一种窄线宽紫外激光器

1.本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种窄线宽紫外激光器。


背景技术：

2.紫外激光在生物化工、通信和医疗等领域应用广泛，产生紫外激光的方式有很多，如紫外气体灯、紫外发光二极管(led)、紫外激光器等；其中，紫外气体灯价格低廉、功率高，但体积大、转换效率低、易碎、寿命短；紫外led响应速度快、功耗低、体积质量小、寿命长，但功率低；紫外激光器功率高、光束质量好、分辨率高、方向性好，但驱动电源尺寸大、转换效率低、价格昂贵。
3.在现有紫外激光器中，紫外连续波激光光源主要是基于非线性光学频率转换的外腔倍频及和频全固态激光器，与非固态设计、结构庞大复杂、功率消耗较大、成本较高的准分子激光器、离子激光器和自由电子激光器等其他紫外激光器相比，这种全固态紫外激光器光谱带宽更窄、光束质量更好、维护成本更低、效率更高、寿命更长、稳定性更高，因此，这种全固态紫外激光器被广泛应用于精密材料加工、光学数据存储、光谱学等不同领域。而精密加工及光学存储等领域对全固态紫外激光器的精度要求日益增加，为此，亟需研究开发出更加小型化的全固态紫外激光器，以获得更好的应用效果。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.本发明的目的在于提供一种窄线宽紫外激光器，优选能够产生预设波段的激光晶体，结合环形谐振腔型，优化结构，使之更加小型化，并提高窄线宽紫外激光的输出效率，增强稳定性，更适于应用在对体积、重量和精度要求高的领域。
6.(二)技术方案
7.为了解决上述技术问题，本发明提供一种窄线宽紫外激光器，包括泵浦源和激光振荡结构，其中，所述泵浦源用于为所述激光振荡结构提供泵浦光；所述激光振荡结构包括晶体和谐振腔，用于吸收所述泵浦光及产生紫外激光；所述激光振荡结构包括的谐振腔为环形腔结构，在所述激光振荡结构内形成单向环形激光振荡光路，用于输出窄线宽紫外激光；所述窄线宽紫外激光的波长为261nm。
8.进一步地，在本发明所述的窄线宽紫外激光器中，所述激光振荡结构包括的晶体有两组，分别为第一晶体和第二晶体；所述第一晶体用于吸收所述泵浦光，并产生基频激光；所述第二晶体用于对所述基频激光进行频率变换，并产生倍频激光；所述激光振荡结构包括的谐振腔有两种结构，分别为三镜环形腔结构和四镜环形腔结构，用于形成单向环形激光振荡光路，保障输出窄线宽紫外激光；所述泵浦源有两组，分别为第一泵浦源和第二泵浦源；所述第一泵浦源和所述第二泵浦源分别位于所述激光振荡结构的两侧；所述第一泵浦源和所述第二泵浦源分别为所述第一晶体提供泵浦光。
9.优选地，在本发明所述的窄线宽紫外激光器中，所述三镜环形腔结构还包括腔镜、
f-p标准具、隔离元件、输出镜，其中，所述腔镜有三组，分别为第一腔镜、第二腔镜和第三腔镜；所述第一晶体设置在所述第一腔镜和所述第二腔镜之间；所述第二晶体设置在所述第三腔镜和所述输出镜之间；所述输出镜设置在所述第二晶体和所述第二腔镜之间；所述f-p标准具和所述隔离元件依次设置在所述第一腔镜和所述第三腔镜之间。
10.较佳地，在本发明所述的窄线宽紫外激光器中，所述第一晶体设置在所述第一腔镜和所述第二腔镜连线的中点处；所述第三腔镜设置于所述第一腔镜和所述第二腔镜连线的中垂线上。
11.较佳地，在本发明所述的窄线宽紫外激光器中，所述第一腔镜和所述第二腔镜的镀膜角度相同；所述第三腔镜的镀膜角度按如下公式(1)设定：
[0012][0013]
式中，θ1为所述第一腔镜和所述第二腔镜的镀膜角度；θ2为所述第三腔镜的镀膜角度。
[0014]
较佳地，在本发明所述的窄线宽紫外激光器中，所述第一腔镜、所述第二腔镜和所述第三腔镜三者之间相互距离按如下公式(2)设定：
[0015][0016]
式中，l1为所述第一腔镜与所述第二腔镜之间的距离；l2为所述第二腔镜与所述第三腔镜之间的距离；l3为所述第一腔镜与所述第三腔镜之间的距离。
[0017]
优选地，在本发明所述的窄线宽紫外激光器中，所述四镜环形腔结构还包括腔镜、f-p标准具、隔离元件、偏振元件，其中，所述腔镜有四组，分别为第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜；所述第一晶体设置在所述第一腔镜和所述第二腔镜之间；所述第二晶体设置在所述第三腔镜和所述第四腔镜之间；所述f-p标准具设置在所述第二腔镜和所述第三腔镜之间；所述偏振元件和所述隔离元件依次设置在所述第三腔镜和所述第二晶体之间。
[0018]
较佳地，在本发明所述的窄线宽紫外激光器中，所述第一晶体设置在所述第一腔镜和所述第二腔镜连线的中点处；所述第二晶体设置在所述第三腔镜和所述第四腔镜连线的中点处；所述第一腔镜和所述第四腔镜之间的距离与所述第二腔镜和所述第三腔镜之间的距离相等。
[0019]
较佳地，在本发明所述的窄线宽紫外激光器中，所述第一腔镜、所述第二腔镜、所述第三腔镜和所述第四腔镜的镀膜角度相同。
[0020]
较佳地，在本发明所述的窄线宽紫外激光器中，所述第一腔镜、所述第二腔镜、所述第三腔镜和所述第四腔镜四者之间相互距离按如下公式(3)设定：
[0021][0022]
式中，l1为所述第一腔镜与所述第二腔镜之间的距离；l2为所述第二腔镜与所述第三腔镜之间的距离；l3为所述第三腔镜与所述第四腔镜之间的距离；l4为所述第一腔镜与所述第四腔镜之间的距离；θ为所述第一腔镜、所述第二腔镜、所述第三腔镜和所述第四
腔镜的镀膜角度。
[0023]
进一步地，在本发明所述的窄线宽紫外激光器中，所述泵浦源为半导体激光器，所述泵浦光的波长为444
±
1nm；所述第一晶体为pr:ylf晶体、pr:llf晶体和pr:gdlif晶体中的任一种；所述第二晶体为bbo晶体、clbo晶体、pp-lbgo晶体、kabo晶体、kbbf晶体和rbbf晶体中的任一种；所述窄线宽紫外激光波长为所述第一晶体和所述第二晶体结合产生的波长261nm、273nm、302nm、303.5nm、320nm、349nm和360nm中的任一种，优选地，波长为261nm。
[0024]
进一步地，在本发明所述的窄线宽紫外激光器中，所述紫外激光为单频激光。
[0025]
(三)有益效果
[0026]
与现有技术相比，本发明所提供的上述技术方案以优选的激光晶体和优化的结构设计，大幅降低紫外激光器的体积，实现小型化；且提供了更短波长的窄线宽紫外激光，即波长为261nm紫外激光，更加有利于能量集中，也使分辨率得到提高，适于在荧光吸收、拉曼光谱、基因检测、生物化工、空间光通信和医疗等高精度要求领域推广应用。
附图说明
[0027]
图1为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(一)；
[0028]
图2为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(二)；
[0029]
图3为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(三)；
[0030]
图4为本发明的窄线宽紫外激光器的光束整形装置结构示意图；
[0031]
图5为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(四)；
[0032]
图6为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(五)；
[0033]
图7为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(六)；
[0034]
图8为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(七)；
[0035]
图9为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(八)；
[0036]
图10为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(九)；
[0037]
图11为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(十)；
[0038]
图12为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(十一)；
[0039]
图13为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(十二)；
[0040]
图14为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(十三)；
[0041]
图15为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(十四)；
[0042]
图16为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(十五)；
[0043]
图17为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(十六)；
[0044]
图18为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(十七)；
[0045]
图19为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(十八)；
[0046]
图20为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(十九)；
[0047]
图21为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(二十)；
[0048]
图22本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(二十一)；
[0049]
图23为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(二十二)；
[0050]
图24为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(二十三)；
[0051]
图25为本发明的窄线宽紫外激光器的结构示意图(二十四)。
[0052]
图中所示：
[0053]
1-泵浦源，101-第一泵浦源，101a-第一a泵浦源，101b-第一b泵浦源，102-第二泵浦源，102a-第二a泵浦源，102b-第二b泵浦源；
[0054]
2-光束整形装置，201-第一光束整形装置，202-第二光束整形装置；
[0055]
3-半波片，301a-第一a半波片，301b-第一b半波片，302a-第二a半波片，302b-第二b半波片；
[0056]
4-偏振片，401-第一偏振片，402-第二偏振片；
[0057]
5-激光振荡结构，501-第一腔镜，502-第二腔镜，503-第三腔镜，504-第四腔镜，505-输出镜，506-第一晶体，507-第二晶体，508-f-p标准具，509-偏振元件，510-隔离元件，51001-法拉第旋光器，51002-半波片元件；
[0058]
6-光束聚集装置，601-第一光束聚焦装置，602-第二光束聚焦装置；
[0059]
7-光束准直装置，701-第一光束准直装置，702-第二光束准直装置。
具体实施方式
[0060]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0061]
在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。
[0062]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的元件、电路和使用方法等。
[0063]
实施例1
[0064]
如图1所示，本发明的一种窄线宽紫外激光器，包括泵浦源1和激光振荡结构5，其中，所述泵浦源1用于为激光振荡结构5提供泵浦光，所述激光振荡结构5包括晶体(图中未示)和谐振腔(图中未示)，用于吸收所述泵浦光及产生紫外激光，所述激光振荡结构5的谐振腔为环形腔结构，在所述激光振荡结构5内形成单向环形激光振荡光路，用于输出窄线宽紫外激光。
[0065]
在上述实施例的本发明紫外激光器应用时，通过泵浦源1为激光振荡结构5提供泵浦光，通过激光振荡结构5吸收所述泵浦光后再产生目标紫外激光，在具有环形腔结构的激光振荡结构5内，激光沿单向传输，形成单向环形激光振荡光路，最后输出目标窄线宽紫外激光。
[0066]
在上述实施例中，为保障目标窄线宽紫外激光的高效输出，所述激光振荡结构5包括两组晶体，所述两组晶体分别为第一晶体(图中未示)和第二晶体(图中未示)，其中，所述第一晶体作为激光晶体，用于吸收所述泵浦光，并产生基频激光；所述第二晶体作为倍频晶体，用于对所述基频激光进行非线性频率变换，产生倍频激光，即目标紫外激光。较佳地，所
述第一晶体为pr:ylf晶体、pr:llf晶体和pr:gdlif晶体中的任一种、或者其他与pr:ylf晶体具有相似功能的晶体；所述第二晶体为bbo晶体、clbo晶体、pp-lbgo晶体、kabo晶体、kbbf晶体和rbbf晶体中的任一种，也可以为其他与bbo晶体具有相似功能的晶体。所述基频激光的波长为522nm、546nm、604nm、607nm、640nm、698nm、720nm中的任一种，优选地，波长为522nm；所述倍频激光即目标紫外激光的波长为261nm、273nm、302nm、303.5nm、320nm、349nm、360nm中的任一种，优选地，波长为261nm。具体地，在所述具有环形腔结构的激光振荡结构中，基频激光沿单向传输，从而形成单向环形激光振荡光路，以保障目标紫外激光的高效产生与输出。
[0067]
在上述实施例中，为保障目标紫外激光产生的效率和功率，所述泵浦源为连续泵浦源，如图2所示，优选地，所述泵浦源有两组，分别为第一泵浦源101和第二泵浦源102；所述第一泵浦源101和第二泵浦源102分别位于所述激光振荡结构的两侧；所述第一泵浦源101和第二泵浦源102分别为所述第一晶体提供泵浦光；由此，通过对所述激光振荡结构进行双端泵浦，为提高产生目标紫外激光的效率和功率提供保障。优选地，为保障获得短波目标紫外激光，所述泵浦光的波长优选为444
±
1nm；由此，较佳地，所述第一泵浦源101和第二泵浦源102均为半导体激光器，所述半导体激光器以444
±
1nm ld或者444
±
1nm光纤耦合激光器为优选，所述444
±
1nmld为能够发射波长为444
±
1nm的激光二极管，所述444
±
1nmld的功率以4w～5w为佳，所述444
±
1nm光纤耦合激光器为能够发射波长为444
±
1nm激光的光纤耦合半导体激光器，所述444
±
1nm光纤耦合激光器的平均功率以20w～60w为佳；以此设置利于降低成本，减小激光器整体体积，提高目标紫外激光的产生效率和输出功率。
[0068]
实施例2
[0069]
如图3所示，本发明的一种窄线宽紫外激光器，其基本结构设置及基本应用同实施例1，具体地，为获得高光束质量的目标窄线宽紫外激光，当所述泵浦源1不包括耦合装置时，如图3所示，在所述泵浦源1和激光振荡结构5之间依次设有光束整形装置2和半波片3，所述光束整形装置2和半波片3的数量与泵浦源1的数量相同，所述光束整形装置2邻近泵浦源1设置，所述半波片3邻近激光振荡结构5设置。在具体应用时，通过光束整形装置2对泵浦光进行光束整形，再通过半波片3对整形后的泵浦光束进行调节，由此，通过光束整形装置2和半波片3相结合对泵浦光进行处理后，形成与激光振荡结构5的腔模相匹配的光束，再进入到激光振荡结构5中进行泵浦，从而利于最大程度地利用泵浦光获得高光束质量的目标窄线宽紫外激光。
[0070]
在上述实施例中，所述半波片3为与所述泵浦光波长对应的半波片，基于所述泵浦光的波长优选为444
±
1nm，所述半波片3优选为针对波长为444
±
1nm激光的半波片即半波片(@444
±
1nm)；以利于高效调整泵浦光束入射到激光振荡结构5的偏振方向，使之处于激光振荡结构5吸收最大的方向。
[0071]
在上述实施例中，当所述泵浦源1为444
±
1nmld时，如图4所示，所述光束整形装置2优选包括柱透镜和凸透镜，其中，所述柱透镜对泵浦光进行准直，所述凸透镜对经所述柱透镜准直后的泵浦光进行聚焦，以获得高质量光束整形效果。
[0072]
在上述实施例中，优选地，如图5所示，基于双端泵浦设置两组泵浦源即第一a泵浦源101a和第二a泵浦源102a时，所述光束整形装置2和半波片3均设有两组，所述两组光束整形装置2分别为第一光束整形装置201和第二光束整形装置202，所述两组半波片3分别为第
一a半波片301a和第二a半波片302a，所述第一光束整形装置201设置于第一a泵浦源101a和第一a半波片301a之间，所述第二光束整形装置202设置于第二a泵浦源102a和第二a半波片302a之间。在具体应用时，在激光振荡结构外，从两端同时分别对泵浦光进行处理，其中，通过第一光束整形装置201对第一a泵浦源101a发射的泵浦光进行光束整形，再通过第一a半波片301a对经第一光束整形装置201整形后的泵浦光束进行调节；通过第二光束整形装置202对第二a泵浦源102a发射的泵浦光进行光束整形，再通过第二a半波片302a对经第二光束整形装置202整形后的泵浦光束进行调节；由此，通过所述两组光束整形装置2和两组半波片3分别相结合对两端泵浦光同步分别进行处理后，形成与激光振荡结构5的腔模相匹配的光束，再从激光振荡结构5的两端同步地分别进入到所述第一晶体中，对所述第一晶体进行双端泵浦，由此，利于最大程度地利用泵浦光获得高光束质量的基频光，进而利于在所述第二晶体对基频激光进行非线性频率变换后产生高光束质量的倍频激光，也即获得高光束质量的目标窄线宽紫外激光。
[0073]
实施例3
[0074]
如图6所示，本发明的一种窄线宽紫外激光器，其基本结构设置及基本应用同实施例1，具体地，为获得高光束质量的目标窄线宽紫外激光，当所述泵浦源包括耦合装置时，如图6所示，在所述泵浦源1和激光振荡结构5之间依次设有光束准直装置7、偏振片4、半波片3和光束聚焦装置6，所述光束准直装置7、偏振片4、半波片3和光束聚焦装置6的数量与泵浦源1的数量相同，所述光束准直装置7邻近泵浦源1设置，所述光束聚集装置6邻近激光振荡结构5设置。具体应用时，所述泵浦源1发出的泵浦光先通过光束准直装置7进行准直，经准直后的泵浦光通过偏振片4进行偏振分束，经偏振分束后获得的偏振光经半波片3进行偏振方向调节，经偏振方向调节后的偏振光再经光束聚焦装置6进行聚焦，由此，通过所述光束准直装置7、偏振片4、半波片3和光束聚焦装置6相结合对泵浦光进行处理后，形成与激光振荡结构5的腔模相匹配的光束，再进入到激光振荡结构5中进行泵浦，从而利于最大程度地利用泵浦光获得高光束质量的目标窄线宽紫外激光。
[0075]
在上述实施例中，所述半波片3为与所述泵浦光波长对应的半波片，基于所述泵浦光的波长优选为444
±
1nm，所述半波片3优选为针对波长为444
±
1nm激光的半波片即半波片(@444
±
1nm)；所述偏振片4为与所述泵浦光波长对应的偏振片，基于所述泵浦光的波长优选为444
±
1nm，所述偏振片4优选为针对波长为444
±
1nm激光的偏振片即偏振片(@444
±
1nm)；以利于高效调整泵浦光束入射到激光振荡结构5的偏振方向，使之处于激光振荡结构5吸收最大的方向。
[0076]
在上述实施例中，当所述泵浦源1为444
±
1nm光纤耦合激光器时，所述光束准直装置7优选为凸透镜，以获得高质量光束整形效果。
[0077]
在上述实施例中，为保障获得高质量光束整形效果，当泵浦源1为光纤耦合激光器时，优选地，光纤的纤芯直径与整形后焦点处光斑直径比优选为2:1、1:1或者1:2，其中，所述光纤为所述光纤耦合激光器的耦合输出光纤，所述光斑为泵浦光依次经所述光束准直装置7、偏振片4、半波片3和光束聚焦装置6整形后入射到第一晶体中的聚焦光斑。
[0078]
在上述实施例中，优选地，图7所示，基于双端泵浦设置两组泵浦源即第一b泵浦源101b和第二b泵浦源102b时，所述光束准直装置7、偏振片4、半波片3和光束聚焦装置6均设有两组，所述两组光束准直装置7分别为第一光束准直装置701和第二光束准直装置702，所
述两组偏振片分别为第一偏振片401和第二偏振片402，所述两组半波片分别为第一b半波片301b和第二b半波片302b，所述两组光束聚焦装置分别为第一光束聚焦装置601和第二光束聚焦装置602，所述第一光束准直装置701设置于第一b泵浦源101b和第一偏振片401之间，所述第二光束准直装置702设置于第二b泵浦源102b和第二偏振片402之间。在具体应用时，在激光振荡结构5外，从其两端同时分别对泵浦光进行处理，其中，通过第一光束准直装置701对第一b泵浦源101b发射的泵浦光进行光束准直，经第一光束准直装置701准直后的泵浦光再通过第一偏振片401进行偏振分束，然后，再通过第一b半波片301b对经第一偏振片401偏振分束后所得的偏振泵浦光束进行偏振方向调节，最后，通过第一光束聚焦装置601对经过第一半波片301b偏振方向调节后的泵浦光束进行聚焦；通过第二光束准直装置702对第二b泵浦源102b发射的泵浦光进行光束准直，经第二光束准直装置702准直后的泵浦光再通过第二偏振片402进行偏振分束，然后，再通过第二b半波片302b对经第二偏振片402偏振分束后所得的偏振泵浦光束进行偏振方向调节，最后，通过第二光束聚焦装置602对经过第二b半波片302b偏振方向调节后的泵浦光束进行聚焦；如此，通过上述处理在激光振荡结构5的两端分别获得与所述第一晶体最大吸收偏振方向一致的泵浦光，再从激光振荡结构5的两端同步地分别进入到所述第一晶体中，对所述第一晶体进行双端泵浦；由此，通过以上设置为使泵浦光以高利用率得到高效利用提供保障，从而利于最大程度地利用泵浦光获得高光束质量的基频光，进而利于在所述第二晶体对基频激光进行非线性频率变换后产生高光束质量的倍频激光，也即获得高光束质量的目标窄线宽紫外激光。
[0079]
实施例4
[0080]
如图8-13所示，本发明的一种窄线宽紫外激光器，其基本结构设置和基本应用同实施例1、或实施例2、或实施例3，为高效获得目标窄线宽紫外激光，具体地，所述激光振荡结构5包括的谐振腔为三镜环形腔结构，包括腔镜、f-p标准具508、隔离元件510、输出镜505，其中，所述腔镜有三组，分别为第一腔镜501、第二腔镜502和第三腔镜503；所述第一晶体506设置在第一腔镜501和第二腔镜502之间；所述第二晶体507设置在第三腔镜503和输出镜505之间；所述输出镜505设置在第二晶体507和第二腔镜502之间；所述f-p标准具508和隔离元件510依次设置在第一腔镜501和第三腔镜503之间。
[0081]
在上述实施例中，为更高效获得目标窄线宽紫外激光，优选地，所述第一晶体506设置在第一腔镜501和第二腔镜502连线的中点处；所述第三腔镜503设置于第一腔镜501和第二腔镜502连线的中垂线上。
[0082]
在上述实施例中，为保障获得高光束质量的目标窄线宽紫外激光，优选地，所述第一腔镜501和第二腔镜502的镀膜角度相同；所述第三腔镜503的镀膜角度按如下公式(1)设定：
[0083][0084]
式中，θ1为第一腔镜501和第二腔镜502的镀膜角度；θ2为第三腔镜503的镀膜角度。更优选地，所述第一腔镜501、第二腔镜502和第三腔镜503三者之间相互距离按如下公式(2)设定：
[0085][0086]
式中，l1为第一腔镜501与第二腔镜502之间的距离；l2为第二腔镜502与第三腔镜503之间的距离；l3为第一腔镜501与第三腔镜503之间的距离；θ1为第一腔镜501和第二腔镜502的镀膜角度。
[0087]
在上述实施例中，所述目标窄线宽紫外激光的波长优选为261nm。所述第一腔镜501和第二腔镜502用于对泵浦光进行增透、以及对基频激光进行高反射。为高效获得目标窄线宽紫外激光，优选地，所述第一腔镜501和第二腔镜502均为双色镜，均镀有双色膜；所述第一腔镜501和第二腔镜502均镀有针对泵浦光的增透膜和针对基频激光的高反膜。较佳地，所述第一腔镜501和第二腔镜502的镀膜角度均为17
°
，所述第一腔镜501和第二腔镜502均镀有17
°
444nm增透膜和17
°
522nm高反膜，其中，所述17
°
522nm高反膜的反射率优选为99.8％以上，所述17
°
444nm增透膜的透射率优选为95％以上，尤其以99.5％以上的透射率为佳；由此，实现第一腔镜501和第二腔镜502均能够针对波长为444
±
1nm的泵浦光增透、以及针对波长为522nm的基频激光高反射，并且，在第一腔镜501和第二腔镜502上，波长为444
±
1nm的泵浦光和波长为522nm的基频激光的入射角和反射角均为17
°
。在上述实施例中，所述第三腔镜503用于对基频激光进行偏振选择的同时，对偏振后的基频激光分别进行增透和高反射。为高效获得目标窄线宽紫外激光，优选地，所述第三腔镜503为针对基频激光的偏振片；所述第三腔镜503镀有高反膜和增透膜。较佳地，所述第三腔镜503为针对波长为522nm的基频激光的偏振片，更优选地，所述第三腔镜503的镀膜角度为55.6
°
，所述第三腔镜503镀有55.6
°
522nm s偏振光高反膜和55.6
°
522nm p偏振光增透膜，其中，所述55.6
°
522nm s偏振光高反膜的反射率优选为99.8％以上，所述55.6
°
522nm p偏振光增透膜的透射率优选为95％以上，尤其以99.5％以上的透射率为佳；由此，实现第三腔镜503能够针对波长为522nm的s偏振光高反射、以及针对波长为522nm的p偏振光增透，并且，在第三腔镜503上，波长为522nm的s偏振光和波长为522nm的p偏振光的入射角和反射角均为55.6
°
。
[0088]
在上述实施例中，所述输出镜505用于对基频激光进行增透、以及对倍频激光进行高反和输出目标窄线宽紫外激光。为高效获得目标窄线宽紫外激光，优选地，所述输出镜505为双色镜，镀有双色模。较佳地，所述输出镜505镀有针对基频激光的增透膜和针对倍频激光的高反膜；更优选地，所述输出镜505的镀膜角度为45
°
，所述输出镜505镀有45
°
522nm增透膜和45
°
261nm高反膜,其中，所述45
°
522nm增透膜的透射率优选为95％以上，尤其以99.5％以上的透射率为佳，所述45
°
261nm高反膜的反射率优选为99.8％以上；由此，实现输出镜505能够针对波长为522nm的基频激光增透、以及针对波长为261nm的倍频激光高反射，并且，在输出镜505上，波长为522nm的基频激光和波长为261nm的倍频激光的入射角和反射角均为45
°
，从而使倍频激光即波长为261nm的目标窄线宽紫外激光经输出镜505耦合输出。
[0089]
在上述实施例中，所述隔离元件510用于隔离部分基频激光，其中，被隔离的基频激光的运行方向与激光振荡结构5内的环形激光振荡光路的运行方向相反。为高效获得目标窄线宽紫外激光，优选地，所述隔离元件510包括法拉第旋光器51001和半波片元件51002，其中，所述法拉第旋光器51001设置于f-p标准具508和半波片元件51002之间，所述半波片元件51002设置于法拉第旋光器51001和第三腔镜503之间；所述隔离元件510为针对基频激光的光学隔离器，优选为针对波长为522nm的基频激光的光学隔离器；较佳地，所述
隔离元件510包括针对波长为522nm基频激光的法拉第旋光器51001和针对波长为522nm基频激光的半波片元件51002，所述针对波长为522nm基频激光的法拉第旋光器51001即法拉第旋光器(@522nm)，所述针对波长为522nm基频激光的半波片元件51002即半波片(@522nm)。较佳地，所述法拉第旋光器51001、半波片元件51002和由偏振片构成的第三腔镜503一起作用，保障在激光振荡结构5内实现激光的单向传输，也就是在具有环形腔结构的激光振荡结构5内，阻止与环形激光振荡光路运行方向相反的激光形成环形振荡光路从而实现激光单向传输，进而利于获得高光束质量的目标窄线宽紫外激光。具体地，上述实施例中，激光振荡结构5内的环形激光振荡光路的运行方向为逆时针，通过隔离元件510和第三腔镜503相结合作用阻止沿顺时针方向运行的激光形成环形振荡光路。
[0090]
在上述实施例中，所述f-p标准具508为法布里-泊罗(f-p)标准具，用于压窄基频激光的线宽以于形成高光束质量的基频激光，进而利于形成高光束质量的倍频激光。
[0091]
在上述实施例中，为更高效地使泵浦光束与激光振荡结构5的腔模相匹配，根据具体情况对激光振荡结构5进行设置，优选通过调整腔镜规格和各腔镜之间的距离进行设置；较佳地，所述第一腔镜501和第二腔镜502均为平凹透镜，所述第三腔镜503为平面镜，所述第一腔镜501的曲率优选为-150～-300mm，所述第二腔镜502的曲率优选为-200～-600mm，所述第一腔镜501与第二腔镜502之间的距离优选为50～150mm，所述第一晶体506设置在第一腔镜501与第二腔镜502连线的中点处。此外，优选地，所述第二晶体507设置在靠近第三腔镜503处的束腰位置，以提高倍频效率。
[0092]
在上述实施例的本发明窄线宽紫外激光器应用时，基本应用同实施例1～3，具体地，还包括：如图8-13所示，在激光振荡结构5外形成的泵浦光光束经第一腔镜501和/或第二腔镜502增透进入激光振荡结构5中，对第一晶体506进行单端(如图8、图10和图12所示)或双端(如图9、图11和图13所示)泵浦，其中，以双端泵浦为优选，即：如图9、图11和图13所示，泵浦光光束经第一腔镜501和第二腔镜502同时增透进入激光振荡结构5中对第一晶体506进行双端泵浦；通过第一晶体506吸收泵浦光并产生基频激光；所产生的基频激光分别经第一腔镜501和第二腔镜502高反射，其中，逆时针运转的基频激光经第一晶体506产生后经由第一腔镜501反射，依次经f-p标准具508压窄线宽、经隔离元件510作用后保持偏振态不变，经第三腔镜503反射后进入第二晶体507；再通过第二晶体507对基频激光进行非线性频率变换并产生倍频激光，即目标窄线宽紫外激光；最后通过输出镜505对倍频激光进行高反射输出，即输出波长为261nm的目标窄线宽紫外激光。
[0093]
在上述应用过程中，所述泵浦光的波长为444
±
1nm，所述倍频激光即目标紫外激光的波长为261nm，所述基频激光的波长为522nm；所述第一晶体506为pr:ylf晶体、pr:llf晶体和pr:gdlif晶体中的任一种；所述第二晶体507为bbo晶体、clbo晶体、pp-lbgo晶体、kabo晶体、kbbf晶体和rbbf晶体中的任一种；在所述具有环形腔结构的激光振荡结构5中，形成环形激光振荡光路，其运行方向为逆时针，即在上述应用过程中的基频激光沿逆时针方向以环形光路振荡，经过第二晶体507后产生的倍频激光经输出镜505输出，由此，有效保障目标窄线宽紫外激光即波长为261nm的窄线宽紫外激光的高效产生与输出。
[0094]
在上述应用过程中，在激光振荡结构5内，通过隔离元件510和第三腔镜503相结合作用阻止沿顺时针方向运行的激光继续振荡传输，为形成逆时针运行的环形激光振荡光路提供保障；具体地，所述隔离元件510和第三腔镜503对顺时针运行的基频激光起阻止作用
的过程为：基于第三腔镜503为偏振片、及隔离元件510包括法拉第旋光器51001和半波片元件51002进行，由第一晶体506产生的s偏振态的基频激光经由第二腔镜502反射后，再经第三腔镜503高反射，反射后的s偏振光依次经半波片元件51002和法拉第旋光器51001旋转处理后变为p偏振光，所形成的p偏振光再沿顺时针传输，最后经第三腔镜503透出，由此，实现顺时针方向运行的激光的腔内损耗增加，抑制激光的顺时针运转，从而为实现腔内激光的逆时针单向振荡运转即形成逆时针运行的环形激光振荡光路提供保障，进而有效抑制空间烧孔效应，以保障目标窄线宽紫外激光即波长为261nm的窄线宽紫外激光的高效产生与输出。
[0095]
实施例5
[0096]
如图14-19所示，本发明的一种窄线宽紫外激光器，其基本结构设置和基本应用同实施例1、或实施例2、或实施例3，为高效获得目标窄线宽紫外激光，具体地，所述激光振荡结构5包括的谐振腔为四镜环形腔结构，包括腔镜、f-p标准具508、隔离元件510、偏振元件509，其中，所述腔镜有四组，分别为第一腔镜501、第二腔镜502、第三腔镜503和第四腔镜504；所述第一晶体506设置在第一腔镜501和第二腔镜502之间；所述第二晶体507设置在第三腔镜503和第四腔镜504之间；所述f-p标准具508设置在第二腔镜502和第三腔镜503之间；所述偏振元件509和隔离元件510依次设置在第三腔镜503和第二晶体507之间。
[0097]
在上述实施例中，为更高效获得高光束质量的目标窄线宽紫外激光，优选地，所述第一晶体506设置在第一腔镜501和第二腔镜502连线的中点处，所述第二晶体507设置在第三腔镜503和第四腔镜504连线的中点处，所述第一腔镜501和第四腔镜504之间的距离与第二腔镜502和第三腔镜503之间的距离相等；优选地，所述第一腔镜501、第二腔镜502、第三腔镜503和第四腔镜504的镀膜角度相同；较佳地，所述第一腔镜501、第二腔镜502、第三腔镜503和第四腔镜504四者之间相互距离按如下公式(3)设定：
[0098][0099]
式中，l1为第一腔镜501与第二腔镜502之间的距离；l2为第二腔镜502与第三腔镜503之间的距离；l3为第三腔镜503与第四腔镜504之间的距离；l4为第一腔镜501与第四腔镜504之间的距离；θ为第一腔镜501、第二腔镜502、第三腔镜503和第四腔镜504的镀膜角度。
[0100]
在上述实施例中，所述第一腔镜501和第二腔镜502用于对泵浦光进行增透、以及对基频激光进行高反射。为高效获得目标窄线宽紫外激光，优选地，所述第一腔镜501和第二腔镜502均为双色镜，均镀有双色模；所述第一腔镜501和第二腔镜502均镀有针对泵浦光的增透膜和针对基频激光的高反膜。较佳地，所述第一腔镜501和第二腔镜502的镀膜角度均为10
°
，所述第一腔镜501和第二腔镜502均镀有10
°
444
±
1nm增透膜和10
°
522nm高反膜，所述10
°
444
±
1nm增透膜的透过率优选为99.5％以上，所述10
°
522nm高反膜的反射率优选为99.8％以上，由此，实现第一腔镜501和第二腔镜502均能够针对波长为444
±
1nm的泵浦光增透、以及针对波长为522nm的基频激光高反射，并且，在第一腔镜501和第二腔镜502上，波长为444
±
1nm的泵浦光和波长为522nm的基频激光的入射角和反射角均为10
°
。
[0101]
在上述实施例中，所述第三腔镜503用于对基频激光进行高反射。为高效获得目标窄线宽紫外激光，优选地，所述第三腔镜503镀有高反膜。较佳地，所述第三腔镜503的镀膜
角度均为10
°
，所述第三腔镜503镀有10
°
522nm高反膜,所述10
°
522nm高反膜的反射率优选为99.8％以上，由此，实现第三腔镜503能够针对波长为522nm的基频激光进行高反射，并且，在第三腔镜503上，波长为522nm的基频激光的入射角和反射角均为10
°
。
[0102]
在上述实施例中，所述第四腔镜504用于对基频激光进行高反射、以及对倍频激光进行增透和输出目标窄线宽紫外激光。为高效获得目标窄线宽紫外激光，优选地，所述第四腔镜504为双色镜，镀有双色模。较佳地，所述第四腔镜504镀有针对基频激光的高反膜和针对倍频激光的增透膜；更优选地，所述第四腔镜504的镀膜角度为10
°
，所述第四腔镜504镀有10
°
522nm高反膜，其中，所述10
°
522nm高反膜的反射率优选为99.8％以上，所述10
°
261nm增透膜的透射率优选为95％以上，尤其以99.5％以上的透射率为佳；由此，实现第四腔镜504能够针对波长为522nm的基频激光高反射、以及针对波长为261nm的倍频激光增透，并且，在第四腔镜504上，波长为522nm的基频激光和波长为261nm的倍频激光的入射角和反射角均为10
°
，从而使倍频激光即波长为261nm的目标窄线宽紫外激光经第四腔镜504高效输出。
[0103]
在上述实施例中，所述f-p标准具508为法布里-泊罗(f-p)标准具，用于压窄基频激光的线宽，以形成窄线宽的基频激光，从而利于形成窄线宽的倍频激光，进而利于形成单频目标窄线宽紫外激光。
[0104]
在上述实施例中，所述隔离元件510用于隔离部分基频激光，其中，被隔离的基频激光的运行方向与激光振荡结构5内的环形激光振荡光路的运行方向相反。为高效获得目标窄线宽紫外激光，优选地，所述隔离元件510包括法拉第旋光器51001和半波片元件51002，其中，所述法拉第旋光器51001设置于偏振元件509和半波片元件51002之间，所述半波片元件51002设置于所述拉第旋光器和第二晶体507之间；所述隔离元件510为针对基频激光的光学隔离器，优选为针对波长为522nm的基频激光的光学隔离器；较佳地，所述隔离元件510包括针对波长为522nm基频激光的法拉第旋光器51001和针对波长为522nm基频激光的半波片元件51002，所述针对波长为522nm基频激光的法拉第旋光器51001即法拉第旋光器(@522nm)，所述针对波长为522nm基频激光的半波片元件51002即半波片(@522nm)。
[0105]
在上述实施例中，所述偏振元件509为起偏器，所述偏振元件509和隔离元件510一起作用，保障在激光振荡结构5内实现激光的单向传输，也就是在具有环形腔结构的激光振荡结构5内，阻止与允许的环形激光振荡光路运行方向相反的激光形成环形振荡光路从而实现激光单向传输，进而利于获得单频的目标窄线宽紫外激光。
[0106]
在上述实施例中，为更高效地使泵浦光束与激光振荡结构5的腔模相匹配，根据具体工况对激光振荡结构5进行设置，优选通过设置腔镜的规格和调整各腔镜之间的距离进行；较佳地，所述第一腔镜501和第二腔镜502均为平面镜，所述第一腔镜501与第二腔镜502之间的距离优选为50～150mm，所述第一晶体506设置在第一腔镜501与第二腔镜502连线的中点处。此外，所述第三腔镜503和第四腔镜504优选为凹面镜，所述第三腔镜503和第四腔镜504的曲率均优选为-100mm，所述第三腔镜503与第四腔镜504之间的距离优选为100～110mm，所述第二晶体507优选设置在第三腔镜503与第四腔镜504连线的中点处，从而使第二晶体507位于激光振荡结构5中第三腔镜503和第四腔镜504之间的束腰位置，以利于提高倍频效率。
[0107]
在上述实施例的本发明窄线宽紫外激光器应用时，基本应用同实施例1～3，具体
地，还包括：如图14-19所示，在激光振荡结构5外形成的泵浦光光束分别经第一腔镜501和/或第二腔镜502增透进入激光振荡结构5中，对第一晶体506进行单端(如图14、图16和图18所示)或双端(如图15、图17和图19所示)泵浦，其中，以双端泵浦为优选，即：如图15、图17和图19所示，泵浦光光束经第一腔镜501和第二腔镜502同时增透进入激光振荡结构5中对第一晶体506进行双端泵浦；通过第一晶体506吸收泵浦光并产生基频激光；所产生的基频激光分别经第一腔镜501和第二腔镜502高反射，其中，通过第一腔镜501反射的基频激光经第四腔镜504高反射后进入第二晶体507，通过第二腔镜502反射的基频激光依次经f-p标准具508压窄线宽、经第三腔镜503高反射、经偏振元件509和隔离元件510共同作用后进入第二晶体507；再通过第二晶体507吸收基频激光并产生倍频激光，即目标窄线宽紫外激光；最后通过第四腔镜504对倍频激光进行增透和输出，即输出波长为261nm的目标窄线宽紫外激光。
[0108]
在上述应用过程中，所述泵浦光的波长为444
±
1nm，所述倍频激光即目标紫外激光的波长为261nm，所述基频激光的波长为522nm；所述第一晶体506为pr:ylf晶体、pr:llf晶体和pr:gdlif晶体中的任一种；所述第二晶体507为bbo晶体、clbo晶体、pp-lbgo晶体、kabo晶体、kbbf晶体和rbbf晶体中的任一种；在所述具有环形腔结构的激光振荡结构5中，形成单向环形激光振荡光路，即在上述应用过程中的基频激光沿环形光路单向振荡，经由所述第二晶体产生倍频激光，由输出镜输出，由此，有效保障目标窄线宽紫外激光即波长为261nm的窄线宽紫外激光的高效产生与输出。
[0109]
在上述应用过程中，在激光振荡结构5内，以从第三腔镜503向第四腔镜504传输激光的方向为正向，以从第四腔镜504向第三腔镜503传输激光的方向为反向，为形成单向运行的环形激光振荡光路，通过隔离元件510和偏振元件509相结合作用阻止沿所述反向运行的激光继续振荡传输；具体地，所述隔离元件510和偏振元件509对沿所述反向运行的激光进行阻止作用的过程为：基于隔离元件510包括法拉第旋光器51001和半波片元件51002进行；沿所述反向运行的激光经偏振元件509进行偏振获得s偏振光和p偏振光，其中，所述p偏振光经偏振元件509增透，所述s偏振光经偏振元件509高反射，高反射后的s偏振光依次经半波片元件51002和法拉第旋光器51001旋转处理后变为与p偏振光同方向的偏振光，再经偏振元件509透出，由此，实现沿所述反向运行的激光的腔内损耗增加，从而为实现腔内激光的单向振荡运转即形成单向运行的环形激光振荡光路提供保障，进而有效抑制空间烧孔效应，以保障倍频激光目标窄线宽紫外激光即波长为261nm的窄线宽紫外激光的高效产生与单频输出。
[0110]
实施例6
[0111]
如图20-25所示，本发明的一种窄线宽紫外激光器，其基本结构设置和基本应用同实施例5，具体不同的是，如图20-25所示，在所述激光振荡结构5中，所述偏振元件509为偏振片。
[0112]
在上述实施例中，为高效获得目标窄线宽紫外激光，优选地，所述偏振元件509为针对基频激光的偏振片；所述偏振元件509镀有高反膜和增透膜。较佳地，所述偏振元件509为针对波长为522nm的基频激光的偏振片，所述基频激光经偏振元件509偏振后产生波长为522nm的s偏振光和p偏振光，更优选地，所述偏振元件509的镀膜角度为45
°
或者55.6
°
，较佳地，所述偏振元件509镀有55.6
°
522nm s偏振光高反膜和55.6
°
522nm p偏振光增透膜(即
55.6
°
hr@522nms光&55.6
°
ht@522nmp光)，由此，实现偏振元件509能够针对波长为522nm的s偏振光高反射、以及针对波长为522nm的p偏振光增透，并且，在偏振元件509上，波长为522nm的s偏振光和波长为522nm的p偏振光的入射角和反射角均为55.6
°
。
[0113]
总体上，通过本发明的上述实施例可见，相较于现有窄线宽紫外激光器，本发明以创新的环形腔结构设计，使激光器整体体积更加小型化，且能够有效提高窄线宽紫外激光输出的效率，增强运行稳定性，更适于在高精度要求的领域应用。尤其是将本发明与现有技术中应用较多的以提供波长为266nm窄线宽紫外激光为主的全固态窄线宽紫外激光器相比，本发明提供的窄线宽紫外激光器具有突出的体积小、重量轻、结构紧凑、转换效率高等优点；特别是前者通常为基于掺nd晶体的激光器，从波长为1064nm的泵浦光到波长为266nm的窄线宽紫外激光需要经过2次非线性频率转换，使该激光器的结构复杂，从而使其应用操作也相应地比较复杂且难度大；此外，本发明以444
±
1nm蓝光ld作为泵浦源时，还具有显著的降低成本、简化结构、减小体积等优点；而且，本发明采用热效应不明显和具有较高的转换效率的掺pr
3+
氟化物为激光晶体时，利用其在可见光范围内的发射波长为522nm，能够使本发明只需经过一次非线性频率转换就可以获得目标窄线宽紫外激光输出，从而进一步简化了激光器的结构，利于减小激光器的体积；特别是，本发明的激光振荡结构采用环形腔结构，能够大幅提高输出稳定性，以单向环形振荡光路进行目标窄线宽紫外激光的产生与输出，实现单频输出，使本发明的窄线宽紫外激光器能够更适用于对波长精度要求高的领域。总之，本发明所提供的小型化窄线宽紫外激光器，开拓性地提供了更短波长的窄线宽紫外激光，即波长为261nm窄线宽紫外激光，更加有利于能量集中，提高分辨率适于在荧光吸收、拉曼光谱、基因检测、生物化工、空间光通信和医疗等对波长精度要求高的领域推广应用。
[0114]
本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。