專利名稱：大功率腔內(nèi)三倍頻紫外激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全固態(tài)激光技術(shù)領(lǐng)竑特別涉及一種輸出準(zhǔn)連續(xù)紫外光的大功率腔內(nèi)三倍頻 紫外激光器。
背景技術(shù)：
由于具有高分辨和對材料強吸收等特點，紫外相干光源在超高密度光驅(qū)、保密通訊、現(xiàn) 代生物技術(shù)、密材料加工、紫外固化、光刻、光印刷、醫(yī)療以及科學(xué)研究等領(lǐng)域具有廣泛的 應(yīng)用前景。近年來，隨著對小型電子產(chǎn)品和微電子元器件需求的日益增長，聚合物材料的精 密處理日漸成為激光在工業(yè)應(yīng)用中發(fā)展最快的應(yīng)用領(lǐng)域之一。紫外激光是處理廣泛應(yīng)用于微 電子元器件工業(yè)中的塑料(如聚酰亞胺)和金屬(如銅)等材料的理想工具，被廣泛應(yīng)用于 多層、高密度印刷電路板PCB的精密打孔設(shè)備市場，市場前景十分廣闊。
目前，普遍使用的紫外激光器主要有氣體紫外激光器和全固態(tài)紫外激光器。氣體紫外 激光器在使用中具有明顯的缺點，如設(shè)備占地面積大、穩(wěn)定性差、壽命短、高能耗和高設(shè)備 費用，需要定期更換有毒的氣體或液體染料等。而全固態(tài)紫外激光器由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn) 定性好、壽命長、光束質(zhì)量好以及成本低等特點，成為近年來人們研究的熱點。
常用的產(chǎn)生三次諧波的全固態(tài)激光技術(shù)包括腔外和頻技術(shù)和腔內(nèi)和頻技術(shù)。腔外和頻產(chǎn) 生的三次諧波光比較穩(wěn)定，易于調(diào)試，但是由于基頻光功率密度低，諧振腔外二次諧波轉(zhuǎn)化 效率低，并且由于基頻光或者基頻光和二次諧波光一次性通過三倍頻晶體，未轉(zhuǎn)化為三次諧 波的基頻光和二次諧波光全部被浪費掉，極大的制約了三次諧波的產(chǎn)生效率。為了充分利用 基頻光波功率，近年來腔內(nèi)三倍頻發(fā)展迅速。如專利號為ZL200410073574,8專利，由于二 次諧波光只參與了一次和頻過，S剩余的被作為無用光輸出腔外直接影響了三次諧波產(chǎn)生的 效率；公開號為CN2351879號專利，雖然基頻光波經(jīng)兩次倍頻產(chǎn)生二次諧波光，但是基頻光 和二次諧波光均一次通過三倍頻晶體進(jìn)行和頻，未被轉(zhuǎn)換的二次諧波仍然被損耗掉，從而使 其效率提高受限；公開號為CN1285636號專利由于采用折疊腔結(jié)構(gòu)輸出三次諧波光，使三次 諧波光存在較大的偏振耦合損耗；公開號為CN1162945號和CN101373883號專利，采用多次 二倍頻和多次三倍頻，提高了轉(zhuǎn)化效率和輸出功率，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且腔內(nèi)元件引入一定的 插入損耗。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，本發(fā)明提供了一種充分利用腔內(nèi)基頻光的高功率密度、 通過多次倍頻、多次和頻實現(xiàn)高效率、大功率且結(jié)構(gòu)簡單緊湊的準(zhǔn)連續(xù)大功率腔內(nèi)三倍頻紫 外激光器。
本發(fā)明按照下面所述的方式實現(xiàn)-
一種大功率腔內(nèi)三倍頻紫外激光器，包括基頻波腔鏡、Q開關(guān)、基頻激光輸出模塊、二 向色鏡、二倍頻非線性光學(xué)晶體、三向色鏡、三倍頻非線性光學(xué)晶體和三次諧波輸出鏡；上 述各部件分別固定在各自的基座上，其特征在于在基板上依次放置基頻波腔鏡、Q開關(guān)、基 頻激光輸出模塊、二向色鏡、二倍頻非線性光學(xué)晶體、三向色鏡、三倍頻非線性光學(xué)晶體和 三次諧波輸出鏡；由基頻波腔鏡、Q開關(guān)、基頻激光輸出模塊和三次諧波輸出鏡構(gòu)成基頻光
3諧振腔；由二向色鏡、二倍非線性光學(xué)晶體和三次諧波輸出鏡構(gòu)成二倍頻光諧振腔；由三向 色鏡、三倍頻非線性光學(xué)晶體和三次諧波輸出鏡構(gòu)成三倍頻光諧振腔；基頻光諧振腔、二倍 頻光諧振腔和三倍頻光諧振腔共軸，用外殼將整個裝置罩在基板上。
所述的各部件的基座是由鋁制成的，帶有冷水管道，通過對相應(yīng)的基座通水可對鏡片進(jìn) 行冷卻。
所述的的二倍頻非線性光學(xué)晶體是I或者II類相位匹配的GTP-KTP、 KTP、 LB0、 KTA或 BBO晶體中的一種。
所述的三倍頻非線性光學(xué)晶體是I或者II類相位匹配的LBO、 CB0、 BIB0或BB0晶體中 的一種。
所述的基頻激光輸出模塊是Nd:YAG、 Nd:YLF、 Nd:YAP、 Nd:L載、Nd: YV04或Nd:GdV04 晶體中的一種。
所述的基頻波腔鏡內(nèi)側(cè)鍍有有1064nm基頻波長高反膜；Q開關(guān)兩端鍍有有1064nm基頻 波長增透膜。
所述的二倍頻光諧振腔中的二向色鏡的外側(cè)一面鍍有有1064nm的增透膜，內(nèi)側(cè)面鍍有 有1064nm增透膜和532nm高反膜；二倍頻非線性光學(xué)晶體兩端面均鍍有有1064nm和532nm 的增透膜。
所述的三倍頻光諧振腔中的三向色鏡的外側(cè)一面鍍有有1064rim和532nm的增透膜，內(nèi) 側(cè)面鍍有有1064nm和532nm的增透膜及355nm的高反膜；三倍頻非線性光學(xué)晶體兩端面均 鍍有1064nm、 532nm和355nm的增透膜；三次諧波輸出鏡內(nèi)側(cè)鍍有1064nm和532nm的高反 膜和355nm的增透膜，另一面鍍有355nrn的增透膜。
本發(fā)明工作原理如下由基頻激光輸出模塊產(chǎn)生的1064nm的熒光經(jīng)基頻光諧振腔振蕩 放大形成1064nm基頻光，然后1064nm基頻光在二倍頻光諧振腔中多次通過二倍頻非線性光 學(xué)晶體轉(zhuǎn)換為532nm的二倍頻光，532nm的二倍頻光和剩余的1064nm基頻光在三倍頻諧振 腔中多次通過三倍頻非線性光學(xué)晶體產(chǎn)生355nm的三倍頻光，355nm的三倍頻光經(jīng)三次諧波 輸出鏡輸出腔外。
本發(fā)明采用簡單的直線腔型，高效、大功率且結(jié)構(gòu)簡單緊湊，使用方便，安裝調(diào)試容易， 便于工程化推廣。由于在基頻波腔鏡鍍有基頻波長高反膜；Q開關(guān)兩端鍍有基頻波長增透膜； 二向色鏡鍍有基頻波長增透膜和二次諧波高反膜；二倍頻晶體鍍有基頻波長和二次諧波增透 膜；三向色鏡鍍有基頻波長、二次諧波增透膜和三次諧波高反膜；三倍頻晶體鍍有基頻波長、 二次諧波和三次諧波增透膜；三次諧波輸出鏡鍍有基頻波長、二次諧波高反膜和三次諧波增 透膜，其中基頻波腔鏡、Q開關(guān)、基頻激光輸出模塊和三次諧波輸出鏡構(gòu)成基頻諧振腔；二 向色鏡、二倍頻非線性光學(xué)晶體和三次諧波輸出鏡構(gòu)成二倍頻諧振腔；三向色鏡、三倍頻非 線性光學(xué)晶體和三次諧波輸出鏡構(gòu)成三倍頻諧振腔，二次諧波被二向色鏡隔離在增益介質(zhì)之 外，避免了基頻波激光的退偏效應(yīng)；三次諧波被三向色鏡隔離在增益介質(zhì)之外，避免了增益 介質(zhì)受紫外輻射后的色心效應(yīng)；利用二向色鏡可以使基頻光多次通過倍頻晶體倍頻，提高了 二次諧波光的功率密度；二次諧波光可以多次通過三倍頻晶體參與和頻過程，可以充分利用 二次諧波光，提高三次諧波光的轉(zhuǎn)化效率。


圖1是本實驗新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1、基頻波腔鏡基座，2、基頻波腔鏡，3、 Q開關(guān)基座，4、 Q開關(guān)，5、基頻激光輸出模塊基座，6、基頻激光輸出模塊，7、 二向色鏡基座，8、 二向色鏡，9、 二倍頻非線性 光學(xué)晶體基座，10、 二倍頻非線性光學(xué)晶體，11、三向色鏡基座，12、三向色鏡，13、三倍 頻非線性光學(xué)晶體基座，14、三倍頻非線性光學(xué)晶體，15、三次諧波輸出鏡基座，16、三次 諧波輸出鏡，17、基板，18、外殼。 具體實施方案下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限于此。實施例1:如圖1所示， 一種大功率腔內(nèi)三倍頻紫外激光器，包括基頻波腔鏡2、 Q開關(guān)4、基頻 激光輸出模塊6、 二向色鏡8、 二倍頻非線性光學(xué)晶體10、三向色鏡12、三倍頻非線性光學(xué) 晶體14和三次諧波輸出鏡16;上述各部件分別固定在各自的基座上，其特征在于在基板17 上依次放置基頻波腔鏡2、 Q開關(guān)4、基頻激光輸出模塊6、 二向色鏡8、 二倍頻非線性光學(xué) 晶體IO、三向色鏡12、三倍頻非線性光學(xué)晶體14和三次諧波輸出鏡16;由基頻波腔鏡2、 Q開關(guān)4、基頻激光輸出模塊6和三次諧波輸出鏡16構(gòu)成基頻光諧振腔；由二向色鏡8、 二 倍非線性光學(xué)晶體10和三次諧波輸出鏡16構(gòu)成二倍頻光諧振腔；由三向色鏡l2、三倍頻 非線性光學(xué)晶體14和三次諧波輸出鏡16構(gòu)成三倍頻光諧振腔；基頻光諧振腔、二倍頻光諧 振腔和三倍頻光諧振腔共軸，用外殼18將整個裝置罩在基板17上。所述的各部件的基座是由鋁制成的，帶有冷水管道，通過對相應(yīng)的基座通水可對鏡片進(jìn) 行冷卻。所述的的二倍頻非線性光學(xué)晶體是采用的II相位匹配的GTR-KTP晶體。 所述的三倍頻非線性光學(xué)晶體是LBO晶體。 所述的基頻激光輸出模塊是采用50W的Nd:YAG晶體。所述的基頻波腔鏡內(nèi)側(cè)鍍有有1064nm基頻波長高反膜；Q開關(guān)兩端鍍有有1064nm基頻 波長增透膜。所述的二倍頻光諧振腔中的二向色鏡的外側(cè)一面鍍有有1064nm的增透膜，內(nèi)側(cè)面鍍有 有1064nm增透膜和532nm高反膜；二倍頻非線性光學(xué)晶體兩端面均鍍有有1064nm和532nm 的增透膜。所述的三倍頻光諧振腔中的三向色鏡的外側(cè)一面鍍有有1064nm和532nm的增透膜，內(nèi) 側(cè)面鍍有有1064nra和532nm的增透膜及355nm的高反膜；三倍頻非線性光學(xué)晶體兩端面均 鍍有1064nm、 532nm和355nm的增透膜；三次諧波輸出鏡內(nèi)側(cè)鍍有1064nm和532nm的高反 膜和355nra的增透膜，另一面鍍有355nm的增透膜。實施例2:同實施例1，只是所述的的二倍頻非線性光學(xué)晶體是采用的CBO晶體。 所述的三倍頻非線性光學(xué)晶體是BIBO晶體。 所述的基頻激光輸出模塊是采用50W的Nd:YAP晶體。 實施例3:同實施例1，只是所述的的二倍頻非線性光學(xué)晶體是采用的KTA晶體。 所述的三倍頻非線性光學(xué)晶體是LBO晶體。 所述的基頻激光輸出模塊是采用50W的Nd:YLF晶體。
權(quán)利要求
1、一種大功率腔內(nèi)三倍頻紫外激光器，包括基頻波腔鏡、Q開關(guān)、基頻激光輸出模塊、二向色鏡、二倍頻非線性光學(xué)晶體、三向色鏡、三倍頻非線性光學(xué)晶體和三次諧波輸出鏡；上述各部件分別固定在各自的基座上，其特征在于在基板上依次放置基頻波腔鏡、Q開關(guān)、基頻激光輸出模塊、二向色鏡、二倍頻非線性光學(xué)晶體、三向色鏡、三倍頻非線性光學(xué)晶體和三次諧波輸出鏡；由基頻波腔鏡、Q開關(guān)、基頻激光輸出模塊和三次諧波輸出鏡構(gòu)成基頻光諧振腔；由二向色鏡、二倍非線性光學(xué)晶體和三次諧波輸出鏡構(gòu)成二倍頻光諧振腔；由三向色鏡、三倍頻非線性光學(xué)晶體和三次諧波輸出鏡構(gòu)成三倍頻光諧振腔；基頻光諧振腔、二倍頻光諧振腔和三倍頻光諧振腔共軸，用外殼將整個裝置罩在基板上。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種大功率腔內(nèi)三倍頻紫外激光器，其特征在于所述的各部件 的基座是由鋁制成的，帶有冷水管道，通過對相應(yīng)的基座通水可對鏡片進(jìn)行冷卻。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種大功率腔內(nèi)三倍頻紫外激光器，其特征在于所述的的二倍 頻非線性光學(xué)晶體是I或者II類相位匹配的GTP-KTP、 KTP、 LB0、 KTA或BB0晶體中的一種。
4、 如權(quán)利要求l所述的一種大功率腔內(nèi)三倍頻紫外激光器，其特征在于所述的三倍頻 非線性光學(xué)晶體是I或者II類相位匹配的LBO、 CB0、 BIB0或BB0晶體中的一種。
5、 如權(quán)利要求l所述的一種大功率腔內(nèi)三倍頻紫外激光器，其特征在于所述的基頻激 光輸出模塊是Nd:YAG、 Nd:YLF、 Nd:YAP、 Nd:L載、Nd:YV04或Nd:GdV04晶體中的一種。
6、 如權(quán)利要求l所述的一種大功率腔內(nèi)三倍頻紫外激光器，其特征在于所述的基頻波 腔鏡內(nèi)側(cè)鍍有有1064nm基頻波長高反膜；Q開關(guān)兩端鍍有有1064nm基頻波長增透膜。
7、 如權(quán)利要求l所述的一種大功率腔內(nèi)三倍頻紫外激光器，其特征在于所述的二倍頻 光諧振腔中的二向色鏡的外側(cè)一面鍍有有1064nm的增透膨內(nèi)側(cè)面鍍有有1064nm增透膜和 532nm高反膜；二倍頻非線性光學(xué)晶體兩端面均鍍有有1064nm和532nra的增透膜。
8、 如權(quán)利要求l所述的一種大功率腔內(nèi)三倍頻紫外激光器，其特征在于所述的三倍頻 光諧振腔中的三向色鏡的外側(cè)一面鍍有有1064nm和532nm的增透膜，內(nèi)側(cè)面鍍有有1064nm 和532nm的增透膜及355nm的高反膜；三倍頻非線性光學(xué)晶體兩端面均鍍有1064nm、 532nm 和355nm的增透膜；三次諧波輸出鏡內(nèi)側(cè)鍍有1064nm和532nm的高反膜和355nm的增透膜， 另一面鍍有355nm的增透膜。
全文摘要
大功率腔內(nèi)三倍頻紫外激光器，屬全固態(tài)激光技術(shù)領(lǐng)域，包括基頻波腔鏡、Q開關(guān)、基頻激光輸出模塊等部件；上述各部件分別固定在各自的基座上，在基板上依次放置基頻波腔鏡、Q開關(guān)、基頻激光輸出模塊、二向色鏡、二倍頻非線性光學(xué)晶體、三向色鏡、三倍頻非線性光學(xué)晶體和三次諧波輸出鏡；分別構(gòu)成基頻光諧振腔、二倍頻光諧振腔和三倍頻光諧振腔；三個諧振腔共軸，用外殼將整個裝置罩在基板上。本發(fā)明采用簡單的直線腔型，高效、大功率且結(jié)構(gòu)簡單緊湊，使用方便，安裝調(diào)試容易，便于工程化推廣。
文檔編號H01S3/16GK101656395SQ20091001876
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者何京良, 劉善德, 張百濤, 徐金龍, 楊見飛, 王海霞, 黃海濤 申請人:山東大學(xué)