高功率单频腔外五倍频激光器的制作方法

本发明涉及到激光领域，尤其涉及到高功率固体单频激光器领域的设计。

背景技术：

1、210nm波段的深紫外光源在半导体光刻，高密度存储，高精度光谱分析等诸多领域有重要的应用。单频深紫外激光器除了普通深紫外激光器的特点以外，还具有非常好的光源相干性，可以广泛应用于拉曼光谱，晶圆检测，光致发光和高稳定性微加工等行业的应用。

技术实现思路

1、本发明设计一款结构简单，可靠性高的高功率单频腔外五倍频激光器，实现高功率单频深紫外的输出。

2、本发明从原理上主要为两部分组成，第一部分为高功率单频产生系统，第二部分为腔外单频和频系统。

3、所述的高功率单频产生系统，其特征在于所述的高功率单频产生系统是由全射镜（11），耦合系统一（201），平凸二向色镜一（211），激光晶体一（221），平凸二向色镜二（212），耦合系统二（202），平平二向色镜一（131），偏振片一（141），磁光晶体（15），四分之一波片（16），偏振片二（142），fp组（17），二倍频晶体（18），三倍频晶体（19），平平二向色镜二（132），耦合系统三（203），平凸二向色镜三（213），激光晶体二（222），平凸二向色镜四（214），耦合系统四（204），q开光（12）组成。

4、其中，耦合系统一（201），耦合系统二（202）汇聚在激光晶体一（221）内。耦合系统三（203），耦合系统四（204）汇聚在激光晶体二（222）内。泵浦系统采用878nm或者888nm的泵浦光，减少激光晶体的量子亏损，能够产生更高的泵浦功率。相应的激光晶体一（221），激光晶体二（222）为掺杂钕粒子晶体，激光晶体长度约为50mm，用于泵浦光的完全吸收，相应晶体浓度根据设计要求进行调整。

5、其中，平凸二向色镜一（211），平凸二向色镜二（212），平凸二向色镜三（213），平凸二向色镜四（214）为凸面向内放置的激光镜片，根据设计需求确定镜片曲率和镀膜要求，主要目的为了补偿晶体热焦距，从而实现高功率基横模激光输出。

6、其中，平平二向色镜一（131），平平二向色镜二（132）为低通高反激光镜片，主要作用为折叠、压缩光路，用于让基频光在腔内振荡，而让高次和频光出射，便于后续和频。

7、其中，偏振片一（141），磁光晶体（15），四分之一波片（16），偏振片二（142）的组合为标准单向循环器件，主要目的是为了实现腔中激光单向循环，消除空间烧孔作用。激光在这个组合的传播方向为图1中在偏振片一（141）位置的从左到右单向循环，反向传播的光通过偏振片一（141）反射出激光腔体，激光没有形成振荡。

8、其中，fp组（17）的主要在于实现纵模的选频，通常可以用一个fp来实现选频，但是频率控制不稳定，在此使用两个fp，使两个fp交叠区域选频从而实现稳定单频输出。同时fp组（17）具有温控装置，减少外界环境对激光器频率的影响。

9、其中，二倍频晶体（18），三倍频晶体（19）为将单频光转换为相应倍频光输出的装置。所有晶体放置于使用tec精确控温的装置中，用于对出光功率的精确控制。

10、其中，q开光（12）用于实现q值的调节和脉冲光的输出。

11、在腔外单频和频系统中，其特征在于所述腔外单频和频系统由平平二向色镜三（30），反射镜一（32），耦合镜一（35）组成的二倍频光路系统，和由反射镜二（31），二分之一波片（33），耦合镜二（34），平平二向色镜四（36）组成的三倍频光路系统，以及五倍频晶体（37），分束装置（38）和挡光装置（39）组成。

12、其中，所述的二倍频光路系统和三倍频光路系统的其特征在于，两路光路的传播距离相等，同时，二三倍频光的焦点也满足重合关系。

13、其中，二倍频光路系统的特征在于，二倍频光通过平平二向色镜三（30）后透射传播，通过反射镜一（32）后改变传播方向后，通过耦合镜一（35）汇聚后，再通过平平二向色镜四（36）反射进入到五倍频晶体（37）中。

14、其中，三倍频光路系统的特性在于，三倍频光通过平平二向色镜三（30）后反射传播，通过反射镜二（31）后改变传播方向后，改变传播方向后的三倍频光先通过二分之一波片（33）改变偏振状态后，再通过耦合镜二（34）进行汇聚，最后通过平平二向色镜四（36）后进入到五倍频晶体（37）中。

15、其中，在腔外单频和频系统中，平平二向色镜三（30）为高通滤光片，用于二倍频光透过，三倍频光反射，用于光束的分束。而合束的平平二向色镜四（36）则为低通滤光片用于二倍频光反射，三倍频光透射，用于光束的合束。

16、其中，二分之一波片（33），耦合镜二（34）镀三倍频增透膜，耦合镜一（35）镀二倍频增透膜。五倍频晶体（37）入射端面可镀二三倍频增透膜，出光面不镀膜。

17、其中，五倍频晶体（37）为深紫外和频晶体，使用bbo晶体或者clbo晶体。

18、最后，二三倍频光和五倍频光再通过布角度设计的分束装置（38）后进行分束，如果不用二三倍频光，则需要用挡光装置（39）进行收集。

技术特征：

1.一种高功率单频腔外五倍频激光器的设计，其特征在于包括为高功率单频产生系统，腔外单频和频系统，所述的高功率单频产生系统由全射镜（11），耦合系统一（201），平凸二向色镜一（211），激光晶体一（221），平凸二向色镜二（212），耦合系统二（202），平平二向色镜一（131），偏振片一（141），磁光晶体（15），四分之一波片（16），偏振片二（142），fp组（17），二倍频晶体（18），三倍频晶体（19），平平二向色镜二（132），耦合系统三（203），平凸二向色镜三（213），激光晶体二（222），平凸二向色镜四（214），耦合系统四（204），q开光（12）组成；所述腔外单频和频系统由平平二向色镜三（30），反射镜一（32），耦合镜一（35），反射镜二（31），二分之一波片（33），耦合镜二（34），平平二向色镜四（36），五倍频晶体（37），分束装置（38）和挡光装置（39）组成。

2.根据权利要求1所述的高功率单频产生系统，其特征在于所述高功率单频产生系统中全射镜（11），耦合系统一（201），平凸二向色镜一（211），激光晶体一（221），平凸二向色镜二（212），耦合系统二（202），平平二向色镜一（131），平平二向色镜二（132），耦合系统三（203），平凸二向色镜三（213），激光晶体二（222），平凸二向色镜四（214），耦合系统四（204），q开光（12）组成高功率基频腔体，用于产生高功率基横模激光。

3.根据权利要求1所述的高功率单频产生系统，其特征在于所述高功率单频产生系统中的耦合系统一（201），耦合系统二（202），耦合系统三（203），耦合系统四（204）为四端泵泵浦系统，四个高功率泵浦系统采用878nm或者888nm的泵浦光，用于减少激光晶体的量子亏损，产生更高的泵浦功率和更低的热效应。

4.根据权利要求1所述的高功率单频产生系统，其特征在于所述高功率单频产生系统中平平二向色镜二（132）低通镜片，用于让基频光在腔内振荡，而让高次倍频光输出。

5.根据权利要求1所述高功率单频产生系统，其特征在于所述高功率单频产生系统中fp组（17）是使用两个fp，通过精确控温来实现在高功率单纵模输出。

6.根据权利要求1所述腔外单频和频系统，其特征在于所述腔外单频和频系统中从平平二向色镜三（30），反射镜一（32），到平平二向色镜四（36）的距离和平平二向色镜三（30），反射镜二（31），到平平二向色镜四（36）距离相等。

7.根据权利要求1所述腔外单频和频系统，其特征在于所述腔外单频和频系统中二三倍频光在进入到五倍频晶体（37）的时候在空间上是重合。

8.根据权利要求1所述腔外单频和频系统，其特征在于所述腔外单频和频系统中二分之一波片（33）用于改变三倍频光的偏振方式，使最终入射到五倍频晶体（36）上二三倍频光的偏振方式一致。

9.根据权利要求1所述腔外单频和频系统，其特征在于所述腔外单频和频系统中五倍频晶体（37）为深紫外和频晶体，晶体选择为bbo晶体或者clbo晶体。

10.根据权利要求1所述腔外单频和频系统，其特征在于所述腔外单频和频系统中平平二向色镜三（30）为高通镜片，平平二向色镜四（36）为低通镜片。

技术总结
本发明涉及到激光领域，尤其涉及到高功率单频激光的领域的设计。首先，利用高功率多端泵单向循环腔体产生高功率的单频激光，其次高功率的单频激光经过腔内倍频产生单频的二三倍频激光输出，最后在循环腔外设计耦合光路来实现高功率单频光的和频，从而产生高功率单频五倍频激光。利用本发明的结构可以很轻松的获取1um激光波段的单频五倍频激光，广泛应用于需要相干长度的场景应用。

技术研发人员：朱光
受保护的技术使用者：天津光粒科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15