一种全单通结构的紫外连续激光产生系统的制作方法

本发明属于激光，具体涉及一种全单通结构的紫外连续激光产生系统。

背景技术：

1、紫外激光在工业加工和基础科学研究领域都有着广泛的应用。除准分子激光器外，非线性频率变换也是获得紫外激光的一种重要手段，并且具有输出波长灵活、稳定性好、使用寿命长等诸多优点。随着激光技术与非线性晶体生长和加工技术的发展，通过可见激光频率的上转换(如倍频)产生紫外激光的技术被广泛应用。在单频或窄线宽紫外连续激光领域，通常以近红外激光作为基频光，通过两次谐振倍频或一次单通倍频加一次谐振倍频的方式来获得高功率的紫外连续激光。其优势在于可以实现较高的频率转换效率，但由于系统内有谐振腔和锁腔系统，无论是采用两次谐振倍频的方案还是采用一次单通倍频加一次谐振倍频的方案，其系统结构都比较复杂，这就导致整个系统成本高，稳定性较差，易受到外部机械振动的影响，使得输出功率出现波动。与之相比，基于全单通结构的系统，其结构获得了极大的简化，同时降低了系统成本，提高了系统稳定性，特别是对外部机械振动的敏感度大大降低，有利于实现功率稳定的紫外激光输出，但由于频率转换效率低，难以产生高功率的窄线宽紫外连续激光而没有得到广泛应用。

2、因此，如何基于全单通结构的系统获得紫外连续激光，特别是功率在100mw及以上的高功率单频或窄线宽紫外连续激光，且提供功率稳定的紫外激光输出是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对现有技术中的问题，提供一种具有高稳定性的，可实现单频或窄线宽紫外连续激光，特别是输出功率在百毫瓦以上的高功率单频或窄线宽紫外连续激光的基于全单通结构的紫外连续激光产生系统。

2、为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

3、一种全单通结构的紫外连续激光产生系统，其特征在于：包括依次连接的红外激光产生系统、可见激光产生系统与紫外激光产生系统。所述红外激光产生系统包含单频激光产生与相位调制系统、激光放大系统两个子系统，其中，单频激光产生与相位调制系统利用单频激光器产生单频种子激光，并通过相位调制将单频种子激光的线宽进行展宽，产生少频或多单频激光，经激光放大系统放大后产生高功率近红外激光，进入可见激光产生系统。可见激光产生系统中，通过单通或级联单通的倍频或和频过程实现频率上转换，同时实现上转换激光光谱宽度的控制，产生单频或窄线宽可见激光。在紫外激光产生系统中，通过单通倍频或级联单通倍频过程产生紫外激光，特别是功率在百毫瓦以上的高功率单频或窄线宽紫外连续激光输出。

4、在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

5、作为本发明的优选技术方案：所述单频激光产生与相位调制系统控制所述激光放大系统中的非线性效应，实现高功率的红外激光输出；

6、当所述可见激光产生系统采用单通倍频或级联单通倍频的方式产生可见激光时，单频激光产生与相位调制系统包括第一单频激光器、第一相位调制器和信号发生器，所述信号发生器驱动所述第一相位调制器对第一单频激光器产生的单频种子激光施加相位调制展宽光谱；

7、当所述可见激光产生系统采用单通和频或级联单通和频的方式产生可见激光时，单频激光产生与相位调制系统包括第一单频激光器、第一相位调制器、信号发生器、第二单频激光器和第二相位调制器，所述信号发生器驱动所述第一相位调制器和第二相位调制器分别对第一单频激光器和第二单频激光器产生的单频种子激光施加相位调制展宽光谱。

8、作为本发明的优选技术方案：所述第一单频激光器、第二单频激光器选用稀土粒子掺杂的固体激光器、固体拉曼激光器、分布反馈半导体激光器、外腔半导体激光器、分布反馈光纤激光器或分布式布拉格反射光纤激光器，产生单频种子激光的线宽小于200mhz，且中心波长可调，且中心波长间隔不大于2nm或不小于4nm；当两个单频种子激光波长间隔≤2nm时，在激光放大系统放大过程中产生四波混频，并提高红外激光产生系统的最大输出功率；当两个单频种子间隔≥4nm时，对激光放大系统放大过程中的四波混频进行抑制，并通过可见激光产生系统输出单频可见激光。

9、所述第一相位调制器与第二相位调制器选用光纤耦合电光相位调制器或空间相位调制器；

10、所述信号发生器可以产生多个周期性信号或白噪声信号，且输出信号功率和频率可调，信号频率范围为0-20ghz。产生多个信号时，信号间的时间延迟可调亦可锁定、频率可调亦可锁定，所述周期性信号为正弦信号、方波信号、伪随机码信号或三角波信号；所述信号发生器产生的信号强度使单频种子激光的线宽展宽，且至少含有三个频率成分。

11、作为本发明的优选技术方案：所述光纤放大系统包括依次连接的光纤隔离器、光纤前置放大器、光纤隔离器、光纤主放大器，所述光纤前置放大器与光纤主放大器选用稀土掺杂光纤放大器或拉曼光纤放大器；

12、所述稀土掺杂光纤放大器，其增益光纤为镱、铒、铥、钬、钕离子掺杂的光纤，或铒-镱共掺光纤；

13、所述拉曼光纤放大器，其增益光纤为石英光纤或掺磷光纤。

14、作为本发明的优选技术方案：可见激光产生系统包括依次连接的空间隔离器、聚焦系统、第一非线性晶体、第一温控炉、准直系统、第一谐波分束镜或第一二向色镜，产生单频或窄线宽的可见激光，所述可见激光产生系统通过单通倍频、级联单通倍频、单通和频、级联单通和频的方式产生可见激光；

15、其中，所述第一非线性晶体置于第一温控炉内用于控制晶体温度；

16、所述聚焦系统、准直系统选用单个聚焦透镜或透镜组；

17、所述第一非线性晶体选用β-偏硼酸钡晶体、三硼酸锂晶体、三硼酸铋晶体、硼酸锂铯晶体、磷酸钛氧钾晶体、砷酸钛氧钾晶体、磷酸二氢钾晶体、磷酸二氘钾晶体、磷酸二氢氨晶体、磷酸二氘氨晶体、四氟硼酸胍晶体、氧化硼酸钇钙晶体、周期性极化的铌酸锂晶体、掺氧化镁的周期性极化铌酸锂晶体、掺氧化镁的周期性极化的化学计量比钽酸锂晶体、周期极化的磷酸钛氧钾晶体或周期极化的砷酸钛氧钾晶体。

18、作为本发明的优选技术方案：所述紫外激光产生系统包括密闭腔体与置于密封腔体内的聚焦系统、第二非线性晶体、第二温控炉、第二谐波分束镜或第二二向色镜、准直系统以及洁净气体供气与循环系统，产生单频或窄线宽的紫外激光；

19、其中，所述聚焦系统和准直系统选用单个聚焦透镜或透镜组；所述第二非线性晶体置于第二温控炉内以控制晶体温度；

20、所述第二非线性晶体选用β-偏硼酸钡晶体、三硼酸锂晶体、硼酸锂铯晶体、三硼酸铋晶体、磷酸二氢钾晶体、磷酸二氘钾晶体、磷酸二氢氨晶体、磷酸二氘氨晶体、四氟硼酸胍晶体、氟硼酸钾晶体以及附加周期位相的石英晶体、附加周期位相的磷酸二氢钾晶体、附加周期位相的磷酸二氘钾晶体、附加周期位相的磷酸二氢晶体或附加周期位相的磷酸二氘氨晶体；

21、所述洁净气体供气与循环系统为所述密封腔内部提供持续的干燥洁净的气体，所用气体可选择洁净干燥的空气、洁净干燥的氮气、洁净干燥的氩气或以上几种洁净干燥气体不同比例的混合气体。

22、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的一种全单通结构的紫外连续激光产生系统，利用近红外激光作为基频光，通过两次非线性光学频率上转换过程实现紫外连续激光输出，且两次非线性光学频率变换过程均采用单通或级联单通的结构，在近红外激光产生和放大过程中，通过相位调制对单频种子激光进行光谱展宽，经光纤放大器进行放大后，获得高功率的近红外激光。进一步地，在对单频种子激光进行光谱展宽的过程中，通过调节周期性相位调制信号的调制深度和频率，在实现抑制放大过程中受激布里渊散射的同时，在可见激光产生系统中通过非线性频率变换，即倍频或和频过程，实现对光谱宽度的控制，获得单频或窄线宽的可见激光，最终在紫外激光产生系统中通过单通倍频或级联单通倍频过程实现单频或窄线宽的高功率紫外连续激光输出。

23、本发明的一种全单通结构的紫外连续激光产生系统，无需谐振腔和锁腔系统，基于全单通结构的系统实现紫外激光输出，特别是功率在百毫瓦以上的高功率单频或窄线宽紫外连续激光输出，。该系统结构简单，对外部机械振动的敏感度低，提高了系统稳定性，有利于实现稳定的高功率紫外连续激光输出，同时具有低成本易维护的特点，在生物医学、紫外光谱分析学、duv光刻与量测、fbg写入和光刻掩模修复等领域具有广阔的应用前景。