；9表示三倍频晶体；
IO表示第三全反镜； ll表示第二波片； 13表示LD光纤耦合模块； 14表示准直聚焦光学系统；
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细描述 实施例1
参照图l制作高效率三倍频激光器，包括第一全反镜l， 一用于输出基 频光的激光晶体3、 一偏振谐波片4、 二倍频晶体5、第一波片6、第二全反镜 7、三次谐波输出镜8、三倍频晶体9和第三全反镜10;所述第一全反镜l和第 二全反镜7形成第 一谐振腔，所述第二全反镜7和第三全反镜l O之间构成第二
l表示第一全反镜; 4表示偏振谐波片；
谐振腔，所述激光晶体3设置在所述第一谐振腔内，在所述激光晶体3与所述 第二全反镜7之间的光路上依次设置所述偏振谐振波片4、 二倍频晶体5和第 一波片6，所述偏振谐振波片4的反射光路上依次设置三次谐波输出镜8、三 倍频晶体9和第三全反镜10，所述第一波片6为基频光的l/4波片，同时又是 倍频光的l/2波片，所述三次谐波输出镜8对三倍频光具有高透射率，对基频 光和倍频光具有高反射率。
所述第一波片6垂直于激光光路设置；所述偏振谐波片的偏振方向平行 于激光光路；所述偏振谐波片的平面与激光光轴的夹角为布儒斯特角；所述 第一波片6能够以激光光路为轴旋转，其中，激光晶体为Nd:YAG,其输出的 基频光波长为1064nm, 二倍频晶体5采用LB0，三倍频晶体釆用LBO，偏振谐 波片4表面同时镀有基频光的偏振膜和倍频光的高反膜。
本实施例中的二倍频晶体5也可釆用其他II类匹配晶体，如KTP、 KTA或 BBO晶体；三倍频晶体9还可以使用BB0晶体。
激光晶体3输出的基频光入射到偏振谐波片4上，并成为线偏振光透射， 所述透射光入射到二倍频晶体5上，被转换成二倍频光，由于第一波片6为基 频光的l/4波片，同时又是倍频光的l/2波片，所以二倍频光和基频光经过第 二全反镜7的反射，先后两次通过第一波片6，并再次经过二倍频晶体5的基 频光和倍频光被偏振谐波片4和三次谐波输出镜8反射进入三倍频晶体9中进 行往返两次和频，和频后的三次谐波由三次谐波输出镜8透射输出腔外，没 有转化成三倍频输出的剩余的二倍频光经三次谐波输出镜8和偏振谐波片4 反射到达第二全反镜7反射，在第二全反镜7和第三全反镜l O之间往复振荡，
多次经过三倍频晶体9参与和频；没有转化成三倍频输出的剩余的基频光经 三次谐波输出镜8和偏振谐波片4反射到达第二全反镜7反射后，由于第一波 片6的作用，s偏振变为p偏振，穿过偏振谐波片4继续振荡。
本实施例中可以通过旋转第一波片6，从而改变基频光在第一谐振腔和 第二谐振腔之间功率配比。
本实施例结构筒单，成本低，操作方便，可靠，利于工程化的推广。可 以较大程度上满足科研、医疗、晶体测试、激光加工等领域对三倍频尤其是 紫外激光器的要求。
实施例2:
本实施例的结构如图2所示，二倍频晶体5采用II类匹配，如选择II类匹 配的KTP晶体，由于实现倍频后，倍频光的偏振方向为与水平成45度或135度， 也就是说，与偏振谐波片4反射后的s偏振基频光成45度或135度，为了提高 三次谐波转换效率，在偏振谐波片4和三次谐波输出镜8之间增加第二波片 11，该波片既是基频光的l/2波片，又是倍频光的全波片，4i转该波片，可 以使基频光和倍频光偏振方向相同或垂直，保证三倍频无i仑采取一类匹配还 是II类匹配，都可以实现最佳偏振配比，提高三倍频转换效率，本实施例中 还在激光晶体3和第一反射镜1之间加入了Q开关，以提高峰值功率，增加谐 波转换效率，其他同实施例l。
实施例3:
本实施例的结构如图2所示，其与实施例2的区别在于所述第二波片11既
是基频光的全波片，又是倍频光的l/2波片，旋转该波片，可以^^频光和
倍频光偏振方向相同或垂直，保证三倍频无论采取一类匹配还是n类匹配， 都可以实现最佳偏振配比，提高三倍频转换效率。其他同实施例2。
实施例4:
本实施例的结构如图3所示，其与实施例l的区别在于将所述激光晶体3 的泵浦方式由侧面泵浦变成端面泵浦，并且在第一反射镜1和激光晶体3之间 增设有Q开关，其他同实施例l。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限 制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当 理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方 案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种三倍频激光器，包括:第一全反镜(1)，一用于输出基频光的激光晶体(3)、一偏振谐波片(4)、二倍频晶体(5)、第一波片(6)、第二全反镜(7)、三次谐波输出镜(8)、三倍频晶体(9)和第三全反镜(10)；所述第一全反镜(1)和第二全反镜(7)形成第一谐振腔，所述激光晶体(3)设置在所述第一谐振腔内，在所述激光晶体(3)与所述第二全反镜(7)之间的光路上依次设置所述偏振谐振波片(4)、二倍频晶体(5)和第一波片(6)，所述偏振谐振波片(4)的反射光路上依次设置三次谐波输出镜(8)、三倍频晶体(9)和第三全反镜(10)，所述第一波片(6)既是基频光的1/4波片，又是倍频光的1/2波片，所述三次谐波输出镜(8)对三倍频光具有高透射率，对基频光和倍频光具有高反射率。
2. 根据权利要求l所述的三倍频激光器，其特征在于，所述第一波片(6 ) 垂直设置在光路上。
3. 根据权利要求l所述的三倍频激光器，其特征在于，所述偏振谐波片 (4 )与所述谐4展腔内基频光的光轴的夹角为布儒斯特角。
4. 根据权利要求l所述的三倍频激光器，其特征在于，所述第一波片(6 ) 可沿所述基频光的光轴旋转。
5. 根据权利要求l所述的三倍频激光器，其特征在于，所述第一谐振腔 内还设有Q开关(2)。
6. 根据权利要求l所述的三倍频激光器，其特征在于，所述偏振谐波片 (4)与所述三次谐波输出镜(8)之间设有第二波片(11)。
7. 根据权利要求6所述的三倍频激光器，其特征在于，所述第二波片 (11)既是基频光的l/2波片，又是倍频光的全波片。
8. 根据权利要求6所述的三倍频激光器，其特征在于，所述第二波片 (11)既是基频光的全波片，又是倍频光的l/2波片。
9. 根据权利要求l所述的三倍频激光器，其特征在于，所述二倍频晶体 (5)为KTP、 KTA、 LB0和BB0。
10. 根据权利要求l所述的三倍频激光器，其特征在于，所述三倍频晶 体(9)为LB0和BB0。
全文摘要
本发明提供了一种三倍频激光器，包括第一全反镜(1)，一用于输出基频光的激光晶体(3)、一偏振谐波片(4)、二倍频晶体(5)、第一波片(6)、第二全反镜(7)、三次谐波输出镜(8)、三倍频晶体(9)和第三全反镜(10)；所述第一全反镜(1)和第二全反镜(7)形成第一谐振腔，所述激光晶体(3)设置在所述第一谐振腔内，在所述激光晶体(3)与所述第二全反镜(7)之间的光路上依次设置所述偏振谐振波片(4)、二倍频晶体(5)和第一波片(6)，所述偏振谐振波片(4)的反射光路上依次设置三次谐波输出镜(8)、三倍频晶体(9)和第三全反镜(10)，所述第一波片(6)既是基频光的1/4波片，又是倍频光的1/2波片。
文档编号H01S3/109GK101373883SQ20071012066
公开日2009年2月25日 申请日期2007年8月23日 优先权日2007年8月23日
发明者崔建丰, 樊仲维 申请人:北京国科世纪激光技术有限公司