專利名稱：單端面泵浦三倍頻固體激光器的制作方法
單端面泵浦三倍頻固體激光器技術(shù)領(lǐng)城本發(fā)明涉及一種固體激光器，更具體涉及一種特別適用于產(chǎn)生紫外激光的 單端面泵浦三倍頻固體激光器。背景技術(shù)：
近幾年來，國際上激光精細加工發(fā)展極為迅速，其市場產(chǎn)值超過激光標記， 已成為僅次于激光切割與焊接的主要激光產(chǎn)業(yè)，而短波長的紫外激光由于具有 高分辨率和高吸收等特點，已經(jīng)成為激光精細加工的重要發(fā)展方向，在目前廣 泛發(fā)展的液晶顯示、硅晶元、柔性電路制版等行業(yè)中對加工精度的要求越來越 高。紫外激光正可以利用自身優(yōu)勢在這些行業(yè)中發(fā)揮作用。目前廣泛采用的紫外激光器以側(cè)面泵浦方式居多。側(cè)面泵浦與端面泵浦比較各有優(yōu)缺。端面泵浦相對側(cè)面泵浦而言顯著優(yōu)點在于光斑模式好，脈沖寬 度小，光轉(zhuǎn)換效率高，重復(fù)頻率選擇余地大。這些優(yōu)點對于精細加工行業(yè)而言 都很重要的,，所以，發(fā)展端面泵浦紫外激光器勢在必行。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中紫外激光器多采用側(cè)面泵浦方式，其光斑模式差、光 轉(zhuǎn)換效率低等技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種可用于產(chǎn)生紫外激光的單端面泵浦 三倍頻固體激光器。本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中紫外激光器多采用側(cè)面泵浦方式，其光斑模式差， 光轉(zhuǎn)換效率低等技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種單端面泵浦三倍頻固 體激光器，該固體激光器包括諧振腔、設(shè)置在諧振腔內(nèi)部的增益介質(zhì)以及Q 開關(guān)，其中諧振腔為包括兩個端鏡和至少一個轉(zhuǎn)折鏡的折疊諧振腔，該固體激 光器進 一 步包括設(shè)置在至少 一 個轉(zhuǎn)折鏡中 一轉(zhuǎn)折鏡外側(cè)垂直增益介質(zhì)的端面 進行泵浦以產(chǎn)生在諧振腔內(nèi)振蕩的基波光的 一 泵浦光源系統(tǒng)；設(shè)置在諧振腔內(nèi) 的用于對基波光中的一部分進行倍頻以產(chǎn)生二次諧波光的二倍頻非線性晶體 設(shè)置在諧振腔內(nèi)的用于對基波光的剩余部分和二次諧波光進行和頻以產(chǎn)生三次 諧波光的三倍頻非線性晶體；用于將三次諧波光導(dǎo)出諧振腔的光輸出元件根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例，諧振腔為包括第一和第二端鏡以及一個轉(zhuǎn)折繞 的V形諧振腔。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例，二倍頻非線性晶體、三倍頻非線性晶體以及光輸出元件設(shè)置在第一端鏡和轉(zhuǎn)折鏡之間，增益介質(zhì)以及Q開關(guān)設(shè)置在第二端鏡 和轉(zhuǎn)折鏡之間。根據(jù)本發(fā)明 一優(yōu)選實施例，諧振腔為包括第 一和第二端鏡以及第 一和第二 轉(zhuǎn)折鏡的Z形諧振腔。根椐本發(fā)明一優(yōu)選實施例，二倍頻非線性晶體、三倍頻非線性晶體以及光 輸出元件設(shè)置在第 一端鏡和第 一轉(zhuǎn)折鏡之間，增益介質(zhì)設(shè)置在第 一轉(zhuǎn)折鏡和第 二轉(zhuǎn)折鏡之間，Q開關(guān)設(shè)置在第二轉(zhuǎn)折鏡和第二端鏡之間。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例，泵浦光源系統(tǒng)包括泵浦光源、對泵浦光源聚焦 的聚焦耦合系統(tǒng)以及將泵浦光源導(dǎo)引到聚焦耦合系統(tǒng)的傳輸介質(zhì).，根據(jù)本發(fā)明 一優(yōu)選實施例，聚焦耦合系統(tǒng)為復(fù)合透鏡組.根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例，光輸出元件是以反射方式將三次諧波先導(dǎo)出諧 振腔的插入式鏡片。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例，插入式鏡片進一步將二次諧波光的剩余部分反 射出諧振腔，固體激光器進一步包括對導(dǎo)出諧振腔的二次諧波光和三次諧波光 進行分光的分光元件以及用于阻擋二次諧波光的擋光元件。根據(jù)本發(fā)明 一優(yōu)選實施例，光輸出元件是以透射方式將三次諧波光導(dǎo)出諧 振腔的轉(zhuǎn)折鏡。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例，轉(zhuǎn)折鏡片進一步將二次諧波光的剩余部分透射 出諧振腔，固體激光器進一步包括對導(dǎo)出諧振腔的二次諧波光和三次諧波先進 行分光的分光元件以及用于阻擋二次諧波光的擋光元件.根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例，固體激光器進一步包括與諧振腔的端鏡形成容納 二倍頻非線性晶體和三倍頻非線性晶體的二次諧波子諧振腔的插入式鏡片根據(jù)本發(fā)明 一優(yōu)選實施例，三倍頻非線性晶體設(shè)置在諧振腔的粗光腰位旦通過采用上述結(jié)構(gòu)，通過采用單端面泵浦以及二倍頻，三倍頻均在腔內(nèi)完 成的方式使得產(chǎn)生的三次諧波激光的光斑模式好，光-光轉(zhuǎn)換效率高，此外. 本發(fā)明的諧振腔結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便，穩(wěn)定性好，易工業(yè)化生產(chǎn)，
圖1是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻固體激光器第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻固體激光器第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖 圖3是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻固體激光器第三實施例的結(jié)構(gòu)示意圖 圖4是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻固體激光器第四實施例的結(jié)構(gòu)示意圖 圖5是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻固體激光器第五實施例的結(jié)構(gòu)示意圖 圖6是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻固體激光器第六實施例的結(jié)構(gòu)示意圖 圖7是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻固體激光器第七實施例的結(jié)構(gòu)示意閨 圖8是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻固體激光器第八實施例的結(jié)構(gòu)示意圖 圖9是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻固體激光器第九實施例的結(jié)構(gòu)示意問.具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例以波長335nm的紫外激光器為例對本發(fā)明的單端面 泵浦三倍頻激光器進行詳細說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見本發(fā)明同祥適用 于產(chǎn)生其他波長的激光。在上述附圖中利用相同的附圖標記表示基本相同的元件。如圖1所示，圖1是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻激光器第一實施例的結(jié)構(gòu) 示意圖。在本實施例中，端鏡6、 12和轉(zhuǎn)折鏡4、 8組成激光器的諧振腔,，轉(zhuǎn)折 鏡4、 8分別設(shè)置在諧振腔的拐角點，由此形成四鏡片式Z形諧振腔,.由泵浦光 源1、傳輸介質(zhì)2 (例如，光纖)和聚焦耦合系統(tǒng)3所組成的泵浦光源系統(tǒng)設(shè)置 在轉(zhuǎn)折鏡4外側(cè)。泵浦光源1所產(chǎn)生的泵浦光經(jīng)傳輸介質(zhì)2傳導(dǎo)到聚焦耦合系 統(tǒng)3,由聚焦耦合系統(tǒng)3聚焦后經(jīng)轉(zhuǎn)折鏡4耦合到諧振腔內(nèi)，并垂直于設(shè)置于轉(zhuǎn) 折鏡4和8之間的增益介質(zhì)7的端面進行泵浦。增益介質(zhì)7產(chǎn)生1.06 y m的紅 外光，該紅外光作為基波光在諧振腔內(nèi)振蕩，并由Q開關(guān)5進行調(diào)制.在優(yōu)選 實施例中，聚焦耦合系統(tǒng)3采用復(fù)合透鏡組，轉(zhuǎn)折鏡4上同時鍍有泵浦光增透 膜和基波光反射膜?；ü饨?jīng)過設(shè)置在轉(zhuǎn)折鏡8和端鏡12之間的二倍頻非線性晶體11, 二倍頻 非線性晶體11對基波光中的一部分進行倍頻，產(chǎn)生二次諧波先。二次諧波先和 基波光的剩余部分經(jīng)端鏡12全反射后原路返回，并經(jīng)過三倍頻非線性晶體i()， 經(jīng)三倍頻非線性晶體IO的非線性效應(yīng)和頻，產(chǎn)生三次諧波光。基波光、二次諧 波光和三次諧波光入射到光輸出元件9上。在本實施例中，光輸出元件9為插 入式鏡片?；ü饨?jīng)鏡片9透射后在諧振腔內(nèi)振蕩。二次諧波光的剩余扭分， 三次諧波光經(jīng)鏡片9反射，從諧振腔中導(dǎo)出，再經(jīng)過分光元件13進行分光,，二 次諧波光透過分光元件13入射到擋光元件14上,.三次諧波光經(jīng)分光元件13反 射輸出，作為本發(fā)明單端面泵浦三倍頻固體激光器的輸出光。如圖2所示，圖2是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻激光器第二實施例的結(jié)構(gòu) 示意圖。在本實施例中的固體激光器與圖1所示的固體激光器的區(qū)別之處在f: 泵浦光源1所產(chǎn)生的泵浦光經(jīng)聚焦耦合系統(tǒng)3聚焦后經(jīng)遠離Q開關(guān)5的轉(zhuǎn)斬鏈 8耦合到諧振腔內(nèi)并垂直增益介質(zhì)7的端面進行泵浦。如圖3所示，圖3是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻激光器第三實施例的纟i構(gòu) 示意圖。在本實施例中的固體激光器與圖2所示的固體激光器的區(qū)別之處在干 在本實施例中取消了轉(zhuǎn)折鏡4,形成三鏡片式V形諧振腔，此時Q開關(guān)5和增 益介質(zhì)7設(shè)置在端鏡6和轉(zhuǎn)折鏡8之間。如圖4所示，圖4是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻激光器第四實施例的結(jié)構(gòu) 示意圖。在本實施例中的固體激光器與圖1所示的固體激光器的區(qū)別之處在于 在本實施例中取消了轉(zhuǎn)折鏡8,形成三鏡片式V形諧振腔。如圖5所示，圖5是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻激光器第五實施例的結(jié)構(gòu) 示意圖。在本實施例中，基波光在諧振腔內(nèi)振蕩，經(jīng)過二倍頻非線性晶體11產(chǎn) 生二次諧波光，二次諧波光和基波光通過三倍頻非線性晶體10,經(jīng)三倍頻非線 性晶體IO的非線性效應(yīng)和頻，產(chǎn)生三次諧波光?；ü?、二次諧波光、二次諧 波光經(jīng)過端鏡12全反射后原路返回，在插入式鏡片16處進行分光。插/、式4/ 片16與上述實施例的插入式鏡片9的不同之處在于三次諧波光經(jīng)插入式鏡片 16反射，從諧振腔導(dǎo)出。二次諧波光和基波光透過插入式鏡片16,繼續(xù)在諧抓 腔中傳輸并入射到另一插入式鏡片15, 二次諧波光在插入式鏡片15處發(fā)生全反 射，在由端鏡12和插入式鏡片15構(gòu)成的二次諧波子諧振腔中來回振蕩.基波 光透過插入式鏡片15,在諧振腔中振蕩。由于存在二次諧波光的子腔，對二次 諧波光利用率大大增加，使得輸出三次諧波光功率大大增加。如圖6所示，圖6是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻激光器第六實施例的結(jié)構(gòu) 示意圖。在本實施例中的固體激光器與圖5所示的固體激光器的區(qū)別之處在于: 泵浦光源1所產(chǎn)生的泵浦光經(jīng)聚焦耦合系統(tǒng)3聚焦后經(jīng)遠離Q開關(guān)5的轉(zhuǎn)折鏡8耦合到諧振腔內(nèi)并對增益介質(zhì)7進行泵浦。
如圖7所示，圖7是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻激光器第七實施例的結(jié)構(gòu) 示意圖。在本實施例中的固體激光器與圖6所示的固體激光器的區(qū)別之處在干 在本實施例中取消了轉(zhuǎn)折鏡4,形成三鏡片式V形諧振腔。如圖8所示，圖8是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻激光器第八實施例的結(jié)構(gòu) 示意圖。在本實施例中的固體激光器與圖5所示的固體激光器的區(qū)別之處在于 在本實施例中取消了轉(zhuǎn)折鏡8,形成三鏡片式V形諧振腔。如圖9所示，圖9是本發(fā)明的單端面泵浦三倍頻激光器第九實施例的結(jié)構(gòu) 示意圖。在本實施例中的固體激光器與圖1所示的固體激光器的區(qū)別之處在于 基波光、二次諧波光、三次諧波光在轉(zhuǎn)折鏡8處進行分光?；ü庠谵D(zhuǎn)折銳8 處反射，在諧振腔內(nèi)繼續(xù)振蕩。二次諧波光和三次諧波光經(jīng)轉(zhuǎn)折鏡透射.從諧 振腔中導(dǎo)出，再經(jīng)過分光元件13的分光。二次諧波光透過分光元件13入射到 擋光元件14上。三次諧波光經(jīng)分光元件13反射輸出，作為本發(fā)明單端面^l浦 三倍頻固體激光器的輸出光。通過實驗顯示，利用如圖1 -圖9所示方案可以獲得波長為355nm的功率 大于3W的三次諧波紫外輸出，整套系統(tǒng)光-光轉(zhuǎn)換效率大于！()％.蔽得的 355nm激光模式為TEM00模.，長期測試功率穩(wěn)定性好。在上述實施例中，僅對本發(fā)明進行了示范性描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人^在 不脫離本發(fā)明所保護的范圍和精神的情況下，可根據(jù)不同的實際需要設(shè)計出各 種實施方式。例如，根據(jù)實際需要，在本發(fā)明的固體激光器中增益介質(zhì)可采 用Nd: YV04 、 Nd: YAG、 Nd: YLF、 Nd: GDV04、 Yb: YAG或者En YAG 等Q開關(guān)可采用聲光開關(guān)、電光開關(guān)或者飽和激收型被動Q開關(guān)；二倍頻4 線性晶體可以采用I類LBO、 I類BBO或者I類CLBO;三倍頻非線性晶體為 i類LBO、 1類BBO、 I類CLBO、 II類LBO、 II類BBO或者1類(、LB(X 諧振腔也可以根據(jù)實際需要采用小角度折疊腔結(jié)構(gòu)、45°角折疊腔結(jié)構(gòu)、布魯浙 特角折疊腔結(jié)構(gòu)或其他角度折疊腔結(jié)構(gòu)。此外，在諧振腔內(nèi)還可能加入小孔光 闌、波片、偏振片、透鏡、棱鏡等光學(xué)組件。
權(quán)利要求
1. 一種單端面泵浦三倍頻固體激光器，所述固體激光器包括諧振腔、設(shè)置在所述諧振腔內(nèi)部的增益介質(zhì)以及Q開關(guān)，其特征在于諧振腔為包括兩個端鏡和至少一個轉(zhuǎn)折鏡的折疊諧振腔，所述固體激光器進一步包括設(shè)置在所述至少一個轉(zhuǎn)折鏡中一轉(zhuǎn)折鏡外側(cè)垂直所述增益介質(zhì)的端面進行泵浦以產(chǎn)生在所述諧振腔內(nèi)振蕩的基波光的一泵浦光源系統(tǒng)；設(shè)置在所述諧振腔內(nèi)的用于對所述基波光中的一部分進行倍頻以產(chǎn)生二次諧波光的二倍頻非線性晶體；設(shè)置在所述諧振腔內(nèi)的用于對所述基波光的剩余部分和所述二次諧波光進行和頻以產(chǎn)生三次諧波光的三倍頻非線性晶體；用于將所述三次諧波光導(dǎo)出所述諧振腔的光輸出元件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器，其特^正在于所述諧振腔為包括第 一和第二端鏡以及一個轉(zhuǎn)折鏡的V形諧振腔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體激光器，其特征在于.所述二倍頻非線性品 體、所述三倍頻非線性晶體以及所述光輸出元件設(shè)置在所述第一端鏡和所迷轉(zhuǎn) 折鏡之間，所述增益介質(zhì)以及所述Q開關(guān)設(shè)置在所述第二端鏡和所述轉(zhuǎn)折鏡之 間。'
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器，其特征在于所述諧振腔為包括第 一和第二端鏡以及第一和第二轉(zhuǎn)折鏡的z形諧振腔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體激光器，其特征在于所述二倍頻非線性晶 體、所述三倍頻非線性晶體以及所述光輸出元件設(shè)置在所述第一端鏡和所述第 一轉(zhuǎn)折鏡之間，所述增益介質(zhì)設(shè)置在所述第一轉(zhuǎn)折鏡和所述第二轉(zhuǎn)折鏡之間， 所述Q開關(guān)設(shè)置在所述第二轉(zhuǎn)折鏡和所述第二端鏡之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器，其特征在于所述泵浦光源系統(tǒng)包 括泵浦光源、對所述泵浦光源聚焦的聚焦耦合系統(tǒng)以及將所述泵浦光源導(dǎo)引到 所述聚焦耦合系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所迷的固體激光器，其特征在于所述聚焦耦合系統(tǒng)為 復(fù)合透鏡組。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器，其特征在于所述光輸出元件是以 反射方式將所述三次諧波光導(dǎo)出所述諧振腔的插入式鏡片。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的固體激光器，其特征在于所述插入式鏡片進一 步將所述二次諧波光的剩余部分反射出所述諧振腔，所述固體激光器進一歩包 括對導(dǎo)出所述諧振腔的二次諧波光和三次諧波光進行分光的分光元件以及用于 阻擋二次諧波光的擋光元件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器，其特征在于所述光輸出元件是 以透射方式將所述三次諧波光導(dǎo)出所述諧振腔的轉(zhuǎn)折鏡。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的固體激光器，其特征在于所述轉(zhuǎn)折鏡片進一 步將所述二次諧波光的剩余部分透射出所述諧振腔，所述固體激光器進一歩包 括對導(dǎo)出所述諧振腔的二次諧波光和三次諧波光進行分光的分光元件以及用于 阻擋二次諧波光的擋光元件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器，其特征在于所述固體激光器進 一步包括與所述諧振腔的端鏡形成容納所述二倍頻非線性晶體和所述三倍頻非 線性晶體的二次諧波子諧振腔的插入式鏡片。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器，其特征在于所述三倍頻非線性 晶體設(shè)置在所述諧振腔的粗光腰位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單端面泵浦三倍頻固體激光器，其包括由兩個端鏡和至少一個轉(zhuǎn)折鏡組成的折疊諧振腔；設(shè)置在諧振腔內(nèi)部的增益介質(zhì)以及Q開關(guān)；設(shè)置在一轉(zhuǎn)折鏡外側(cè)垂直于增益介質(zhì)的端面進行泵浦以產(chǎn)生在諧振腔內(nèi)振蕩的基波光的一泵浦光源系統(tǒng)；設(shè)置在諧振腔內(nèi)的用于對基波光中的一部分進行倍頻以產(chǎn)生二次諧波光的二倍頻非線性晶體；設(shè)置在諧振腔內(nèi)的用于對基波光的剩余部分和二次諧波光進行和頻以產(chǎn)生三次諧波光的三倍頻非線性晶體；用于將三次諧波光導(dǎo)出諧振腔的光輸出元件。通過采用單端面泵浦以及二倍頻，三倍頻均在腔內(nèi)完成的方式使得產(chǎn)生的三次諧波激光的光斑模式好，光-光轉(zhuǎn)換效率高。此外，本發(fā)明的諧振腔結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便，穩(wěn)定性好，易工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號H01S3/081GK101212117SQ200610157790
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月26日
發(fā)明者路緒鵬, 陳莉英, 馬淑貞, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司