專(zhuān)利名稱(chēng)：激光束產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光束產(chǎn)生裝置，它借助于非線性光學(xué)部件，對(duì)輸入光束進(jìn)行波長(zhǎng)變換，并且發(fā)射特定波長(zhǎng)的激光束。
用光學(xué)諧振器對(duì)輸入光束進(jìn)行波長(zhǎng)變換，由此產(chǎn)生基波的二次諧波，這種技術(shù)已為人們所熟知。另一種技術(shù)也是人們熟知的，在其中，不同波長(zhǎng)的光束被混頻，由此發(fā)出所需波長(zhǎng)的激光束。(見(jiàn)A.Ashkin，G.D.Boyd，和J.M.Dziedzic等人所寫(xiě)的“諧振法光學(xué)二次諧波的產(chǎn)生與混頻”一文，該文發(fā)表于《IEEE J.Quant.Electron.》，Vol.QE-2，pp.109-124，1966)。
利用這樣一種技術(shù)來(lái)發(fā)射波長(zhǎng)為266 nm的深紫外激光束的激光束產(chǎn)生裝置已經(jīng)投入實(shí)際使用。這種激光束產(chǎn)生裝置使用綠色激光束作為基波。它包括一個(gè)光學(xué)諧振器，其中含有非線性光學(xué)部件，后者是一塊BBO(β-硼酸鋇β-BaB2O4)晶體。綠色激光束被施加到光學(xué)諧振器，并在光學(xué)諧振器中發(fā)生諧振，由此產(chǎn)生深紫外激光束，即，二次諧波。激光束產(chǎn)生裝置被用來(lái)作為一種高效的光源，例如用于激光顯微鏡之中。
激光束產(chǎn)生裝置包括一個(gè)光學(xué)諧振器，它改變輸入光束的波長(zhǎng)。光學(xué)諧振器具有光能損耗。即使光能損耗只增加一點(diǎn)點(diǎn)，波長(zhǎng)變換效率也會(huì)大大降低。因而，光學(xué)諧振器的輸出將成比例地降低。為了有效地使用激光束產(chǎn)生裝置，重要的是在諧振腔中減少光能損耗的增加，由此改進(jìn)激光束產(chǎn)生裝置的可靠性。
為了在任何光學(xué)諧振器中減少光能損耗的增加，重要的是避免臟物停留在構(gòu)成光學(xué)諧振器的各種光學(xué)部件的表面上。眾所周知，每一個(gè)光學(xué)部件上的臟物都是空氣中雜質(zhì)的沉積物，例如硫酸銨，它形成于被二次諧波(即，深紫外激光束)所照射的部件的表面上?？諝庵须s質(zhì)是如何沉積到各光學(xué)部件上面去的現(xiàn)在還沒(méi)有搞清楚。然而，臟物被認(rèn)為是由深紫外激光束引起的化學(xué)反應(yīng)所導(dǎo)致的。這是因?yàn)?，雜質(zhì)僅沉積在每一個(gè)部件中被深紫外激光束照射的那一部分上面。
被納入上述激光束產(chǎn)生裝置的光學(xué)諧振器具有一塊BBO晶體，作為非線性光學(xué)部件。之所以使用幾乎是一塊矩形平板的BBO晶體，是因?yàn)樗菀准庸?。綠色激光束，或者基波，被施加到BBO晶體。在BBO晶體中，綠色激光束通過(guò)滿(mǎn)足相位匹配條件的光路。激光束就立即從BBO晶體發(fā)射出來(lái)。隨著綠色激光束通過(guò)BBP晶體中的光路，就從綠色激光束產(chǎn)生二次諧波，即深紫外激光束。深紫外激光束從BBO晶體發(fā)出，并且沿著幾乎相同于綠色激光束(即，基波)的光軸行進(jìn)。
在BBO晶體中行進(jìn)的綠色激光束和深紫外激光束二者，被施加到位于它們的共同光軸上的一個(gè)反射器。該反射器對(duì)綠色激光束(即，基波)具有高的反射率，同時(shí)對(duì)深紫外激光束(即，二次諧波)具有高的透過(guò)率。反射器反射綠色激光束，后者又被其他反射器進(jìn)一步地反射，并且被返送回BBO晶體。另一方面，深紫外激光束則通過(guò)反射器，并且最后從光學(xué)諧振器發(fā)射出去。
由于深紫外激光束引起的化學(xué)反應(yīng)，諸如硫酸銨那樣的雜質(zhì)可能沉積在反射器上通過(guò)深紫外激光束的那一部分上面。(要注意的是，這個(gè)反射器被安裝在綠色激光束與深紫外激光束的共同光軸上面，以上兩種激光束都在BBO晶體中行進(jìn))。由于綠色激光束在反射器的所述部分被反射，所以這樣的雜質(zhì)沉積導(dǎo)致基波，即綠色激光束，能量的減少。
為了避免雜質(zhì)的沉積，在激光束產(chǎn)生裝置的生產(chǎn)過(guò)程中采取了下列措施。首先，在組裝光學(xué)諧振器之前，不僅構(gòu)成光學(xué)諧振器的各光學(xué)部件，而且用于支撐各光學(xué)部件的各機(jī)械零件都要徹底地進(jìn)行清洗。還有，光學(xué)諧振器在殼體內(nèi)組裝完畢之后，要連續(xù)地將干燥、清潔的空氣施加到激光束產(chǎn)生裝置的殼體里面。
雖然采取了這些措施，仍然不能完全避免雜質(zhì)沉積在反射器上面，該反射器被安裝在行進(jìn)于BBO晶體之中的綠色激光束和深紫外激光束的共同光軸之上。這就不可避免地增加了屬于基波的光能損耗。因而，在某些情況下，波長(zhǎng)變換效率大為降低，由此導(dǎo)致激光束產(chǎn)生裝置輸出的降低。
已經(jīng)提出的本發(fā)明著眼于上述問(wèn)題。本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)就是提供一種激光束產(chǎn)生裝置，在其中，雜質(zhì)沉積在光學(xué)部件表面上的問(wèn)題得以有效地避免，因此，能避免屬于基波的的光能損耗的增加，能發(fā)出穩(wěn)定而強(qiáng)烈的激光束，并且具有高的可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的激光束產(chǎn)生裝置包括波產(chǎn)生裝置，非線性光學(xué)部件，波反射裝置，以及諧波反射裝置。波產(chǎn)生裝置產(chǎn)生基波，非線性光學(xué)部件接收由波產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的基波，并且讓基波通過(guò)一個(gè)滿(mǎn)足相位匹配條件的光路，由此產(chǎn)生諧波。非線性光學(xué)部件具有多個(gè)內(nèi)部全反射平面。它按照與被施加到非線性光學(xué)部件的基波的軸相交的方向，發(fā)射在內(nèi)部全反射各平面上順序地被反射的基波。還有，它通過(guò)利用在非線性光學(xué)部件的雙折射以及在內(nèi)部全反射平面的內(nèi)部全反射，發(fā)射在內(nèi)部全反射平面上被順序地反射的諧波，上述諧波在空間上偏離于基波。波反射裝置被安裝在施加到非線性光學(xué)部件的基波的軸以及從非線性光學(xué)部件發(fā)射的基波的軸的交點(diǎn)上，波反射裝置反射從非線性光學(xué)部件所發(fā)射的基波，并將該基波再次施加到該非線性光學(xué)部件。諧波反射裝置反射從非線性光學(xué)部件發(fā)出的、并且在空間上偏離于基波的諧波，由此從激光束產(chǎn)生裝置發(fā)出諧波。
在激光束產(chǎn)生裝置中，波產(chǎn)生裝置產(chǎn)生基波?；ū皇┘拥椒蔷€性光學(xué)部件。在該部件中，基波在內(nèi)部全反射各平面上被順序地反射。這樣反射的基波從非線性光學(xué)部件中發(fā)出，其軸與被施加到非線性光學(xué)部件的基波的軸相交。波反射裝置被安裝在被施加到非線性光學(xué)部件的基波的軸與從非線性光學(xué)部件發(fā)出的基波的軸的交點(diǎn)上。它反射從非線性光學(xué)部件發(fā)出的基波。經(jīng)過(guò)這樣的反射之后，基波被再次地施加到該非線性光學(xué)部件。因此，就形成了針對(duì)基波的閉合光路。因此，就提供了一個(gè)光學(xué)諧振器。
隨著基波在非線性光學(xué)部件中沿著滿(mǎn)足相位匹配條件的光路中行進(jìn)，就從基波中產(chǎn)生二次諧波。該諧波在內(nèi)部全反射各平面上被順序地反射，并從非線性光學(xué)部件中發(fā)出。由于在非線性光學(xué)部件中的雙折射，以及在內(nèi)部全反射平面上的內(nèi)部全反射，它在空間上跟基波分隔開(kāi)。諧波反射裝置反射從非線性光學(xué)部件發(fā)出的諧波。隨后，從激光束產(chǎn)生裝置發(fā)射該諧波。
在激光束產(chǎn)生裝置中，由于從非線性光學(xué)部件中發(fā)出的基波和諧波二者在空間上是互相分隔的，所以就有可能不把諧波施加到反射基波的波反射裝置上。因此，不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不會(huì)在反射基波的裝置上沉積各種雜質(zhì)，這些雜質(zhì)可能是由這樣的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的。這就可靠地避免了在波反射裝置上的光能損耗。
在根據(jù)本發(fā)明的激光束產(chǎn)生裝置中，非線性光學(xué)部件中產(chǎn)生并發(fā)射諧波，它在空間上偏離于被施加到該非線性光學(xué)部件的基波。因此，就有可能不把諧波施加到波反射裝置。不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，若把諧波施加到波反射裝置，則會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。也沒(méi)有因化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的雜質(zhì)沉積到波反射裝置上。因此，激光束產(chǎn)生裝置能獲得高的波長(zhǎng)變換效率。


圖1是立方角反射器的側(cè)視圖；圖2是類(lèi)似于立方角反射器的棱鏡的側(cè)視圖；圖3是一份圖，表示一個(gè)光學(xué)諧振器，它包括一個(gè)非線性光學(xué)部件以及一塊輸入耦合鏡；圖4是光學(xué)諧振器的一份圖，表示產(chǎn)生于非線性光學(xué)部件的深紫外激光束如何從非線性光學(xué)部件發(fā)射出去，并且跟作為基波的綠色激光束分隔開(kāi)；圖5是一份圖，表示當(dāng)光線以正數(shù)值的入射角施加到非線性光學(xué)部件之上時(shí)，深紫外激光束是如何跟綠色激光束分隔開(kāi)的；圖6是一份圖，表示當(dāng)光線以負(fù)數(shù)值的入射角施加到非線性光學(xué)部件之上時(shí)，深紫外激光束是如何跟綠色激光束分隔開(kāi)的；圖7是一份圖，用以說(shuō)明將深紫外激光束跟綠色激光束分隔開(kāi)的優(yōu)選的光學(xué)設(shè)計(jì)；
圖8A是非線性光學(xué)部件的側(cè)視圖，它具有一個(gè)輸入/輸出平面，該平面與施加到該光學(xué)部件的綠色激光束的軸之間的傾角約為一個(gè)布魯斯特(Brewster)角；圖8B是圖8A所示的非線性光學(xué)部件的底視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的激光束產(chǎn)生裝置的概略表示；圖10表示另一種類(lèi)型的非線性光學(xué)部件，它具有一個(gè)發(fā)射深紫外線光束的輸入/輸出平面，該平面與深紫外線光束的軸之間的傾角約為一個(gè)布魯斯特角。
下面，將參照諸附圖，對(duì)本發(fā)明的各優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
根據(jù)本發(fā)明的激光產(chǎn)生裝置具有一個(gè)非線性光學(xué)部件，它進(jìn)行波長(zhǎng)變換，由此產(chǎn)生諧波。諧波從非線性光學(xué)部件輸出，并與基波分隔開(kāi)。
在敘述激光產(chǎn)生裝置之前，先說(shuō)明本發(fā)明的基本概念。
假定一根光束通過(guò)具有折射率n1的介質(zhì)，并且該光束以大于一個(gè)特定數(shù)值的入射角被施加到具有折射率n0的另一種介質(zhì)。在這種情況下，該光束發(fā)生全反射，不通過(guò)介于兩種介質(zhì)之間的界面。這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“內(nèi)部全反射”。內(nèi)部全反射被用于稱(chēng)為“立方角反射器”的光學(xué)部件上。如圖1所示，立方角反射器具有兩個(gè)內(nèi)部全反射平面S1和S2。表面S1和S2定義了一個(gè)90°的頂角。被施加到立方角反射器的光束首先被反射平面S1全反射，然后被反射平面S2全反射。被表面S2反射之后，光束按照平行并相反于它投射到立方角反射器的方向從立方角反射器發(fā)射出去。立方角反射器被用來(lái)作為道路防護(hù)欄桿或自動(dòng)燈光反射器。
如圖2所示，考慮這樣一塊棱鏡，它類(lèi)似于上述的立方角反射器，但是具有小于90°的頂角。如同從圖2所看到的那樣，光束在從棱鏡發(fā)射出去之前，在棱鏡中被反射兩次，首先被內(nèi)部全反射表面S1反射，然后被內(nèi)部全反射表面S2反射。輸出光束的軸與輸入光束的軸相交?？梢栽谳斎牍馐c輸出光束相交處，放置一塊輸入耦合鏡。在這種情況下，就形成了一條閉合的光路，提供一個(gè)光學(xué)諧振器。組成具有兩個(gè)內(nèi)部全反射平面S1和S2以及一塊輸入耦合鏡，由此形成一個(gè)光學(xué)諧振器的技術(shù)在業(yè)界中是眾所周知的。使用這樣一種光學(xué)諧振器來(lái)進(jìn)行非線性波長(zhǎng)變換，由此從基波產(chǎn)生二次諧波的技術(shù)在業(yè)界中同樣是眾所周知的。(參考D.C.Gerstenberger，G.E.Tye，和R.W.Wallace等人合寫(xiě)的“通過(guò)將頻率鎖定于單片環(huán)形倍頻器來(lái)有效地實(shí)現(xiàn)連續(xù)波單頻NdYAG激光器的光的二次諧波變換”一文，該文發(fā)表于《光學(xué)通訊》，1991年，第16卷，第992-994頁(yè)。)具有上述結(jié)構(gòu)的光學(xué)諧振器可以被用來(lái)產(chǎn)生深紫外線激光束。光學(xué)諧振器的棱鏡(非線性光學(xué)部件)由例如BBO(β-硼酸鋇β-BaB2O4)晶體制成是最好的。跟大多數(shù)用于紫外區(qū)域的其他晶體相比，BBO晶體表現(xiàn)出較高的非線性。該晶體在寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行顯著的雙折射并能獲得相位匹配。借助于這種非線性波長(zhǎng)變換，它已經(jīng)被用來(lái)產(chǎn)生深紫外激光束。
特別是，近年來(lái)激光束產(chǎn)生裝置已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用。在激光束產(chǎn)生裝置中，從NdYAG激光器或NdYVO4激光器發(fā)射綠色激光束(波長(zhǎng)532nm)或者激光束的二次諧波。綠色激光束被施加到具有BBO晶體的光學(xué)諧振器，該光學(xué)諧振器產(chǎn)生深紫外線光束(波長(zhǎng)266nm)，它是綠色激光束的二次諧波。
在這種激光束產(chǎn)生裝置中，綠色激光束，或者基波，被施加到BBO晶體。在BBO晶體中，激光束在跟晶體的軸c傾斜47.5°的光路中行進(jìn)。在BBO晶體中行進(jìn)的綠色激光束(正常光線)以及深紫外激光束(非常光線)在相速度的意義上實(shí)現(xiàn)匹配。換句話說(shuō)，它們進(jìn)行相位匹配。因此，綠色激光束(即基波)的能量，被有效地變換為深紫外激光束(即二次諧波)的能量。
圖3的光學(xué)諧振器100由用BBO晶體制成的非線性光學(xué)部件構(gòu)成，其中產(chǎn)生了諸如棱鏡那樣的內(nèi)部全反射，輸入耦合鏡將在下文中加以說(shuō)明。
BBO晶體具有大約1.674的折射率n1。由于空氣的折射率n0為1，所以在非線性光學(xué)部件101(即BBO晶體)中，光束發(fā)生全反射的臨界角θc為約為36.7°，如下面的方程式(1)所示θc＝sin-1n0/n1 …(1)因此，若非線性光學(xué)部件101具有接近90°的頂角α0，并且若綠色激光束以最多為大約52°的角度被施加到內(nèi)部全反射平面S2，則綠色激光束將以等于或大于該臨界角的角度被施加到該內(nèi)部全反射平面S2。在這種情況下，綠色激光束在它從非線性光學(xué)部件101中發(fā)出之前，就在兩個(gè)內(nèi)部全反射平面S1和S2處發(fā)生全反射?？梢栽谳斎刖G色激光束與輸出綠色激光束相交處，放置一塊輸入耦合鏡102。這樣一來(lái)，非線性光學(xué)部件101以及輸入耦合鏡102就構(gòu)成一條閉合光路，提供光學(xué)諧振器100。
輸入的綠色激光束在光學(xué)諧振器100的非線性光學(xué)部件101中通過(guò)3條光路行進(jìn)，直到它從該非線性光學(xué)部件101中發(fā)射出去為止。首先，光束沿著第1光路P1行進(jìn)，直到它被第1內(nèi)部全反射平面S1全反射為止。然后，它沿著第2光路P2行進(jìn)，直到它被第2內(nèi)部全反射平面S2全反射為止。最后，它沿著第3光路P3行進(jìn)，直到它從非線性光學(xué)部件101中發(fā)射出去為止。
第1光路P1可以?xún)A斜于BBO晶體的軸c大約47.5°，這樣就滿(mǎn)足了相位匹配條件。如果這樣的話，當(dāng)綠色激光束沿著第1光路P1在非線性光學(xué)部件101中傳播時(shí)將產(chǎn)生深紫外激光束，它是綠色激光束的二次諧波。在首先被第1內(nèi)部全反射平面S1隨后被第2內(nèi)部全反射平面S2反射之后，如此產(chǎn)生的深紫外激光束在部件101中發(fā)射出去。從部件101發(fā)射的深紫外激光束在一條與綠色激光束(即，基波)隔開(kāi)的路徑中行進(jìn)，如圖4所示。這是因?yàn)樯钭贤饧す馐诜蔷€性光學(xué)部件101中已經(jīng)經(jīng)過(guò)兩次折射，并且已經(jīng)被反射兩次，首先在內(nèi)部全反射平面S1，然后在內(nèi)部全反射平面S2。
若第2光路P2滿(mǎn)足相位匹配條件，就有可能在綠色激光束通過(guò)第2光路P2時(shí)產(chǎn)生深紫外激光束。同樣有可能從非線性光學(xué)部件101，通過(guò)一條跟從部件101發(fā)出的綠色激光束隔開(kāi)的路徑來(lái)發(fā)射深紫外激光束。然而，在這種情況下，跟第1光路P1滿(mǎn)足相位匹配條件的情況相比，深紫外激光束將在更大程度上偏離綠色激光束。
如上所述，在非線性光學(xué)部件101中產(chǎn)生的深紫外激光束從部件101被發(fā)射出去，并在空間上偏離于綠色激光束。輸入耦合鏡102以外的反射綠色激光束的鏡也反射從部件101發(fā)射的深紫外激光束。在不施加到輸入耦合鏡102的前提下，深紫外激光束也可以從光學(xué)諧振器100發(fā)出。
下面，將在假定綠色激光束在非線性光學(xué)部件101(即，BBO晶體)中發(fā)生全反射的入射平面包含BBO晶體的軸c的基礎(chǔ)上，來(lái)說(shuō)明深紫外激光束(即，綠色激光束的二次諧波)是如何從空間上偏離綠色激光束(即基波)的。
作為基波的綠色激光束是正常光線。它沿著垂直于BBO晶體的軸c的方向被極化。因此，相對(duì)于內(nèi)部各全反射平面而言，它通常是一根“s-極化束”。換句話說(shuō)，當(dāng)綠色激光束在非線性光學(xué)部件101中，首先從內(nèi)部全反射平面S1，隨后從內(nèi)部全反射平面S2被反射時(shí)，入射角等于反射角的正常的反射定律是成立的。
與此相對(duì)照，作為綠色激光束的二次諧波的深紫外激光束是一根非常光線。當(dāng)深紫外激光束在非線性光學(xué)部件101中，首先從內(nèi)部全反射平面S1，隨后從內(nèi)部全反射平面S2被反射時(shí)，正常的反射定律是不成立的。這是因?yàn)樯钭贤饧す馐诿恳粋€(gè)內(nèi)部全反射平面上都經(jīng)過(guò)雙折射。如圖5所示，介于光束入射到全反射平面S1的光軸以及BBO晶體的軸c之間的角度θ1不同于介于從全反射平面S1(S2)所反射的光束以及BBO晶體的軸c之間的角度θ2。其結(jié)果是，入射到平面S1(S2)的光束以及從平面S1(S2)反射的光束，在折射率和相速度方面是不同的。要注意的是，圖5所示的ψ1和ψ2分別是入射角和反射角。而且，圖5所示的Φ是介于平面S1(S2)的法線以及BBO晶體的軸c之間的角度。
為了預(yù)報(bào)雙折射的特性，需要進(jìn)行某些計(jì)算。在計(jì)算中應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足的邊界條件是，矢量k(波的法線)具有在全反射平面S1(S2)上的分量，他們彼此相等。因此，圖5所示的在平面S1(S2)上的雙折射可以由下列方程式(2)和(3)給出n(θ1)sin(ψ1)＝n(θ2)sin(ψ2)…(2)n(θ1)sin(θ1－Φ)＝n(θ2)sin(θ2－Φ)…(3)因此，綠色激光束，即從內(nèi)部全反射平面S1(S2)全反射的基波具有特定角度的矢量k以及深紫外激光束，即二次諧波，具有另一個(gè)矢量k，其角度不同于綠色激光束的矢量k。由于在每一個(gè)內(nèi)部全反射平面上都發(fā)生雙折射，所以從部件101發(fā)射的深紫外激光束在空間上偏離綠色激光束。還由于BBO晶體中的雙折射的離散效應(yīng)，使得綠色激光束和深紫外激光束被進(jìn)一步地互相分隔開(kāi)。
為了確定綠色激光束(即，基波)和深紫外激光束(即，二次諧波)在多大程度上被分隔開(kāi)，我們需要考察在光學(xué)諧振器100里面的光路。這里所涉及的自由變量就是BBO晶體的交互作用時(shí)間，光束在到達(dá)BBO晶體之前在光學(xué)諧振器100中行進(jìn)的距離，光束從BBO晶體發(fā)射之后，在光學(xué)諧振器100中的行進(jìn)距離，非線性光學(xué)部件101的頂角α0，以及入射到第1內(nèi)部全反射平面S1的入射角ψ1。
介于第1光路P1以及BBO晶體的軸c之間的角度(θ1)是一個(gè)常數(shù)(大約47.5°)。被施加到非線性光學(xué)部件101的光束的方位角等于從部件101發(fā)射的光束的方位角。激光束在光學(xué)諧振器100中行進(jìn)的光路取決于角度(θ1)以及施加到部件101并且從該部件101發(fā)射的光束的方位角。光束施加到非線性光學(xué)部件101的第1內(nèi)部全反射平面S1的角度ψ1是兩種可能性其中之一。第1種可能性是光束從正方向施加時(shí)的角度，如圖5所示。第2種可能性是，光束從負(fù)方向施加時(shí)的角度，如圖6所描繪的那樣。在這種情況下，該角度被表示為“-ψ1”。
如上所述，光束在非線性光學(xué)部件101中發(fā)生全反射的臨界角θc近似為36.7°(即，BBO晶體的折射率約為1.674)。光束的入射角ψ1必須大于36.7°。為了讓單輸入耦合鏡102反射從部件101發(fā)射的綠色激光束(即，基波)，由此形成一條閉合的光路，非線性光學(xué)部件101必須具有小于90°的頂角α0。到達(dá)第1和第2內(nèi)部全反射平面S1和S2的入射角之和等于非線性光學(xué)部件101的頂角α0。因此，要求被施加到第1和第2內(nèi)部全反射平面S1和S2的入射角ψ1不大于53.3°。
考慮到上述各項(xiàng)因素，本發(fā)明人設(shè)計(jì)了一種最佳激光束產(chǎn)生裝置。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)滿(mǎn)足下列兩個(gè)條件時(shí)，深紫外激光束(即，二次諧波)將偏離綠色激光束(即，基波)。首先，如圖7所示，非線性光學(xué)部件101具有88.5°的頂角α0。其次，如圖7所示，到達(dá)第1內(nèi)部全反射平面S1的入射角ψ1為負(fù)方向的50°，即，-ψ1＝50°。
更明確地說(shuō)，非線性光學(xué)部件101具有一條5mm長(zhǎng)的第1光路P1，并且綠色激光束分別施加到部件101以及從部件101發(fā)出的兩個(gè)點(diǎn)，被隔開(kāi)大約2mm的距離L1。介于深紫外激光束從部件101發(fā)出的點(diǎn)以及綠色激光束從部件101發(fā)出的點(diǎn)之間的距離L2為0.9mm以上。從部件101發(fā)出的綠色激光束和深紫外激光束二者的軸，在離開(kāi)非線性光學(xué)部件101的輸入/輸出平面S3 10mm的位置上，被隔開(kāi)1.5mm以上。已經(jīng)證實(shí)，綠色激光束和深紫外激光束互相之間已被很好地分隔開(kāi)。
圖8A和8B表示非線性光學(xué)部件101，它具有一個(gè)輸入/輸出平面S3，S3與被施加到光學(xué)部件101的綠色激光束的軸之間的傾角約為一個(gè)布魯斯特(偏振)角。圖8A是非線性光學(xué)部件101的側(cè)視圖，圖8B是部件101的底視圖。
非線性光學(xué)部件101的輸入/輸出平面S3與被施加到該光學(xué)部件101的綠色激光束的軸之間的傾角約為一個(gè)布魯斯特角。因此，在輸入/輸出平面S3上的光能損耗(即，反射損耗)得以最小化。這使得在光學(xué)諧振器100中的波長(zhǎng)變換效率得以提高。
雖然非線性光學(xué)部件101具有如上述那樣設(shè)計(jì)的輸入/輸出平面S3，但是綠色激光束(即，正常光線)偏振的方向跟輸入/輸出平面S3不完全一致。光能損耗雖然受到限制，但還是不可避免地發(fā)生。光能損耗取決于被施加到部件101的綠色激光束相對(duì)于輸入/輸出平面S3的方位角。該損耗是非線性光學(xué)部件101的頂角α0的函數(shù)。正如上面所指出的那樣，該頂角α0為88.5°。被施加到部件101的綠色激光束相對(duì)于輸入/輸出平面S3的方位角為1.5°。由于綠色激光束的偏振方向跟輸入/輸出平面S3不一致這個(gè)事實(shí)所導(dǎo)致的光能損耗是很小的，僅為0.15％。要注意的是，光能損耗是當(dāng)綠色激光束進(jìn)入部件101時(shí)所造成的損耗以及當(dāng)綠色激光束從部件101發(fā)射時(shí)所造成的損耗之和。
下面的表1表示介于綠色激光束(即，具有532nm波長(zhǎng)的基波)在非線性光學(xué)部件101中行進(jìn)時(shí)，各方向(第1到第3光路)之間的角度，另一方面，還表示深紫外激光束(即，具有266nm波長(zhǎng)的二次諧波)的方向與BBO晶體的軸c之間的角度。應(yīng)當(dāng)指出，在這里，矢量k沿著波的法線延伸，并且矢量s是沿著能量傳輸方向延伸的一個(gè)指向矢量。由于作為基波的綠色激光束是正常光線，所以矢量k和矢量s在相同的方向上延伸。
表1
可以將輸入耦合鏡102放置在被施加到非線性光學(xué)部件101的綠色激光束的軸以及從該部件101發(fā)射的綠色激光束的軸的交點(diǎn)上。這樣一來(lái)，在光學(xué)諧振器中，部件101的光能損耗得以最小化。此外，深紫外激光束(即，二次諧波)從非線性光學(xué)部件101發(fā)出，在空間上偏離于綠色激光束(即，基波)。因此，深紫外激光束在從部件101發(fā)出之前，可以被輸入耦合鏡102以外的鏡所反射，而不施加到輸入耦合鏡102。由于深紫外激光束沒(méi)有被施加到輸入耦合鏡102，所以在鏡102上不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也就不會(huì)產(chǎn)生沉積在鏡面102之上的雜質(zhì)。因此，能減小在輸入耦合鏡102上的光能損耗，即使有也極小，這就大大地提高了在光學(xué)諧振器100中的波長(zhǎng)變換效率。
由于深紫外激光束完全沒(méi)有被施加到輸入耦合鏡102，所以鏡面102可以采用任何一種結(jié)構(gòu)，只要能反射綠色激光束就成。用不著采用像二色鏡那樣的具有波長(zhǎng)選擇性的那一種。而且，光學(xué)諧振器僅包括少數(shù)部件，即，一個(gè)非線性光學(xué)部件101以及一個(gè)輸入耦合鏡102。因此，就能以低成本來(lái)生產(chǎn)光學(xué)諧振器100。
下面，將參照?qǐng)D9來(lái)詳細(xì)說(shuō)明含有上述光學(xué)諧振器100的、根據(jù)本發(fā)明的激光束產(chǎn)生裝置1。
激光束產(chǎn)生裝置1被設(shè)計(jì)用來(lái)產(chǎn)生綠色激光束(波長(zhǎng)532nm)，它是NdYAG激光器的二次諧波，隨后產(chǎn)生深紫外激光束，它是綠色激光束(即基波)的二次諧波。如圖9所示，裝置1包括綠色激光束產(chǎn)生部分10以及深紫外激光束產(chǎn)生部分20。部分10被構(gòu)成以產(chǎn)生綠色激光束。部分20被這樣構(gòu)成，用以對(duì)由部分10產(chǎn)生的綠色激光束進(jìn)行波長(zhǎng)變換，由此產(chǎn)生深紫外激光束。
在綠色激光束產(chǎn)生部分10，半導(dǎo)體激光器11發(fā)出波長(zhǎng)為808nm的強(qiáng)激光束。聚焦棱鏡12對(duì)來(lái)自半導(dǎo)體激光器11的強(qiáng)激光束進(jìn)行聚焦。經(jīng)過(guò)這樣聚焦的光束被施加到非平面型的單片環(huán)狀NdYAG激光器13，對(duì)該激光器13進(jìn)行激勵(lì)。受到該光束的激勵(lì)后，NdYAG激光器13發(fā)出波長(zhǎng)為1064nm的紅外激光束。
在綠色激光束產(chǎn)生部分10，從NdYAG激光器13發(fā)出的紅外激光束通過(guò)模式匹配棱鏡14。隨后，該光束被施加到單片環(huán)狀的MgOLN晶體15。在晶體15，其諧振波長(zhǎng)等于紅外激光束的波長(zhǎng)。因此，晶體15對(duì)紅外激光束起著光學(xué)諧振器的作用。它對(duì)紅外激光束進(jìn)行波長(zhǎng)變換，產(chǎn)生綠色激光束，后者是紅外激光束的二次諧波，波長(zhǎng)為532nm。
在綠色激光束產(chǎn)生部分10，反射鏡16對(duì)從MgOLN晶體15發(fā)出的綠色激光束進(jìn)行反射。被這樣反射的綠色激光束施加于棱鏡17，它形成具有預(yù)定直徑的光束。這樣形成的綠色激光束從綠色激光束產(chǎn)生部分10輸出。
從綠色激光束產(chǎn)生部分10發(fā)出的綠色激光束被施加到深紫外激光束產(chǎn)生部分20。部分20包括一個(gè)非線性光學(xué)部件101，該部分20包括由例如BBO(β-硼酸鋇β-Bab2O4)晶體制成的非線性光學(xué)部件。部分20被這樣構(gòu)成，用以對(duì)綠色激光束進(jìn)行波長(zhǎng)變換，由此產(chǎn)生深紫外激光束，后者是綠色激光束的二次諧波，其波長(zhǎng)為266nm。
在深紫外激光束產(chǎn)生部分20中，綠色激光束，或者基波，通過(guò)相位調(diào)制器21以及各模式匹配棱鏡22。綠色激光束被施加到光學(xué)諧振器100。在光學(xué)諧振器100中，綠色激光束通過(guò)輸入耦合鏡102被施加到非線性光學(xué)部件101。
在激光束產(chǎn)生裝置1中，輸入耦合鏡102被安裝到高精度定位裝置23之上，后者包括一個(gè)壓電元件，一個(gè)音圈馬達(dá)，或諸如此類(lèi)。當(dāng)定位裝置23被驅(qū)動(dòng)時(shí)，光學(xué)諧振器100的諧振波長(zhǎng)具有非常高的精度。
在激光束產(chǎn)生裝置1中，輸入耦合鏡102對(duì)施加到光學(xué)諧振器100的綠色激光束的一部分進(jìn)行反射。還有，鏡面24反射綠色激光束，后者被光檢測(cè)器25檢出。光檢測(cè)器25產(chǎn)生一組信號(hào)，它被送往控制電路26。在深紫外激光束產(chǎn)生部分20，相位調(diào)制器21按照來(lái)自相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路27的一組調(diào)制信號(hào)，對(duì)施加到光學(xué)諧振器100的綠色激光束的相位進(jìn)行調(diào)制。
控制電路26使用該調(diào)制信號(hào)，對(duì)來(lái)自光檢測(cè)器25的信號(hào)進(jìn)行同步檢測(cè)，并由此檢出一個(gè)誤差信號(hào)，它表示在光學(xué)諧振器100中，沿著各光路行進(jìn)的各光束之間的相位差。控制電路26根據(jù)該誤差信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)高精度定位裝置23。受到這樣的驅(qū)動(dòng)之后，定位裝置23以高精度連續(xù)地改變輸出耦合鏡102的位置。由此，光學(xué)諧振器100就能經(jīng)常得到所需的諧振波長(zhǎng)?？梢圆捎脴I(yè)界所熟知的技術(shù)來(lái)檢出誤差信號(hào)。這些技術(shù)當(dāng)中的一種就是被稱(chēng)為“Pound-Drever方法”的調(diào)頻邊帶方法，在R.W.P.Drever，J.L.Hall，F(xiàn).V.Kowalski，J.Hough，G.M.Ford，A.J.Munley和H.Ward等人所寫(xiě)的“使用光學(xué)諧振器的激光器相位與頻率穩(wěn)定”一文中，公開(kāi)了這種方法，該文發(fā)表于《應(yīng)用物理學(xué)，B集》，1983年，第31卷，第97-105頁(yè)。這些技術(shù)中的另一種就是被稱(chēng)為“Hansch-Couilland方法”的偏振方法，在T.W.Hansch和B.Couilland所寫(xiě)的“采用反射參考腔的偏振光譜儀的激光器頻率穩(wěn)定”一文中，公開(kāi)了這種方法，該文發(fā)表于《光學(xué)通訊》，1980年，第35卷，第441-444頁(yè)。
在激光束產(chǎn)生裝置1中，由控制電路26檢出的誤差信號(hào)驅(qū)動(dòng)高精度定位裝置23。受到這樣的驅(qū)動(dòng)之后，定位裝置23以高精度連續(xù)地改變輸出耦合鏡102的位置。由此，光學(xué)諧振器100就能經(jīng)常得到所需的諧振波長(zhǎng)。換句話說(shuō)，部件101能夠以高效率對(duì)綠色激光束進(jìn)行波長(zhǎng)變換。
在光學(xué)諧振器100中，綠色激光束通過(guò)輸入耦合鏡102，并從輸入/輸出平面S3施加到非線性光學(xué)部件101，平面S3與綠色激光束的軸之間的傾角約為一個(gè)布魯斯特角。在非線性光學(xué)部件101中，綠色激光束沿著第1光路P1行進(jìn)，路徑P1與BBO晶體的軸c之間的傾角約為47.5°。隨后，綠色激光束被施加到第1內(nèi)部全反射平面S1。
隨著綠色激光束在非線性光學(xué)部件101中沿著第1光路P1行進(jìn)，就產(chǎn)生波長(zhǎng)為266nm的深紫外激光束。深紫外激光束是綠色激光束的二次諧波。
在其中，綠色激光束從第1內(nèi)部全反射平面S1被全反射，并且被施加到第2內(nèi)部全反射平面S2。第2內(nèi)部全反射平面S2對(duì)從非線性光學(xué)部件101發(fā)出的綠色激光束進(jìn)行全反射。輸入耦合鏡102反射被再次施加到非線性光學(xué)部件101的綠色激光束。
如上面所指出的那樣，當(dāng)綠色激光束在滿(mǎn)足相位匹配條件的非線性光學(xué)部件101中沿著第1光路P1行進(jìn)時(shí)，就產(chǎn)生深紫外激光束。深紫外激光束還首先在第1內(nèi)部全反射平面S1進(jìn)行全反射，然后在第2內(nèi)部全反射平面S2進(jìn)行全反射。其后，從輸入/輸出平面S3發(fā)出深紫外激光束。因此，它是從非線性光學(xué)部件101發(fā)出的。要注意的是，在非線性光學(xué)部件101中，深紫外激光束在第1和第2全反射平面S1和S2進(jìn)行雙折射，并且被反射兩次。因此，深紫外激光束從部件101被發(fā)射，在空間上偏離于綠色激光束，即基波。在非線性光學(xué)部件101的外面，含有刀刃狀棱鏡或諸如此類(lèi)的反射鏡28反射深紫外激光束，后者是從深紫外激光束產(chǎn)生部分20發(fā)出的。
具有上述結(jié)構(gòu)的深紫外激光束產(chǎn)生部分20可以以高效率來(lái)產(chǎn)生以時(shí)間相干特性見(jiàn)長(zhǎng)的深紫外激光束。當(dāng)綠色激光束產(chǎn)生部分10向深紫外激光束產(chǎn)生部分20施加一根大約600mW的綠色激光束時(shí)，部分20就產(chǎn)生一根最大約為200mW的深紫外激光束。部分20的這個(gè)輸出數(shù)值揭示，在輸入/輸出平面S3上出現(xiàn)的反射損耗約為22％。在平面S3上，若在深紫外激光束的強(qiáng)度的意義上的反射損耗得以降低，則深紫外激光束產(chǎn)生裝置20將產(chǎn)生大小為250mW以上的深紫外激光束。隨之，波長(zhǎng)變換效率將高達(dá)40％以上。此外，光束產(chǎn)生部分20被發(fā)現(xiàn)能連續(xù)工作300小時(shí)，發(fā)出大約100mW以上的深紫外激光束，并且不需要將它的內(nèi)部從大氣中加以密封，或者向它輸入清潔的空氣。
準(zhǔn)直棱鏡30將從光束產(chǎn)生部分20發(fā)出的深紫外激光束改變?yōu)槠叫械纳钭贤饧す馐?。矯正棱鏡對(duì)31調(diào)整從激光束產(chǎn)生裝置1輸出的平行的深紫外激光束的形狀。應(yīng)當(dāng)指出的是，由于在非線性光學(xué)部件101中發(fā)生的雙折射的離散效應(yīng)，使得從部分20發(fā)出的深紫外激光束具有橢圓形的截面。矯正棱鏡對(duì)31將光束的截面改變?yōu)榻咏趫A形。因此，從激光束產(chǎn)生裝置1輸出具有接近于圓形截面的深紫外激光束。
如上所述，在激光束產(chǎn)生裝置1中，單片環(huán)狀的MgOLN晶體15對(duì)從NdYAG激光器13發(fā)出的紅外激光束進(jìn)行波長(zhǎng)變換。晶體15產(chǎn)生綠色激光束，它是紅外激光束的二次諧波。非線性光學(xué)部件101包括，例如，一塊BBO晶體，它對(duì)綠色激光束進(jìn)行波長(zhǎng)變換，產(chǎn)生一根深紫外激光束，它是綠色激光束的二次諧波。深紫外激光束從激光束產(chǎn)生裝置1發(fā)出。這就是說(shuō)，在激光束產(chǎn)生裝置1中，僅使用各種固態(tài)部件來(lái)產(chǎn)生深紫外激光束。
由于僅包括各種固態(tài)部件，所以從整體上來(lái)看，激光束產(chǎn)生裝置1是很小的。裝置1還能達(dá)到高的變換效率，低功耗以及高的工作穩(wěn)定性，并能產(chǎn)生高質(zhì)量的激光束。簡(jiǎn)而言之，它以工作性能見(jiàn)長(zhǎng)。而且，裝置1產(chǎn)生的深紫外激光束表現(xiàn)出良好的時(shí)間相干特性。
在激光束產(chǎn)生裝置1中，深紫外激光束永遠(yuǎn)不會(huì)被施加到作為光學(xué)諧振器100的主要部件的輸入耦合鏡102，像非線性光學(xué)部件101那樣。因此，在設(shè)計(jì)輸入耦合鏡102時(shí)，對(duì)深紫外激光束而言，用不著考慮反射率，透過(guò)率或諸如此類(lèi)。因此，對(duì)裝置1來(lái)說(shuō)，用不著納入像二色鏡那樣的具有波長(zhǎng)選擇性的部件。這就增加了設(shè)計(jì)輸入耦合鏡102時(shí)的自由度。因此，輸入耦合鏡102可以是一塊低能耗的鏡面。如上面所指出的那樣，輸入耦合鏡102可以反射波長(zhǎng)比綠色激光束更長(zhǎng)的激光束。因此，可以用任何這樣的材料制成，雖然這些材料不可以被用來(lái)形成能反射深紫外激光束的鏡面，但是，這些材料可以被用來(lái)以現(xiàn)有鏡面生產(chǎn)技術(shù)來(lái)提供低能耗的鏡面。這種材料的一個(gè)實(shí)例就是五氧化鉭。
在激光束產(chǎn)生裝置1中，深紫外激光束永遠(yuǎn)不會(huì)被施加到輸入耦合鏡102。因此，在設(shè)計(jì)輸入耦合鏡102時(shí)，就用不著考慮鏡面102應(yīng)當(dāng)具有的對(duì)深紫外激光束的損傷耐力。在設(shè)計(jì)一個(gè)光學(xué)部件時(shí)，通常難以降低光能損耗并提高對(duì)各種激光束的損傷耐力。這就是說(shuō)，光能損耗的降低和損傷耐力的提高通常是此消彼長(zhǎng)的。在光學(xué)諧振器100中，可以將輸入耦合鏡102設(shè)計(jì)成能使光能損耗最小化。因此，激光束產(chǎn)生裝置1能夠達(dá)到高的變換效率。
而且，在激光束產(chǎn)生裝置1中，在輸入耦合鏡102上不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不會(huì)產(chǎn)生沉積于鏡面102之上的雜質(zhì)。這是因?yàn)樯钭贤饧す馐鴽](méi)有被施加到輸入耦合鏡102之上。這樣一來(lái)，在輸入耦合鏡102上就能降低綠色激光束的光能損耗，即使有也極小，由此使得波長(zhǎng)變換效率大為提高。用不著如同在常規(guī)激光束產(chǎn)生裝置中所需要的那樣，對(duì)各光學(xué)部件進(jìn)行徹底清洗，或者向激光束產(chǎn)生裝置施加清潔的空氣，以避免在輸入耦合鏡102上沉積各種雜質(zhì)。
本發(fā)明并不局限于上述的激光束產(chǎn)生裝置1。必要時(shí)，可以作出各種更改。
在上述實(shí)施例中，非線性光學(xué)部件101具有它的輸入/輸出平面S3，該平面S3與被施加到光學(xué)部件101的綠色激光束的軸之間的傾角約為一個(gè)布魯斯特角。例如，輸入/輸出平面S3中發(fā)出深紫外激光束的部分可以?xún)A斜于深紫外激光束的軸，其傾角約為一個(gè)布魯斯特角，如圖10所示。如果是這樣的情況，則非線性光學(xué)部件101具有一種更為復(fù)雜的形狀，使得難以生產(chǎn)這樣的非線性光學(xué)部件101。然而，仍然有可能降低出現(xiàn)在非線性光學(xué)部件101中的深紫外激光束的反射損耗。這就是說(shuō)，由于輸入/輸出平面S3的所述部分跟深紫外激光束之間的傾角約為一個(gè)布魯斯特角，使得在輸入/輸出平面S3上，深紫外激光束的反射損耗得以大大降低。與此相對(duì)照，在裝置1(圖9)中，當(dāng)深紫外激光束從非線性光學(xué)部件101的輸入/輸出平面S3發(fā)出時(shí)，其反射損耗約為22％。因此，修改后的激光束產(chǎn)生裝置可以獲得極高的變換效率。
而且，如前面所指出的那樣，由輸入/輸出平面S3反射的深紫外激光束可以確實(shí)地被用來(lái)作為激光束產(chǎn)生裝置1的輸出監(jiān)視器上的一束光，在輸入/輸出平面S3上不降低深紫外激光束的反射損耗。更精確地說(shuō)，可以在從非線性光學(xué)部件101的輸入/輸出平面S3所反射的深紫外激光束的軸上，安裝一個(gè)光檢測(cè)器。在這種情況下，光檢測(cè)器檢出從輸入/輸出平面S3所反射的深紫外激光束的強(qiáng)度，并且裝置1被這樣控制，使得深紫外激光束的強(qiáng)度保持恒定。激光束產(chǎn)生裝置1可以比相反的情況更穩(wěn)定地進(jìn)行工作。
若由輸入/輸出平面S3所反射的深紫外激光束被用來(lái)作為輸出監(jiān)視器中的一束光，則希望非線性光學(xué)部件101的兩面不進(jìn)行拋光。換句話說(shuō)，部件101的兩面保持粗糙狀態(tài)。隨后，部件101的兩面可以起到漫射板的作用，對(duì)深紫外激光束進(jìn)行漫射。紫外線區(qū)的光束可以一致地被施加到光檢測(cè)器的受光表面上。由于紫外光束并不聚焦于光檢測(cè)器的受光表面上的一個(gè)限定的部分，所以它不會(huì)降低光檢測(cè)器的靈敏度。
在某些情況下，有必要對(duì)被施加到深紫外激光束產(chǎn)生部分20的綠色激光束的強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。隨后，如同將要說(shuō)明的那樣，可以利用作為正常光線在非線性光學(xué)部件101中行進(jìn)的綠色激光束。當(dāng)綠色激光束進(jìn)入非線性光學(xué)部件101時(shí)，它具有一種成分，雖然很小，但是它將變?yōu)橐皇浅９饩€。如上所述，若非線性光學(xué)部件101具有88.5°的頂角，則這種成分僅占綠色激光束的0.15％。然而，它作為一根非常光線，在非線性光學(xué)部件101中，沿著與深紫外激光束差不多相同的路徑行進(jìn)，并且在與深紫外激光束差不多相同的位置上，從部件101發(fā)射出去。綠色激光束的這種成分沿著不同于深紫外激光束從平面S3發(fā)出的方向從輸入/輸出平面S3發(fā)出。這是因?yàn)椋鳛榉浅９饩€在部件101中行進(jìn)的這種成分，其被反射的程度小于深紫外激光束。因此，光檢測(cè)器可以安裝在綠色激光束從部件101發(fā)射的路徑上，其方向不同于深紫外激光束從部件101發(fā)射的方向。光檢測(cè)器可以檢測(cè)綠色激光束的強(qiáng)度。換句話說(shuō)，它可以檢測(cè)作為基波被施加到深紫外激光束產(chǎn)生裝置20的綠色激光束的強(qiáng)度。
可以使用調(diào)頻邊帶方法來(lái)檢出誤差信號(hào)，用以調(diào)節(jié)光學(xué)諧振器100的諧振波長(zhǎng)。如果這樣的話，則來(lái)自光檢測(cè)器25的信號(hào)輸出不被用來(lái)作為誤差信號(hào)。寧可，使用光檢測(cè)器在檢測(cè)綠色激光束的強(qiáng)度時(shí)所產(chǎn)生的信號(hào)，該綠色激光束已經(jīng)在非線性光學(xué)部件101中行進(jìn)并且以不同于深紫外激光束從其中發(fā)射的方向的方向發(fā)射出去。控制電路26使用該調(diào)制信號(hào)，由此，對(duì)由該光檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行同步檢測(cè)。由此檢出一個(gè)誤差信號(hào)，該信號(hào)代表在光學(xué)諧振器100中，沿著各光路行進(jìn)的各光束之間的相位差。
上述非線性光學(xué)部件101具有兩個(gè)內(nèi)部全反射平面S1和S2。也可以用具有3個(gè)或更多內(nèi)部全反射平面的非線性光學(xué)部件來(lái)代替。在這種情況下，被施加到非線性光學(xué)部件的綠色激光束的軸以及從該部件發(fā)射的綠色激光束的軸應(yīng)當(dāng)在該非線性光學(xué)部件以外的一個(gè)位置上相交。還有，非線性光學(xué)部件應(yīng)當(dāng)這樣被成形，使之在發(fā)射深紫外激光束時(shí)，能夠很好地偏離于從該非線性光學(xué)部件發(fā)出的綠色激光束。
迄今為止所描述的是激光束產(chǎn)生裝置1，它被設(shè)計(jì)用以產(chǎn)生波長(zhǎng)為266nm的深紫外激光束。本發(fā)明并不局限于裝置1。它可以被應(yīng)用于具有非線性光學(xué)部件的任何激光束產(chǎn)生裝置之中，上述非線性光學(xué)部件被構(gòu)成用于對(duì)輸入光束進(jìn)行波長(zhǎng)變換，并且產(chǎn)生具有規(guī)定波長(zhǎng)的激光束。
權(quán)利要求
1.激光束產(chǎn)生裝置包括用于產(chǎn)生基波的波產(chǎn)生裝置；非線性光學(xué)部件，用于接收由波產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的基波，并且讓基波通過(guò)一條滿(mǎn)足相位匹配條件的光路，由此產(chǎn)生諧波，所述非線性光學(xué)部件具有多個(gè)內(nèi)部全反射平面，同時(shí)它被這樣構(gòu)成按照與被施加到非線性光學(xué)部件的基波的軸相交的方向，發(fā)射在內(nèi)部全反射平面上被順序地反射的基波，以及借助于在非線性光學(xué)部件中的雙反射以及在內(nèi)部全反射各平面上的內(nèi)部全反射，發(fā)射在內(nèi)部全反射各平面上被順序地反射的諧波，上述諧波在空間上偏離于基波。波反射裝置，安裝在被施加到非線性光學(xué)部件的基波的軸以及從非線性光學(xué)部件發(fā)射的基波的軸的交點(diǎn)上，用以反射從非線性光學(xué)部件發(fā)射的基波，并將該基波再次施加到該非線性光學(xué)部件；以及諧波反射裝置，用于反射從非線性光學(xué)部件發(fā)出的、并且在空間上偏離于基波的諧波，由此從激光束產(chǎn)生裝置發(fā)出諧波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光束產(chǎn)生裝置，其中，該諧波是連續(xù)的深紫外激光束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光束產(chǎn)生裝置，其中，該非線性光學(xué)部件包括一塊BBO晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光束產(chǎn)生裝置，其中，該非線性光學(xué)部件具有一個(gè)平面，基波被施加到該平面，并且它與被施加到非線性光學(xué)部件的基波的軸之間的傾角約為一個(gè)布魯斯特角。
全文摘要
深紫外激光束是一種諧波,它產(chǎn)生于非線性光學(xué)部件(101)里面,它在非線性光學(xué)部件(101)外面被發(fā)射,并且跟作為基波的綠色激光束分隔開(kāi)。在非線性光學(xué)部件(101)的外面被發(fā)射的綠色激光束被輸入耦合鏡(102)所反射,并且再次被施加到非線性光學(xué)部件(101),以便形成針對(duì)基波的一條閉合的光路。同樣,在非線性光學(xué)部件(101)外面被發(fā)射的深紫外激光束,被輸入耦合鏡(102)以外的反射鏡(28)所反射,以便從深紫外激光束產(chǎn)生部分(20)發(fā)出深紫外激光束。
文檔編號(hào)G02F1/37GK1337766SQ0112458
公開(kāi)日2002年2月27日 申請(qǐng)日期2001年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月9日
發(fā)明者金田有史 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社