专利名称：采用v型折叠腔的掺钕连续紫外激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种全固态紫外激光器，尤其是涉及一种采用V型折叠腔的掺钕连续紫外激光器。
背景技术：
紫外激光器具有波长短、易聚焦、能量集中、分辨率高等优点，在光谱学、光学信息存储、精密材料加工、光印刷、医疗等方面具有广泛的用途。与传统紫外波段的准分子激光器相比，激光二极管抽运的全固态紫外激光器由于具有效率高、体积小、性能稳定等诸多特点，已成为紫外激光器发展的主要方向。全固态紫外激光器主要是利用非线性晶体进行腔外或腔内频率转换来实现的。目前，国内外已有大量关于紫外激光的文献报道，它们利用掺钕离子的材料作为激光增益介质，实现能级4Fv2到能级4Iiv2或能级4Fv2到能级4111/2的跃迁，得到基波后采用先倍频再和频技术获得440nm和350nm附近的蓝光(X. P. HU, G. ZHAO, "High-power, blue-light generationin a dual-structure, periodically poled, stoichiometric LiTa03crystal”，Appl. Phys. B 87,91-94(2007))和紫外激光(B. Yong, F. Yan,"High-average power THG of a diode-pumped Nd:YAG laser at 355nm generated by LiB305 crystal ”，Chinese Optics Letters, Vol. 1 Issue 2, pp. 91-92 (2003)) 但利用掺钕离子激光增益介质能级4Fv2到能级419/2的跃迁获得紫外激光的文献报道却相对缺乏。掺钕离子激光增益介质主要存在三条主要的跃迁谱线，4Fv2到4I13/2，4F3/2到4In/2，4F3/2 到419/2，分别对应的跃迁的波长在1. 3 μ m，1. 06 μ m禾口 0. 9 μ m。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可获得性能优良的连续紫外激光输出的采用V型折叠腔的掺钕连续紫外激光器。本发明设有激光二极管泵浦源、光学准直聚焦系统、第1激光谐振腔镜、第2激光谐振腔镜、第3激光谐振腔镜、激光增益介质、二次谐波晶体和三次谐波晶体；所述激光二极管泵浦源、光学准直聚焦系统、第1激光谐振腔镜、激光增益介质和第2激光谐振腔镜依次设置在第一光轴上，第3激光谐振腔镜、二次谐波晶体、三次谐波晶体和第2激光谐振腔镜依次设置在第二光轴上，第一光轴与第二光轴交叉。所述激光二极管发出的泵浦光经准直聚焦系统对激光增益介质进行端面泵浦；在折叠谐振腔内，由于谐振腔镜对基波光和二次谐波的高反射，促使谐振腔内部的功率密度增强，基波在二次谐波晶体内倍频，产生蓝色激光，该蓝光与剩余的基波在三次谐波晶体内和频，产生紫外三次谐波输出。谐振腔镜对二次谐波即蓝光的高反射，可以充分利用二次谐波在谐振腔内的往返增强作用，最后提高三次谐波的转换效率。所述激光二极管泵浦源可选自激光二极管、激光二极管阵列或光纤耦合输出的激光二极管阵列等，泵浦光峰值输出波长可为0. 81 μ m或0. 88 μ m,泵浦光经过准直聚焦系统后聚焦到激光增益介质中。
所述激光增益介质可采用掺钕离子的激光增益介质，所述掺钕离子的激光增益介质可选自Nd YV04、Nd YAG、Nd YLF、Nd YAP、Nd GdV04等中的一种，或采用把一块激光增益介质和一块或者两块纯的非掺杂同质基底材料通过键合技术实现稳固结合的键合晶体，所述激光增益介质中钕离子的掺杂浓度可为0. 10%，晶体横截面的尺寸可为谐振腔中基波激光光斑直径的2 10倍。本发明利用+3价钕离子从能级4Fv2到能级419/2的跃迁产生基波，腔中谐振的基波振荡波长因掺杂基质的不同在0. 88 0. 98 μ m范围内变动。本发明采用V型腔结构。所述二次谐波晶体可以采用临界相位匹配，非临界相位匹配，双折射相位匹配，或周期极化材料的准相位匹配等，根据具体的谐振腔参数，二次谐波晶体的工作温度和切割方向、大小和尺寸有不同的变化，所述二次谐波晶体的类型可选自LBO，KTP，周期极化晶体 PPLN、MgO PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP 等中的一种。所述三次谐波晶体可采用临界相位匹配，非临界相位匹配，双折射相位匹配，或周期极化材料的准相位匹配等，根据具体的谐振腔参数，三次谐波晶体的工作温度和切割方向、大小和尺寸有不同的变化，所述三次谐波晶体的类型可选自LB0、BIB0，BB0、CLB0、PPLN、 MgO PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP等中的一种，所述三次谐波晶体的形状以长方体为主，也可以是别的形状，所述三次谐波晶体的晶体端面可以与光轴垂直，也可以与光轴成布儒斯特角。所述二次谐波晶体和三次谐波晶体可以采用级联结构的周期极化晶体，所述级联结构的周期极化晶体可选自PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP等中的一种。在这种结构中二次谐波晶体和三次谐波晶体分别代表该周期极化晶体的不同部分，前半部分的极化周期和后半部分的极化周期不同，前半部分周期结构产生二次谐波，后半部分周期结构产生三次谐波。本发明采用掺钕离子的材料作为激光增益介质，将输出波长为0.81 μ m或者 0. 88 μ m附近的半导体激光器作为泵浦源，利用非线性晶体的频率转换效应，通过先腔内倍频再和频的方式获得0. 3 μ m附近的波长输出。本发明采用V型折叠腔结构。光学准直聚焦系统是由一组起准直和聚焦作用的透镜，实现泵浦光到激光增益介质的耦合。第1激光谐振腔镜为输入耦合镜，第1激光谐振腔镜、第2激光谐振腔镜和第3激光谐振腔镜腔镜一起构成激光器的谐振腔，其曲率半径可以从负无穷到正无穷变化。二次谐波晶体和三次谐波晶体分别是起倍频作用的倍频晶体和起和频作用的和频晶体。激光二极管泵浦源发射的泵浦光经过准直聚焦系统入射到激光增益介质上，激光器的谐振腔由第1激光谐振腔镜、第2激光谐振腔镜和第3激光谐振腔镜构成。基波在该谐振腔内形成振荡并逐渐增强，高强度的基波经过二次谐波晶体(倍频晶体)以后产生二次谐波，二次谐波和剩余基波一起通过三次谐波晶体(和频晶体)，产生三次谐波经过第2 激光谐振腔镜输出。第1激光谐振腔镜可以是一片单独的带镀膜的光学镜片，也可以是一层附着在激光增益介质左端面的多层光学薄膜。本发明利用0. 9 μ m这条激光跃迁谱线，通过先倍频再和频的方式可以获得性能优良的300nm附近的连续紫外激光光源。
图1为本发明实施例的结构组成示意图。
具体实施例方式以下实施例将结合附图对本发明作进一步说明。如图1所示，本发明实施例设有激光二极管泵浦源LD、光学准直聚焦系统CO、第1 激光谐振腔镜Ml、第2激光谐振腔镜M2、第3激光谐振腔镜M3、激光增益介质LM、二次谐波晶体SHG和三次谐波晶体THG ；所述激光二极管泵浦源LD、光学准直聚焦系统CO、第1激光谐振腔镜Ml、激光增益介质LM和第2激光谐振腔镜M2依次设置在第一光轴1上，第3激光谐振腔镜M3、二次谐波晶体SHG、三次谐波晶体THG和第2激光谐振腔镜M2依次设置在第二光轴2上，第一光轴1与第二光轴2交叉。所述激光二极管发出的泵浦光经准直聚焦系统对激光增益介质进行端面泵浦；在折叠谐振腔内，由于谐振腔镜对基波光和二次谐波的高反射，促使谐振腔内部的功率密度增强，基波在二次谐波晶体内倍频，产生蓝色激光，该蓝光与剩余的基波在三次谐波晶体内和频，产生紫外三次谐波输出。谐振腔镜对二次谐波即蓝光的高反射，可以充分利用二次谐波在谐振腔内的往返增强作用，最后提高三次谐波的转换效率。所述激光二极管泵浦源LD可选自激光二极管、激光二极管阵列或光纤耦合输出的激光二极管阵列等，泵浦光峰值输出波长可为0. 81 μ m或0. 88 μ m,泵浦光经过准直聚焦系统后聚焦到激光增益介质中。所述激光增益介质LM可采用掺钕离子的激光增益介质，所述掺钕离子的激光增益介质可选自Nd YV04、Nd YAG、Nd YLF、Nd YAP、Nd GdV04等中的一种，或采用把一块激光增益介质和一块或者两块纯的非掺杂同质基底材料通过键合技术实现稳固结合的键合晶体，所述激光增益介质LM中钕离子的掺杂浓度可为0. 10%，晶体横截面的尺寸可为谐振腔中基波激光光斑直径的2 10倍。本发明利用+3价钕离子从能级4Fv2到能级419/2的跃迁产生基波，腔中谐振的基波振荡波长因掺杂基质的不同在0. 88 0. 98 μ m范围内变动。本发明采用V型腔结构。所述二次谐波晶体SHG可以采用临界相位匹配，非临界相位匹配，双折射相位匹配，或周期极化材料的准相位匹配等，根据具体的谐振腔参数，二次谐波晶体的工作温度和切割方向、大小和尺寸有不同的变化，所述二次谐波晶体SHG的类型可选自LBO，KTP，周期极化晶体 PPLN、MgO PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP 等中的一种。所述三次谐波晶体THG可采用临界相位匹配，非临界相位匹配，双折射相位匹配， 或周期极化材料的准相位匹配等，根据具体的谐振腔参数，三次谐波晶体的工作温度和切割方向、大小和尺寸有不同的变化，所述三次谐波晶体THG的类型可选自LBO、ΒΙΒ0, ΒΒ0、 CLBO、PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP等中的一种，所述三次谐波晶体THG的形状以长方体为主，也可以是别的形状，所述三次谐波晶体THG的晶体端面可以与光轴垂直，也可以与光轴成布儒斯特角。所述二次谐波晶体和三次谐波晶体可以采用级联结构的周期极化晶体，所述级联结构的周期极化晶体可选自PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP等中的一种。在这种结构中二次谐波晶体和三次谐波晶体分别代表该周期极化晶体的不同部分，前半部分的极化周期和后半部分的极化周期不同，前半部分周期结构产生二次谐波，后半部分周期结构产生三次谐波。 在图1中，相邻两个元件之间的间距可调，变化范围为0 200mm。
权利要求
1.采用V型折叠腔的掺钕连续紫外激光器，其特征在于设有激光二极管泵浦源、光学准直聚焦系统、第1激光谐振腔镜、第2激光谐振腔镜、第3激光谐振腔镜、激光增益介质、 二次谐波晶体和三次谐波晶体；所述激光二极管泵浦源、光学准直聚焦系统、第1激光谐振腔镜、激光增益介质和第2激光谐振腔镜依次设置在第一光轴上，第3激光谐振腔镜、二次谐波晶体、三次谐波晶体和第2激光谐振腔镜依次设置在第二光轴上，第一光轴与第二光轴交叉。
2.如权利要求1所述的采用V型折叠腔的掺钕连续紫外激光器，其特征在于所述激光二极管泵浦源采用激光二极管，激光二极管阵列，或光纤耦合输出的激光二极管阵列。
3.如权利要求1所述的采用V型折叠腔的掺钕连续紫外激光器，其特征在于所述激光二极管泵浦源的泵浦光峰值输出波长为0. 81 μ m或0. 88 μ m。
4.如权利要求1所述的采用V型折叠腔的掺钕连续紫外激光器，其特征在于所述激光增益介质选自Nd YV04、Nd YAG、Nd YLF、Nd YAP、Nd GdV04中的一种，或采用把一块激光增益介质和一块或者两块纯的非掺杂同质基底材料通过键合技术实现稳固结合的键合晶体。
5.如权利要求1或4所述的采用V型折叠腔的掺钕连续紫外激光器，其特征在于所述激光增益介质中钕的掺杂浓度范围为0. 10%，晶体横截面的尺寸可为谐振腔中基波激光光斑直径的2 10倍。
6.如权利要求1所述的采用V型折叠腔的掺钕连续紫外激光器，其特征在于所述二次谐波晶体采用临界相位匹配，非临界相位匹配，或双折射相位匹配或周期极化材料的准相位匹配；所述二次谐波晶体的类型可选自LBO、KTP、周期极化晶体PPLN、MgO:PPLN, PPSLT, PPLT、PPKTP 中的一种。
7.如权利要求1所述的采用V型折叠腔的掺钕连续紫外激光器，其特征在于所述三次谐波晶体采用双折射相位匹配或周期极化材料的准相位匹配；所述三次谐波晶体的类型可选自 LB0、BIB0，BB0、CLB0、PPLN、MgO: PPLN、PPSLT、PPLT、PI3KTP 中的一种。
8.如权利要求1或7所述的采用V型折叠腔的掺钕连续紫外激光器，其特征在于所述三次谐波晶体的形状为长方体；晶体端面以与光轴垂直，或与光轴成布儒斯特角。
9.如权利要求1所述的采用V型折叠腔的掺钕连续紫外激光器，其特征在于所述二次谐波晶体和三次谐波晶体采用级联结构的周期极化晶体。
10.如权利要求1所述的采用V型折叠腔的掺钕连续紫外激光器，其特征在于所述级联结构的周期极化晶体选自PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、PPLT、PI3KTP中的一种。
全文摘要
采用V型折叠腔的掺钕连续紫外激光器，涉及一种全固态紫外激光器。提供一种可获得性能优良的连续紫外激光输出的采用V型折叠腔的掺钕连续紫外激光器。设有激光二极管泵浦源、光学准直聚焦系统、第1激光谐振腔镜、第2激光谐振腔镜、第3激光谐振腔镜、激光增益介质、二次谐波晶体和三次谐波晶体；所述激光二极管泵浦源、光学准直聚焦系统、第1激光谐振腔镜、激光增益介质和第2激光谐振腔镜依次设置在第一光轴上，第3激光谐振腔镜、二次谐波晶体、三次谐波晶体和第2激光谐振腔镜依次设置在第二光轴上，第一光轴与第二光轴交叉。
文档编号H01S3/08GK102522692SQ20111045873
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者姬彪, 贾富强, 郑新双 申请人:厦门大学