一种紫外脉冲激光器的制作方法

1.本技术属于紫外脉冲激光和非线性光学晶体抗损伤技术领域，具体涉及一种紫外脉冲激光器。


背景技术：

2.采用脉冲激光腔外频率变换技术的紫外波长脉冲激光器具有稳定性好、成本低、结构紧凑、转换效率高、性能可靠、体积小和光束质量好等特点，在陶瓷打孔、宝石切割、细微打孔以及塑料薄膜表面打标等工业微加工领域的应用获得了较快的发展，是目前工业加工领域获得紫外激光输出的主要技术之一。该类紫外激光器主要采用1m到1.1m的脉冲激光器作为基频光，通过腔外倍频后，剩余的基频光与倍频光通过腔外和频完成从基频光到紫外激光的频率变换。
3.对于直腔式基频激激光谐振腔的脉冲紫外激光器，在基频光输出后继续加入倍频晶体、和频晶体和相关的耦合镜及准直系统后的激光器占据空间较大，结构协调性差，影响了激光器在下游相关仪器设备中的应用。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本技术提供一种紫外脉冲激光器，能够提高紫外脉冲激光器的结构紧凑性。
5.为解决上述技术问题，本技术提供一种紫外脉冲激光器，包括：壳体；光纤输出泵浦源，与所述壳体固定连接，用于产生泵浦光；准直镜，嵌设于上述壳体的壳壁上，和上述光纤输出泵浦源与上述壳体形成密闭空间；耦合镜组和激光谐振腔，容置于上述密闭空间中，且沿上述泵浦光的光路依次设置，用于产生基频激光；第一反射镜组和第二反射镜组，容置于上述密闭空间中，上述第一反射镜组设置于上述基频激光的光路上，上述第二反射镜组设置于上述第一反射镜组的反射光路上，上述第二反射镜组的反射面与上述第一反射镜组的反射面相对设置，上述第二反射镜组的反射光通过上述准直镜投射至上述壳体外。
6.优选地，上述紫外脉冲激光器进一步包括微型自净化组件，所述微型自净化组件容置于上述密闭空间中，用于清洁上述密闭空间。
7.优选地，上述微型自净化组件包括风机、滤芯和外壳，上述外壳与上述壳体固定连接，上述滤芯与上述风机连接，上述滤芯设有入风口，上述风机能够通过上述入风口将气体吸入上述滤芯进行过滤，并将过滤后的气体输出。
8.优选地，上述紫外脉冲激光器进一步包括扩束镜，上述扩束镜容置于上述密闭空间中，且沿上述第二反射镜组的反射光路设置，且上述扩束镜的入射面和出射面均设有和频紫外光增透膜。
9.优选地，上述紫外脉冲激光器进一步包括倍频晶体和和频晶体，上述倍频晶体用于将上述基频激光变换为倍频激光，上述和频晶体将上述基频激光和上述倍频激光变换为和频紫外光。
10.优选地，上述倍频晶体设置于上述激光谐振腔和上述第一反射镜组之间，上述和频晶体设置于上述第一反射镜组和上述第二反射镜组之间。
11.优选地，上述第一反射镜组的反射面设有基频激光高反射膜和倍频激光高反射膜，上述第二反射镜组的第一面设有基频激光增透膜、倍频激光增透膜以及和频紫外光高反射膜，上述第二反射镜组的第二面设有基频激光增透膜和倍频激光增透膜。
12.优选地，上述倍频晶体和上述和频晶体均设置于上述第一反射镜组和上述第二反射镜组之间，且沿上述第一反射镜组的反射光路依次设置。
13.优选地，上述第一反射镜组的反射面设有基频激光高反射膜，上述第二反射镜组的第一面设有基频激光增透膜、倍频激光增透膜以及和频紫外光高反射膜，上述第二反射镜组的第二面设有基频激光增透膜和倍频激光增透膜。
14.优选地，上述第一反射镜组为平凹反射镜，上述第二反射镜组为双色平面反射镜；或者，上述第一反射镜组为梯形棱镜和凸面组镜，上述第二反射镜组为梯形棱镜。
15.优选地，上述第一反射镜组与上述第二反射镜组的第一面相对设置，上述第二反射镜组的第一面和第二面设置于上述第二反射镜组的相对两侧。
16.优选地，上述准直镜为平凸镜或者双凸镜，且上述准直镜的入射面和出射面均设有和频紫外光增透膜。
17.本技术的有益效果是：区别于现有技术直腔式基频激光谐振腔输出实现基频激光光学频率变换的过程，本技术基频激光光学频率变换的过程中，通过设置第一反射镜组和第二反射镜组，并设置第一反射镜组和第二反射镜组的反射面相对设置，形成二次反射光路，并将最终的反射光经由嵌设于壳体上的准直镜透射出壳体外，有效的缩短了脉冲紫外激光器总长度，不仅使得激光器壳体的整体密封更加简单，也可以为下游厂家提供更加紧凑的紫外激光器脉冲器外形结构，进而能够减小激光器在相关仪器设备中放置使用时的占据空间，增加紫外脉冲激光器的应用场景。
附图说明
18.图1是本技术紫外脉冲激光器第一实施例的结构示意图；
19.图2是本技术微型自净化组件实施例的剖视结构示意图；
20.图3是本技术紫外脉冲激光器第二实施例的结构示意图；
21.图4是本技术紫外脉冲激光器第三实施例的结构示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本技术一部分实施方式，而不是全部实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。本技术中所表述的“第一”“第二”并不代表先后顺序，仅起到指向作用，本技术中所表述的“和/或”，仅用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，并非对关联关系的限制。
23.本技术介绍了一种紫外脉冲激光器，能够有效减小紫外脉冲激光器的长度，提高紫外脉冲激光器的结构紧凑性，且具有自净化功能，可以提高紫外脉冲激光器壳体内的空
气洁净度，降低非线性晶体表面损伤的机率。
24.请参阅图1，图1是本技术紫外脉冲激光器第一实施例的结构示意图。
25.如图1所示，紫外脉冲激光器100包括：壳体120；光纤输出泵浦源110，与壳体120固定连接，用于产生泵浦光；准直镜130，嵌设于壳体120的壳壁上，和光纤输出泵浦源110与壳体120形成密闭空间；耦合镜组101和激光谐振腔102，容置于上述密闭空间中，且沿上述泵浦光的光路依次设置，用于产生基频激光；第一反射镜组140和第二反射镜组150，容置于上述密闭空间中，第一反射镜组140设置于上述基频激光的光路上，第二反射镜组150设置于第一反射镜组140的反射光路上，第二反射镜组150的反射面与第一反射镜组140的反射面相对设置，第二反射镜组150的反射光通过准直镜130投射至壳体120外。
26.具体地，在本实施例中，光纤输出泵浦源110包括半导体激光泵浦模块111、能量传输光纤112和光纤接头113组成。其中，光纤接头113的型号可以设为sma905，半导体激光泵浦模块111可以采用蝶形封装，产生的激光波长为808nm
±
3nm，输出功率30w，能量传输光纤112的芯径可以设置为200微米，数值孔径可以设置为0.22。
27.具体地，半导体激光泵浦模块111输出的泵浦光准直聚焦到能量传输光纤112内，经由光纤接头113传输后输出到紫外脉冲激光器100的壳体120内。其中，光纤输出泵浦源110与壳体120固定连接，具体可以通过光纤接头113与壳体120的壳壁固定、密闭连接，例如通过o形密封胶圈(图未示)与壳体120密封连接。
28.进一步地，在本实施例中，耦合镜组101可以设置为由平凸准直镜(图未示)和平凸聚焦镜(图未示)组成，还可以进一步设置平凸准直镜的焦距10mm，平凸聚焦镜的焦距25mm，二者的凸面相对放置，并在两个透镜的双面均镀制808nm增透膜，以提高泵浦光的透射率。
29.在本实施例中，激光谐振腔102可以设置为采用被动调q技术获得脉冲宽度为几百ps到500ns的高峰值功率基频激光，具体可以输出的光波长为1064nm，脉冲宽度10ns左右，脉冲频率约10khz左右，峰值功率4万瓦左右。
30.在本实施例中，设置紫外脉冲激光器100进一步包括倍频晶体103和和频晶体104，倍频晶体103用于将基频激光变换为倍频激光，和频晶体104将基频激光和倍频激光变换为和频紫外光。其中，倍频晶体103具体可以采用ii类相位匹配的ktp晶体，或者可以采用例如lbo、bibo或mgo:ppln等非线性晶体，长度可以设置为10mm，通光孔径是3x3mm2，按θ＝90、的角度切割。在本实施例中，倍频晶体103靠近激光谐振腔102放置，也即，倍频晶体103设置于激光谐振腔102和第一反射镜组140之间，通过半导体致冷器(图未示)和热敏电阻(图未示)控制倍频晶体103的工作温度。
31.进一步地，在本实施例中，和频晶体104可以采用i类相位匹配的lbo晶体，或者可以采用例如bibo、bbo、clbo等晶体或周期性极化反转的pplt、mgo:pplt、ppslt、mgo:spplt等准相位匹配晶体，并按θ＝90，角度切割，晶体长度15mm，通光孔径是3x3mm2，放置在基频激光与倍频激光经过第一反射镜组140反射后的束腰处，也即设置于上述第一反射镜组140和上述第二反射镜组150之间，并通过半导体致冷器和热敏电阻控制和频晶体104的工作温度。
32.具体地，在本实施例中，第一反射镜组140的反射面设有基频激光高反射膜(图未示)和倍频激光高反射膜(图未示)，第二反射镜组150的第一面设有基频激光增透膜(图未
示)、倍频激光增透膜(图未示)以及和频紫外光高反射膜(图未示)，第二反射镜组150的第二面设有基频激光增透膜(图未示)和倍频激光增透膜(图未示)。其中，第一反射镜组140与第二反射镜组150的第一面相对设置，第二反射镜组150的第一面和第二面设置于第二反射镜组150的相对两侧。
33.具体地，在本实施例中，第一反射镜组140可以采用平凹镜，凹面为第一反射镜组140的反射面，且可以设置凹面曲率半径为70mm，制备1064nm和532nm高反射膜，且第一反射镜组140的平面不镀膜，也即投射至第一反射镜组140的光线只能反射传输。
34.进一步地，在本实施例中，第二反射镜组150可以采用双色平面反射镜，可以设置其入射面为平面，也即第二反射镜组150的第一面，并在入射面镀制有1064nm和532nm增透以及355nm高反射的多层介质膜，能够反射和频紫外激光，并透射基频激光和倍频激光。且第二反射镜组150的出射面也即第二反射镜组150的第二面，镀制有1064nm和532nm增透膜，能够进一步增加基频激光和倍频激光的透射率。
35.进一步地，在本实施例中，可以设置紫外脉冲激光器100进一步包括扩束镜160，扩束镜160容置于密闭空间中，且沿第二反射镜组150的反射光路设置，且扩束镜160的入射面和出射面均设有和频紫外光增透膜。具体地，扩束镜160可以采用焦距-6mm的双凹镜，并在其双凹面镀制355nm增透膜，以透射和频紫外光。
36.在本实施例中，扩束镜160和准直镜130沿第二反射镜组150的反射光路依次设置，以将第二反射镜组150反射的和频紫外光投射出壳体120之外。具体地，准直镜130可以设置为平凸镜或者双凸镜，其中，准直镜130与壳体120密封连接，例如可以将准直镜130通过密封胶粘接固定在镜筒(图未示)上，并将镜筒通过o形真空密封胶圈嵌设与壳体120的壳壁上，以与壳体120通过螺丝固定密封。准直镜130的入射面和出射面还可以均设有和频紫外光增透膜(图未示)，以增加和频紫外光的透射率。
37.进一步地，在本实施例中，紫外脉冲激光器100进一步包括微型自净化组件170，微型自净化组件170容置于上述密闭空间中，用于清洁密闭空间。
38.请参阅图2，图2是本技术微型自净化组件实施例的剖视结构示意图。
39.如图2所示，微型自净化组件170包括风机171、滤芯172和外壳173，外壳173与壳体120固定连接，滤芯172与风机171连接，滤芯172设有入风口，风机171能够通过入风口将气体吸入滤芯172进行过滤，并将过滤后的气体输出。
40.具体地，风机171可以采用17x17x4mm3的微型风机，可以设置为容置与外壳173内，并与外壳173固定连接。进一步地，微型自净化组件170还可以包括入风件176，且入风件176设有采用喇叭形状的入风口。其中，滤芯172可以设置于外壳173内，且可以设置于风机171和入风件176之间。风机171开始工作时，可以将密闭空间内的空气通过入风件176的入风口吸入滤芯172内，通过滤芯172将空气中的微量灰尘过滤，并将过滤后的空气通过背离入风口的方向释放至壳体120的密闭空间内，以对紫外脉冲激光器100的密闭空间进行净化。
41.具体地，微型自净化组件170的外壳173上可以设置有螺纹孔175，以使得外壳173能够通过螺钉与壳体120固定连接。
42.进一步地，壳体120可以采用铝质材料或其它金属材料制作，具体可以包括底板(图未示)、箱体(图未示)和上盖(图未示)。其中，箱体、底板与上盖三者之间都可以通过真空密封胶圈实现固定密封。且壳体120上可以进一步封装多个电极(图未示)，分别用于所述
倍频晶体103与和频晶体104的半导体致冷器电驱动连接和热敏电阻的温度负反馈控制电信号联接，以及微型自净化组件170的电驱动连接。例如，可以在壳体120上封装10个电极，其中8个电极分别用于倍频晶体103和和频晶体104的半导体致冷器电驱动和热敏电阻的温度负反馈控制电信号的联接，另外2个电极用于驱动微型自净化组件170的风机171，使微型自净化组件170执行密闭空间内的空气净化循环。
43.具体地，当光纤输出泵浦源110在电的激励下工作时，半导体激光泵浦模块111能够发出泵浦光，例如发出808nm的泵浦光。泵浦光通过能量传输光纤112的传输，经由光纤接头113输出到壳体120的密闭空间内，密闭空间内的泵浦光通过耦合镜组101进行光束变换，例如可以变换为光束直径为500微米的泵浦光，并将变换后的泵浦光入射到激光谐振腔102内。激光谐振腔102工作后，能够产生脉冲基频激光，例如可以产生波长为1064nm的基频激光，该基频激光能够入射到倍频晶体103内，并通过倍频频率变换产生532nm的倍频激光；而未转换的剩余基频激光与变换后的倍频激光可以通过第一反射镜组140反射后入射到和频晶体104内。具体地，可以设置剩余基频激光和变换后的倍频激光入射位置接近第一反射镜组140的束腰位置，以使得剩余基频激光和变换后的倍频激光可以准直入射到和频晶体104内。并通过和频频率变换产生和频紫外光，例如产生355nm的和频紫外光。透射过和频晶体104后未转换的基频激光和倍频激光能够经第二反射镜组150作为无用光透射损失掉，而经和频晶体104频率变换后的和频紫外光经第二反射镜组150的反射面反射，且反射后的和频紫外光通过扩束镜160扩束，最终投射至准直镜130，并经准直镜130透射后输出到壳体120之外。
44.通过上述方式，壳体120内的总光路能够经第一反射镜组140和第二反射镜组150实现两次反射折叠，进而可以使得紫外脉冲激光器100的壳体120的总长度得到有效的缩短；且由于扩束镜160设置于壳体120与准直镜130、光纤接头113组成的密闭空间内，同时准直镜130作为壳体120内部和频紫外光的输出窗口，相比于现有技术，能够替换常规的扩束准直镜镜筒和紫外窗口镜，使得紫外脉冲激光器100的长度能够得到进一步的缩短，进而提高紫外脉冲激光器100整体结构的紧凑性。
45.进一步地，在紫外脉冲激光器100处于工作状态时，壳体120上的电极能够电激励微型自净化组件170的风机171工作，风机171通过入风件176将密闭空间内的气体吸入滤芯172，并将净化后的气体由风机171的另一个方向输出至密闭空间。由于密闭空间的所有连接处均采用真空密封胶圈密封，通过上述在密闭空间内放置微型自净化组件170的方式，能够实现密闭空间内的空气净化循环，进而可以有效提高壳体120内部密闭空间的洁净度，降低倍频晶体103和和频晶体104表面损伤的机率。
46.进一步地，请参阅图3，图3是本技术紫外脉冲激光器第二实施例的结构示意图。
47.如图3所示，在本实施例中的紫外脉冲激光器200中，壳体220、光纤输出泵浦源210、准直镜230、耦合镜组201、激光谐振腔202、第一反射镜组240、第二反射镜组250、扩束镜260以及微型自净化组件270的设置可以与第一实施例中相同，此处不再赘述。
48.与第一实施例不同的是，在本实施例中，倍频晶体203和和频晶体204均设置于第一反射镜组240和第二反射镜组250之间，且沿第一反射镜组240的反射光路依次设置。也即，在本实施例中，激光谐振腔202所产生的基频激光直接投射至第一反射镜组240的入射面也即反射面上，并经第一反射镜组240反射后投射至倍频晶体203上，变换为倍频激光后
投射至和频晶体204上，在和频晶体204内频率变换为和频紫外光后透射出和频晶体204。
49.进一步地，由于投射至第一反射镜组240的反射面上的为未变换的基频激光，则第一反射镜组240的反射面可以仅设有基频激光高反射膜。与第一实施例中相同的是，第二反射镜组250的第一面设有基频激光增透膜、倍频激光增透膜以及和频紫外光高反射膜，第二反射镜组250的第二面设有基频激光增透膜和倍频激光增透膜，此处不再赘述。
50.其中，在本实施例中，倍频晶体203和和频晶体204除位置设置之外，其他设置均可以与第一实施例中相同，此处不再赘述。
51.基于倍频晶体203的位置变动，本实施例中紫外脉冲激光器200的工作过程中，基频激光先经过第一反射镜组240反射然后经由倍频晶体203进行频率变换形成倍频激光，而紫外脉冲激光器200其他部件的工作过程与第一实施例中相同，此处不再赘述。
52.与第一实施例相同，本实施例中同样采用两次反射折叠，结合扩束镜260、准直镜230以及微型自净化组件270与第一实施例中相同的设置，同样可以达到提高紫外脉冲激光器200结构紧凑性、提高密闭空间内空气清洁度的效果。
53.请参阅图4，图4是本技术紫外脉冲激光器第三实施例的结构示意图。
54.如图4所示，在本实施例中的紫外脉冲激光器300中，壳体320、光纤输出泵浦源310、准直镜330、耦合镜组301、激光谐振腔302、第一反射镜组340、第二反射镜组350、扩束镜360以及微型自净化组件370的设置可以与第一实施例、第二实施例中的任一相同，此处不再赘述。
55.在本实施例中，与第一实施例和第二实施例不同的是，在本实施例中，第一反射镜组340包括梯形棱镜341和凸面镜342，第二反射镜组350为梯形棱镜。在其他的应用场景中，第一反射镜组340和第二反射镜组350也可以设置为包括多个反射棱镜或者多个反射平面镜，此处不做限制。
56.其中，在本实施例中，倍频晶体303和和频晶体304的设置可以与第一实施例、第二实施例中的任一者相同，不限于图中所示。
57.在倍频晶体303和和频晶体304的设置与第一实施例中相同的应用场景中，第一反射镜组340的反射面可以镀制基频激光和倍频激光高反射膜，也即梯形棱镜341的反射面可以镀制基频激光和倍频激光高反射膜，第二反射镜组350的反射面可以镀制基频激光和倍频激光增透膜以及和频紫外激光高反射膜。进一步地，还可以在凸面镜342的入射面和出射面镀制基频激光和倍频激光增透膜。
58.进一步地，在倍频晶体303和和频晶体304的设置与第二实施例中相同的应用场景中，梯形棱镜341的反射面可以镀制基频激光高反射膜，第二反射镜组350的反射面可以镀制基频激光和倍频激光增透膜以及和频紫外激光高反射膜。进一步地，还可以在凸面镜342的入射面和出射面镀制基频激光增透膜。
59.具体地，在本实施例中，紫外脉冲激光器300的工作过程与第一实施例和第二实施例中的任一者相同，此处不再赘述。
60.综上所述，本技术通过设置紫外脉冲激光器壳体内部密闭空间内的两次反射折叠，并将扩束镜置于密闭空间中，同时使用准直镜作为密闭空间中紫外激光的透射窗口，能够缩小紫外脉冲激光器的整体长度，增加结构紧凑性；且通常具有高峰值功率的脉冲紫外激光器对腔内的洁净度要求较高在激光器内封装时的微量残余灰尘或者密封结构的不完
善，都会引起非线性晶体表面的损伤，造成紫外激光输出功率的下降和激光器寿命的降低，本技术通过在密闭空间中设置自净化组件，能够使得密闭空间中的空气形成自净化循环，提高激光器封装后内部的清洁度，降低非线性晶体表面损伤的机率。
61.上述仅为本技术的实施方式，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。