一种功率稳定的紫外飞秒激光器的制作方法

本发明涉及激光器领域，更具体地，涉及一种功率稳定的紫外飞秒激光器。

背景技术：

1、紫外飞秒激光器广泛应用于微电子中的高通量高精度的切割、划线和钻孔，如：oled(有机发光二极管)切割、晶圆切割、聚合物薄膜和薄膜的切割、挠性电路和低-k材料的加工。随着工业应用的深入，为了提高成品率并保证产品的一致性，需要功率稳定的紫外飞秒激光器。紫外飞秒激光一般由红外飞秒三倍频产生，红外飞秒的功率及脉宽波动会导致紫外功率大幅波动，那么功率稳定的紫外飞秒激光器需要红外飞秒的功率和脉宽都稳定。

2、中国专利cn112636140b《一种功率、脉宽同时锁定飞秒激光器》，通过红外功率反馈锁定功率保持功率稳定，通过倍频功率反馈锁定脉宽保持脉宽稳定。该专利实际应用中有两个问题：

3、(1)该专利中有一系列的判断逻辑，且对判断的值给得比较宽泛，计算机实现起来非常占资源，容易死机，不利于实际应用；

4、(2)红外功率比较容易锁定，但是由于脉冲非常容易受环境、振动、应力的影响，且放大器的变化也会改变脉宽形状，只改变脉冲压缩器的电机位置即改变光栅与反射镜之间的距离无法保证色散与放大器输出的展宽脉冲色散匹配，及无法实现脉宽的锁定，非常容易失锁，无法满足工业激光器应用。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种功率稳定的紫外飞秒激光器，包括锁模种子源、脉冲展宽器、放大器、第一反射镜、第二反射镜、第一分光镜、脉冲压缩器、第二分光镜、三倍频模块、第三分光镜、控制器、第一探测模块、第二探测模块和第三探测模块；

2、所述锁模种子源产生的红外飞秒激光经过所述脉冲展宽器和所述放大器后进入第一反射镜和第二反射镜到达第一分光镜，所述第一分光镜对红外飞秒激光分光为两部分，一部分进入第一探测模块，所述第一探测模块，用于探测红外飞秒激光展宽后、压缩前的光强信号和光斑位置信号，所述第一探测模块连接控制器，所述控制器，用于根据红外飞秒激光展宽后、压缩前的光强信号控制所述脉冲展宽器和所述放大器，实现红外飞秒激光展宽后、压缩前的光强信号的稳定；以及根据红外飞秒激光展宽后、压缩前的光斑位置信号，控制第一反射镜，实现红外飞秒激光压缩前的指向性稳定；

3、第一分光镜分光后的另一部分光经过所述脉冲压缩器进行第二分光镜，所述第二分光镜将另一部分红外飞秒激光再次分为两部分，一部分进入第二探测模块，所述第二探测模块，用于探测红外飞秒激光压缩后的光强信息和光斑位置信号，所述第二探测模块连接控制器，所述控制器，用于根据红外飞秒激光压缩后的光强信号控制所述脉冲压缩器，实现红外飞秒激光压缩后的光强信号的稳定；以及根据红外飞秒激光压缩后的光斑位置信号，控制第二反射镜，实现红外飞秒激光压缩后的指向性稳定；

4、第二分光镜分光后的另一部分压缩后的红外飞秒激光经过三倍频模块形成紫外飞秒激光，进入第三分光镜，所述第三分光镜对紫外飞秒激光分光，一部分进入第三探测模块，所述第三探测模块用于探测紫外飞秒激光的光强信号，所述第三探测模块连接控制器，所述控制器用于根据紫外飞秒激光的光强信号，控制所述三倍频模块，实现三倍频器件稳定。

5、在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

6、可选的，紫外飞秒激光器启动时，所述控制器先控制脉冲展宽器和放大器，实现压缩前的峰值功率稳定，然后再控制第一反射镜和第二反射镜，实现红外飞秒激光指向性稳定，再控制脉冲压缩器实现压缩后的峰值功率稳定，最后控制三倍频模块实现三倍频器件的稳定性。

7、可选的，所述第一探测模块和第二探测模块均包括透镜、滤波片和四象限双光子探测模块，所述滤波片，用于滤除红外飞秒激光中的可见光，所述四象限双光子探测模块，用于探测双光子荧光的光强信号和光斑位置信号。

8、可选的，所述第一探测模块和第二探测模块均包括透镜、双光子吸收材料、滤波片和四象限探测模块，所述滤波片，用于滤出双光子吸收材料发射的双光子荧光，所述四象限探测模块，用于探测双光子荧光的光强信号和光斑位置信号。

9、可选的，当所述第一探测模块探测的光强信号减小时，通过控制器控制所述脉冲展宽器输出脉宽减小，同时控制所述放大器输出功率增大；

10、当所述第一探测模块探测的光强信号增大时，通过控制器控制所述脉冲展宽器输出脉宽增大，同时控制所述放大器输出功率减小，其中，所述控制器控制所述脉冲展宽器和所述放大器的控制信号保持时间同步。

11、可选的，所述脉冲展宽器为单光栅offner展宽器，所述控制器通过控制所述脉冲展宽器中的光栅角度实现脉冲宽度的减小或增大，以及控制所述放大器中泵浦电流实现输出功率的减小或增大。

12、可选的，所述脉冲压缩器为单光栅treacy压缩器，所述控制器，用于根据所述第二探测模块探测的光强信号，控制所述脉冲压缩器中的光栅角度，实现脉冲宽度的减小或增大，保证探测的光强信号稳定。

13、可选的，所述控制器，用于根据所述第一探测模块探测的光斑位置信号控制第一反射镜，使光斑位置稳定在所述第一探测模块的中心位置；以及根据所述第二探测模块探测的光斑位置信号控制所述第二反射镜，使光斑位置稳定在第二探测模块的中心位置。

14、可选的，当所述第一探测模块和所述第二探测模块探测的光强信号均在预设值附近且所述第三探测模块探测的光强信号低于预设值，控制器控制所述三倍频模块移点，实现三倍频器件稳定。

15、本发明提供的一种功率稳定的紫外飞秒激光器，具有以下有益效果：

16、(1)控制逻辑清晰，使计算机更容易实现控制；

17、(2)第一探测模块连接控制器控制压缩前的峰值功率，第二探测模块连接控制器控制压缩后的峰值功率，第一、二探测模块连接控制器联合控制激光指向性，第三探测模块连接控制器控制三倍频器件的稳定性。多维度的控制可以保证控制的有效性，抵消环境、应力等各方面的影响；

18、(3)将位置探测器和峰值功率探测器有效的结合在一起，节约了成本和空间，使系统更加简洁，利于长时间的稳定性。

技术特征：

1.一种功率稳定的紫外飞秒激光器，其特征在于，包括锁模种子源、脉冲展宽器、放大器、第一反射镜、第二反射镜、第一分光镜、脉冲压缩器、第二分光镜、三倍频模块、第三分光镜、控制器、第一探测模块、第二探测模块和第三探测模块；

2.根据权利要求1所述的紫外飞秒激光器，其特征在于，紫外飞秒激光器启动时，所述控制器先控制脉冲展宽器和放大器，实现压缩前的峰值功率稳定，然后再控制第一反射镜和第二反射镜，实现红外飞秒激光指向性稳定，再控制脉冲压缩器实现压缩后的峰值功率稳定，最后控制三倍频模块实现三倍频器件的稳定性。

3.根据权利要求1所述的紫外飞秒激光器，其特征在于，所述第一探测模块和第二探测模块均包括透镜、滤波片和四象限双光子探测模块，所述滤波片，用于滤除红外飞秒激光中的可见光，所述四象限双光子探测模块，用于探测双光子荧光的光强信号和光斑位置信号。

4.根据权利要求1所述的紫外飞秒激光器，其特征在于，所述第一探测模块和第二探测模块均包括透镜、双光子吸收材料、滤波片和四象限探测模块，所述滤波片，用于滤出双光子吸收材料发射的双光子荧光，所述四象限探测模块，用于探测双光子荧光的光强信号和光斑位置信号。

5.根据权利要求1所述的紫外飞秒激光器，其特征在于，当所述第一探测模块探测的光强信号减小时，通过控制器控制所述脉冲展宽器输出脉宽减小，同时控制所述放大器输出功率增大；

6.根据权利要求5所述的紫外飞秒激光器，其特征在于，所述脉冲展宽器为单光栅offner展宽器，所述控制器通过控制所述脉冲展宽器中的光栅角度实现脉冲宽度的减小或增大，以及控制所述放大器中泵浦电流实现输出功率的减小或增大。

7.根据权利要求1所述的紫外飞秒激光器，其特征在于，所述脉冲压缩器为单光栅treacy压缩器，所述控制器，用于根据所述第二探测模块探测的光强信号，控制所述脉冲压缩器中的光栅角度，实现脉冲宽度的减小或增大，保证探测的光强信号稳定。

8.根据权利要求1所述的紫外飞秒激光器，其特征在于，所述控制器，用于根据所述第一探测模块探测的光斑位置信号控制第一反射镜，使光斑位置稳定在所述第一探测模块的中心位置；以及根据所述第二探测模块探测的光斑位置信号控制所述第二反射镜，使光斑位置稳定在第二探测模块的中心位置。

9.根据权利要求1所述的紫外飞秒激光器，其特征在于，当所述第一探测模块和所述第二探测模块探测的光强信号均在预设值附近且所述第三探测模块探测的光强信号低于预设值，控制器控制所述三倍频模块移点，实现三倍频器件稳定。

技术总结
本发明提供一种功率稳定的紫外飞秒激光器，分光镜用于提取激光进入对应的探测模块。第一探测模块探测红外飞秒激光展宽后压缩前的峰值功率，连接控制器反馈控制脉冲展宽器和放大器，实现峰值功率稳定；第一探测模块连接控制器反馈控制第一反射镜，第二探测模块连接控制器反馈控制第二反射镜，实现红外飞秒激光指向性稳定；第二探测模块探测红外飞秒压缩后的峰值功率，连接控制器反馈控制脉冲压缩器，实现压缩后的峰值功率稳定；第三探测模块连接控制器反馈控制三倍频模块，实现移点控制，保证三倍频器件的稳定性；本发明通过多点有效的反馈控制，可以实现功率稳定的紫外飞秒激光。

技术研发人员：邹锶,万威,何飞,陈抗抗
受保护的技术使用者：武汉安扬激光技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15