采用n型腔的高功率低噪声紫外激光器的制造方法
采用n型腔的高功率低噪声紫外激光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种全固态紫外激光器，特别涉及一种采用N型腔的高功率低噪 声紫外激光器。
【背景技术】
[0002] 紫外激光器的输出波长短、能量集中、分辨率高，聚集点可小到几个微米数量级， 在精密材料微加工、太阳能光伏、快速成型等领域有广泛的应用前景。激光器的噪声特性是 衡量激光器性能的重要指标之一。激光器的噪声低，意味着激光器输出功率稳定性好，这在 彩色印刷、分析仪器以及科学实验等很多实际应用中都有严格的要求。同时，对激光器自 身来说，噪声低意味着激光输出光强没有瞬间的尖峰出现，不会对腔内光学元件(如激光晶 体、倍频晶体、介质膜系、调制元件等）造成损伤，从而延长激光器的工作寿命。
[0003] 在激光器内获得355nm紫外激光的倍频技术可以分为两种，包括腔外倍频和腔内 倍频。腔外倍频是将高功率红外激光(如l〇64nm和914nm)通过非线性光学晶体实现频率 转换，其特点在于聚焦点光斑尺寸要求小，晶体比较容易损坏，对晶体镀膜要求高，对紫外 激光器的寿命产生了极大的影响，若是高功率的紫外激光器，就需要在一定的使用时间后 改变激光晶体的位置来实现换点功能，才能保证激光器的长时间可靠工作，整个系统装置 较多，配备复杂，而且需要使用高精密的检测和判别装置。
[0004] 腔内倍频效率高，而且激光到达三倍频非线性光学晶体处的光斑比较大，在相同 晶体条件下，不仅延长了激光晶体的使用寿命，而且对晶体镀膜要求低很多。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的是提供一种采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其在激光 谐振腔内插入全波片，利用纵模选择的方法，抑制除中心频率外尽可能多的纵模，同时通 过调节腔长、控制频率等手段，使激光器的纵模数量、振幅、频率保持相对稳定，从而获得 355nm紫外激光器的低噪声运转。
[0006] 本实用新型的技术方案是这样实现的：采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器， 其特征在于：半导体二极管作为激光泵浦源，半导体二极管输出波长为808nm，半导体二极 管后面的输出端依次布置非球面透镜A和非球面透镜B，非球面透镜B后面的输出端布 置平面镜A，平面镜A后面的输出端衔接两部分结构，一个衔接Q开关，另一个衔接激光晶 体；Q开关后面的输出端布置平面镜B，激光晶体后面依次衔接全波片和平面镜C，平面镜 C衔接三倍频非线性光学晶体，三倍频非线性光学晶体再依次衔接二倍频非线性光学晶体 和平面镜D。
[0007] 所述的平面镜A的靠近泵浦源一侧镀有808nm的增透膜，另一侧镀有808nm的增 透膜和1064nm的高反膜；Q开关、激光晶体和全波片的两面均镀有1064nm的增透膜；平面 镜B的内侧镀有1064nm的高反膜，平面镜C和平面镜D的内侧均镀有1064nm和532nm的 高反膜。
[0008] 所述的二倍频非线性光学晶体两面均镀有1064nm和532nm的增透膜。
[0009] 所述的二倍频非线性光学晶体可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，可以采用 双折射相位匹配或周期极化材料的准相位匹配，周期极化晶体可为PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、 PPLT、PPKTP中的一种。
[0010] 所述的二倍频非线性光学晶体的类型可选自LBO、KTP。
[0011] 所述的三倍频非线性光学晶体可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，根据具体 的谐振腔参数，二倍频非线性倍频晶体的工作温度和切割方向、大小和尺寸有不同的变化， 所述三倍频非线性光学晶体的类型可选自LBO、BBO、BIBO、CLBO、PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、 PPLT、PPKTP中的一种，所述三倍频非线性光学晶体的形状以长方体为主，也可以是其他形 状。
[0012] 本实用新型的积极效果是其具有激光器输出的噪声低，紫外激光功率稳定、转换 效率高、光束质量好、稳定性优越以及光谱线宽窄等特点。
【附图说明】
[0013] 图1为本实用新型的布置结构框图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本实用新型做进一步说明：如图1所示，采用N型腔的高功率低噪 声紫外激光器，其特征在于：半导体二极管1作为激光泵浦源，半导体二极管1输出波长为 808nm，半导体二极管1后面的输出端依次布置非球面透镜A2和非球面透镜B3,非球面 透镜B3后面的输出端布置平面镜A4,平面镜A4后面的输出端衔接两部分结构，一个衔 接Q开关5,另一个衔接激光晶体7 ;Q开关5后面的输出端布置平面镜B6,激光晶体7后 面依次衔接全波片8和平面镜C9,平面镜C9衔接三倍频非线性光学晶体10,三倍频非线 性光学晶体10再依次衔接二倍频非线性光学晶体11和平面镜D12。
[0015] 所述的平面镜A4的靠近泵浦源一侧镀有808nm的增透膜，另一侧镀有808nm的 增透膜和l〇64nm的高反膜；Q开关5、激光晶体7和全波片8的两面均镀有1064nm的增 透膜；平面镜B6的内侧镀有1064nm的高反膜，平面镜C9和平面镜D12的内侧均镀有 1064nm和532nm的高反膜。
[0016] 所述的二倍频非线性光学晶体11两面均镀有1064nm和532nm的增透膜。
[0017] 所述的二倍频非线性光学晶体11可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，可以 采用双折射相位匹配或周期极化材料的准相位匹配，周期极化晶体可为PPLN、MgO:PPLN、 PPSLT、PPLT、PPKTP中的一种。
[0018] 所述的二倍频非线性光学晶体11的类型可选自LBO、KTP。
[0019] 所述的三倍频非线性光学晶体10可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，根据 具体的谐振腔参数，二倍频非线性倍频晶体的工作温度和切割方向、大小和尺寸有不同的 变化，所述三倍频非线性光学晶体的类型可选自LBO、BBO、BIBO、CLBO、PPLN、MgO:PPLN、 PPSLT、PPLT、PPKTP等中的一种，所述三倍频非线性光学晶体的形状以长方体为主，也可以 是其他形状。
[0020] 半导体二极管单端泵浦355nm紫外激光器，包括用半导体二极管1做的激光泵浦 源和激光晶体7,半导体二极管1为输出波长808nm的半导体二极管泵浦，半导体二极管I的输出端依次布置有非球面透镜A2和非球面透镜B3,非球面透镜B3的输出端布置平面 镜A4,平面镜A4的输出端衔接两部分结构，其一衔接Q开关5,Q开关5的输出端布置平 面镜B6 ;其二衔接激光晶体7,激光晶体7依次衔接全波片8和平面镜C9,平面镜C9衔 接三倍频非线性光学晶体10,三倍频非线性光学晶体10依次衔接二倍频非线性光学晶体 11和平面镜D12;半导体二极管1输出808nm泵浦光经过由非球面透镜A2和非球面透镜 B3组成的非球面光学准直系统以及平面镜A4耦合到激光晶体7内，产生的1064nm激光 经过由平面镜A4、平面镜B6、平面镜C9和平面镜D12构成的谐振腔内振荡并由Q开关 5进行调制，调制的1064nm基频光两次经过二倍频非线性光学晶体11将1064nm基频光转 换为532nm倍频光，未二次倍频转换的剩余1064nm基频光与532nm倍频光经过三倍频非线 性光学晶体10进行和频，得到的355nm紫外脉冲激光从三倍频非线性光学晶体10布儒斯 特角切割的一面输出。
[0021] 根据上述技术方案，构建了半导体二极管单端泵浦355nm紫外激光器装 置，在抽运光功率为30W时，在不同频率调制下激光器的输出功率，当调制频率f=30kHz时，激光器输出功率大于5W，泵浦光到355nm紫外激光的转换效率约为17%，如此 高的转换效率已接近理论值。在此泵浦功率下，在20kHz时，激光脉冲宽度为12ns。在激 光功率为5W时，用光束质量分析仪测得测得光束质量分子M2<L3。该激光器运行8小时的 稳定性度曲线可以看出稳定度小于3%，RMS〈1%。从结果可以看出，紫外激光器具有转换效 率高、光束质量好、运行稳定、低噪声等优点，广泛用于紫外激光应用领域。
【主权项】
1. 采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其特征在于：半导体二极管作为激光泵浦 源，半导体二极管输出波长为808nm，半导体二极管后面的输出端依次布置非球面透镜A 和非球面透镜B，非球面透镜B后面的输出端布置平面镜A，平面镜A后面的输出端衔接 两部分结构，一个衔接Q开关，另一个衔接激光晶体；Q开关后面的输出端布置平面镜B，激 光晶体后面依次衔接全波片和平面镜C，平面镜C衔接三倍频非线性光学晶体，三倍频非 线性光学晶体再依次衔接二倍频非线性光学晶体和平面镜D。2. 根据权利要求1中所述的采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其特征在于所述 的平面镜A的靠近泵浦源一侧镀有808nm的增透膜，另一侧镀有808nm的增透膜和1064nm 的高反膜；Q开关、激光晶体和全波片的两面均镀有l〇64nm的增透膜；平面镜B的内侧镀 有1064nm的高反膜，平面镜C和平面镜D的内侧均镀有1064nm和532nm的高反膜。3. 根据权利要求1中所述的采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其特征在于所述 的二倍频非线性光学晶体两面均镀有l〇64nm和532nm的增透膜。4. 根据权利要求1中所述的采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其特征在于所述 的二倍频非线性光学晶体可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，可以采用双折射相位匹 配或周期极化材料的准相位匹配，周期极化晶体可为PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP 中的一种。5. 根据权利要求1中所述的采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其特征在于所述 的二倍频非线性光学晶体的类型可选自LBO、KTP。6. 根据权利要求1中所述的采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其特征在于所 述的三倍频非线性光学晶体可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，根据具体的谐振腔参 数，二倍频非线性倍频晶体的工作温度和切割方向、大小和尺寸有不同的变化，所述三倍频 非线性光学晶体的类型可选自 LBO、BBO、BIBO、CLBO、PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP 中的一种，所述三倍频非线性光学晶体的形状为长方体。
【专利摘要】本实用新型涉及一种采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其特征在于：半导体二极管作为激光泵浦源，半导体二极管输出波长为808nm，半导体二极管后面的输出端依次布置非球面透镜A和非球面透镜B，非球面透镜B后面的输出端布置平面镜A，平面镜A后面的输出端衔接两部分结构，一个衔接Q开关，另一个衔接激光晶体；其在激光谐振腔内插入全波片，利用纵模选择的方法，抑制除中心频率外尽可能多的纵模，同时通过调节腔长、控制频率等手段，使激光器的纵模数量、振幅、频率保持相对稳定，从而获得355nm紫外激光器的低噪声运转。
【IPC分类】H01S3/0941, H01S3/109
【公开号】CN204696443
【申请号】CN201520309884
【发明人】赵岭, 郑权, 姚矣, 梁慧, 邓岩, 王禹凝
【申请人】长春新产业光电技术有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月14日
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种全固态紫外激光器，特别涉及一种采用N型腔的高功率低噪 声紫外激光器。
【背景技术】
[0002] 紫外激光器的输出波长短、能量集中、分辨率高，聚集点可小到几个微米数量级， 在精密材料微加工、太阳能光伏、快速成型等领域有广泛的应用前景。激光器的噪声特性是 衡量激光器性能的重要指标之一。激光器的噪声低，意味着激光器输出功率稳定性好，这在 彩色印刷、分析仪器以及科学实验等很多实际应用中都有严格的要求。同时，对激光器自 身来说，噪声低意味着激光输出光强没有瞬间的尖峰出现，不会对腔内光学元件(如激光晶 体、倍频晶体、介质膜系、调制元件等）造成损伤，从而延长激光器的工作寿命。
[0003] 在激光器内获得355nm紫外激光的倍频技术可以分为两种，包括腔外倍频和腔内 倍频。腔外倍频是将高功率红外激光(如l〇64nm和914nm)通过非线性光学晶体实现频率 转换，其特点在于聚焦点光斑尺寸要求小，晶体比较容易损坏，对晶体镀膜要求高，对紫外 激光器的寿命产生了极大的影响，若是高功率的紫外激光器，就需要在一定的使用时间后 改变激光晶体的位置来实现换点功能，才能保证激光器的长时间可靠工作，整个系统装置 较多，配备复杂，而且需要使用高精密的检测和判别装置。
[0004] 腔内倍频效率高，而且激光到达三倍频非线性光学晶体处的光斑比较大，在相同 晶体条件下，不仅延长了激光晶体的使用寿命，而且对晶体镀膜要求低很多。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的是提供一种采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其在激光 谐振腔内插入全波片，利用纵模选择的方法，抑制除中心频率外尽可能多的纵模，同时通 过调节腔长、控制频率等手段，使激光器的纵模数量、振幅、频率保持相对稳定，从而获得 355nm紫外激光器的低噪声运转。
[0006] 本实用新型的技术方案是这样实现的：采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器， 其特征在于：半导体二极管作为激光泵浦源，半导体二极管输出波长为808nm，半导体二极 管后面的输出端依次布置非球面透镜A和非球面透镜B，非球面透镜B后面的输出端布 置平面镜A，平面镜A后面的输出端衔接两部分结构，一个衔接Q开关，另一个衔接激光晶 体；Q开关后面的输出端布置平面镜B，激光晶体后面依次衔接全波片和平面镜C，平面镜 C衔接三倍频非线性光学晶体，三倍频非线性光学晶体再依次衔接二倍频非线性光学晶体 和平面镜D。
[0007] 所述的平面镜A的靠近泵浦源一侧镀有808nm的增透膜，另一侧镀有808nm的增 透膜和1064nm的高反膜；Q开关、激光晶体和全波片的两面均镀有1064nm的增透膜；平面 镜B的内侧镀有1064nm的高反膜，平面镜C和平面镜D的内侧均镀有1064nm和532nm的 高反膜。
[0008] 所述的二倍频非线性光学晶体两面均镀有1064nm和532nm的增透膜。
[0009] 所述的二倍频非线性光学晶体可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，可以采用 双折射相位匹配或周期极化材料的准相位匹配，周期极化晶体可为PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、 PPLT、PPKTP中的一种。
[0010] 所述的二倍频非线性光学晶体的类型可选自LBO、KTP。
[0011] 所述的三倍频非线性光学晶体可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，根据具体 的谐振腔参数，二倍频非线性倍频晶体的工作温度和切割方向、大小和尺寸有不同的变化， 所述三倍频非线性光学晶体的类型可选自LBO、BBO、BIBO、CLBO、PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、 PPLT、PPKTP中的一种，所述三倍频非线性光学晶体的形状以长方体为主，也可以是其他形 状。
[0012] 本实用新型的积极效果是其具有激光器输出的噪声低，紫外激光功率稳定、转换 效率高、光束质量好、稳定性优越以及光谱线宽窄等特点。
【附图说明】
[0013] 图1为本实用新型的布置结构框图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本实用新型做进一步说明：如图1所示，采用N型腔的高功率低噪 声紫外激光器，其特征在于：半导体二极管1作为激光泵浦源，半导体二极管1输出波长为 808nm，半导体二极管1后面的输出端依次布置非球面透镜A2和非球面透镜B3,非球面 透镜B3后面的输出端布置平面镜A4,平面镜A4后面的输出端衔接两部分结构，一个衔 接Q开关5,另一个衔接激光晶体7 ;Q开关5后面的输出端布置平面镜B6,激光晶体7后 面依次衔接全波片8和平面镜C9,平面镜C9衔接三倍频非线性光学晶体10,三倍频非线 性光学晶体10再依次衔接二倍频非线性光学晶体11和平面镜D12。
[0015] 所述的平面镜A4的靠近泵浦源一侧镀有808nm的增透膜，另一侧镀有808nm的 增透膜和l〇64nm的高反膜；Q开关5、激光晶体7和全波片8的两面均镀有1064nm的增 透膜；平面镜B6的内侧镀有1064nm的高反膜，平面镜C9和平面镜D12的内侧均镀有 1064nm和532nm的高反膜。
[0016] 所述的二倍频非线性光学晶体11两面均镀有1064nm和532nm的增透膜。
[0017] 所述的二倍频非线性光学晶体11可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，可以 采用双折射相位匹配或周期极化材料的准相位匹配，周期极化晶体可为PPLN、MgO:PPLN、 PPSLT、PPLT、PPKTP中的一种。
[0018] 所述的二倍频非线性光学晶体11的类型可选自LBO、KTP。
[0019] 所述的三倍频非线性光学晶体10可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，根据 具体的谐振腔参数，二倍频非线性倍频晶体的工作温度和切割方向、大小和尺寸有不同的 变化，所述三倍频非线性光学晶体的类型可选自LBO、BBO、BIBO、CLBO、PPLN、MgO:PPLN、 PPSLT、PPLT、PPKTP等中的一种，所述三倍频非线性光学晶体的形状以长方体为主，也可以 是其他形状。
[0020] 半导体二极管单端泵浦355nm紫外激光器，包括用半导体二极管1做的激光泵浦 源和激光晶体7,半导体二极管1为输出波长808nm的半导体二极管泵浦，半导体二极管I的输出端依次布置有非球面透镜A2和非球面透镜B3,非球面透镜B3的输出端布置平面 镜A4,平面镜A4的输出端衔接两部分结构，其一衔接Q开关5,Q开关5的输出端布置平 面镜B6 ;其二衔接激光晶体7,激光晶体7依次衔接全波片8和平面镜C9,平面镜C9衔 接三倍频非线性光学晶体10,三倍频非线性光学晶体10依次衔接二倍频非线性光学晶体 11和平面镜D12;半导体二极管1输出808nm泵浦光经过由非球面透镜A2和非球面透镜 B3组成的非球面光学准直系统以及平面镜A4耦合到激光晶体7内，产生的1064nm激光 经过由平面镜A4、平面镜B6、平面镜C9和平面镜D12构成的谐振腔内振荡并由Q开关 5进行调制，调制的1064nm基频光两次经过二倍频非线性光学晶体11将1064nm基频光转 换为532nm倍频光，未二次倍频转换的剩余1064nm基频光与532nm倍频光经过三倍频非线 性光学晶体10进行和频，得到的355nm紫外脉冲激光从三倍频非线性光学晶体10布儒斯 特角切割的一面输出。
[0021] 根据上述技术方案，构建了半导体二极管单端泵浦355nm紫外激光器装 置，在抽运光功率为30W时，在不同频率调制下激光器的输出功率，当调制频率f=30kHz时，激光器输出功率大于5W，泵浦光到355nm紫外激光的转换效率约为17%，如此 高的转换效率已接近理论值。在此泵浦功率下，在20kHz时，激光脉冲宽度为12ns。在激 光功率为5W时，用光束质量分析仪测得测得光束质量分子M2<L3。该激光器运行8小时的 稳定性度曲线可以看出稳定度小于3%，RMS〈1%。从结果可以看出，紫外激光器具有转换效 率高、光束质量好、运行稳定、低噪声等优点，广泛用于紫外激光应用领域。
【主权项】
1. 采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其特征在于：半导体二极管作为激光泵浦 源，半导体二极管输出波长为808nm，半导体二极管后面的输出端依次布置非球面透镜A 和非球面透镜B，非球面透镜B后面的输出端布置平面镜A，平面镜A后面的输出端衔接 两部分结构，一个衔接Q开关，另一个衔接激光晶体；Q开关后面的输出端布置平面镜B，激 光晶体后面依次衔接全波片和平面镜C，平面镜C衔接三倍频非线性光学晶体，三倍频非 线性光学晶体再依次衔接二倍频非线性光学晶体和平面镜D。2. 根据权利要求1中所述的采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其特征在于所述 的平面镜A的靠近泵浦源一侧镀有808nm的增透膜，另一侧镀有808nm的增透膜和1064nm 的高反膜；Q开关、激光晶体和全波片的两面均镀有l〇64nm的增透膜；平面镜B的内侧镀 有1064nm的高反膜，平面镜C和平面镜D的内侧均镀有1064nm和532nm的高反膜。3. 根据权利要求1中所述的采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其特征在于所述 的二倍频非线性光学晶体两面均镀有l〇64nm和532nm的增透膜。4. 根据权利要求1中所述的采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其特征在于所述 的二倍频非线性光学晶体可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，可以采用双折射相位匹 配或周期极化材料的准相位匹配，周期极化晶体可为PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP 中的一种。5. 根据权利要求1中所述的采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其特征在于所述 的二倍频非线性光学晶体的类型可选自LBO、KTP。6. 根据权利要求1中所述的采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其特征在于所 述的三倍频非线性光学晶体可采用临界相位匹配或非临界相位匹配，根据具体的谐振腔参 数，二倍频非线性倍频晶体的工作温度和切割方向、大小和尺寸有不同的变化，所述三倍频 非线性光学晶体的类型可选自 LBO、BBO、BIBO、CLBO、PPLN、MgO:PPLN、PPSLT、PPLT、PPKTP 中的一种，所述三倍频非线性光学晶体的形状为长方体。
【专利摘要】本实用新型涉及一种采用N型腔的高功率低噪声紫外激光器，其特征在于：半导体二极管作为激光泵浦源，半导体二极管输出波长为808nm，半导体二极管后面的输出端依次布置非球面透镜A和非球面透镜B，非球面透镜B后面的输出端布置平面镜A，平面镜A后面的输出端衔接两部分结构，一个衔接Q开关，另一个衔接激光晶体；其在激光谐振腔内插入全波片，利用纵模选择的方法，抑制除中心频率外尽可能多的纵模，同时通过调节腔长、控制频率等手段，使激光器的纵模数量、振幅、频率保持相对稳定，从而获得355nm紫外激光器的低噪声运转。
【IPC分类】H01S3/0941, H01S3/109
【公开号】CN204696443
【申请号】CN201520309884
【发明人】赵岭, 郑权, 姚矣, 梁慧, 邓岩, 王禹凝
【申请人】长春新产业光电技术有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月14日
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