一種紫外激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及激光技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種紫外激光器。
【背景技術(shù)】
[0002] 紫外激光波長短，聚焦光斑小，光子能量大，在材料加工過程中直接破壞許多非金 屬材料的分子鍵而實(shí)現(xiàn)"冷"加工，材料邊緣光滑，炭化小。二極管累浦的355nm紫外激光器 具有光束質(zhì)量好、效率高、功率穩(wěn)定性好、可靠性高、使用方便、體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)，在精密 材料加工、光刻、光譜分析、醫(yī)療和科研等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003] 二極管累浦的大功率(〉8W)355nm紫外激光都是通過將波長1064nm的基頻紅外激 光進(jìn)行腔內(nèi)或腔外二倍頻，然后部分基頻光與二倍頻產(chǎn)生的532nm綠光進(jìn)行相應(yīng)方式S倍 頻（即和頻)實(shí)現(xiàn)的。二倍頻與=倍頻都是激光在光學(xué)非線性晶體中進(jìn)行的非線性轉(zhuǎn)換過 程。相較于腔內(nèi)非線性轉(zhuǎn)換方式，腔外方式激光聚焦光斑更小，對光學(xué)非線性晶體表面鍛膜 的要求更高，因此晶體更容易損壞。國外相干（Coherent)、光譜物理（Spectra-Physics)等 公司都是采用運(yùn)種非線性轉(zhuǎn)換方式。它們是通過對非線性晶體進(jìn)行移位W限制晶體表面工 作點(diǎn)工作時(shí)間的方法，來保證激光器長時(shí)間穩(wěn)定可靠工作的。但是運(yùn)種方法對晶體位置移 動(dòng)控制有非常高的要求(激光相對非線性晶體只有一個(gè)最佳朝向位置），一般要進(jìn)行精密的 位置檢測和判別，系統(tǒng)控制復(fù)雜。同時(shí)要實(shí)現(xiàn)高效率的二倍頻及=倍頻，進(jìn)入=倍頻非線性 晶體中的l〇64nm紅外激光和53化m綠光光子數(shù)之比應(yīng)為1:1，而實(shí)際上兩種波長激光光子數(shù) 很難達(dá)到運(yùn)個(gè)配比，從而影響非線性轉(zhuǎn)換效率。對于腔內(nèi)方式，由于激光器腔內(nèi)光強(qiáng)比腔外 有一個(gè)數(shù)量級的提高，和腔外非線性轉(zhuǎn)換方式相比，要實(shí)現(xiàn)同樣效率、同等功率的紫外激光 輸出，運(yùn)種方式對非線性晶體表面鍛膜的要求比腔外方式低得多，因此晶體壽命更長。運(yùn)種 方式一般沒有紅外激光輸出腔外，輸出腔外的綠光和紫外激光可W看作是紅外激光諧振腔 的一種等效損耗，優(yōu)化非線性晶體的光學(xué)、機(jī)械尺寸等參數(shù)一般就可W達(dá)到很高的非線性 轉(zhuǎn)換效率。但是，由于在激光器腔內(nèi)有多個(gè)波長（紅外808nm、1064nm、綠光532nm、紫外 355nm)同時(shí)相互作用，彼此之間有能量交換，而運(yùn)種交換還容易受外界條件(如激光晶體散 熱、累浦激光禪合聚焦的光束質(zhì)量等）的影響；同時(shí)非線性二倍頻、=倍頻晶體需要=個(gè)W 上自由度的調(diào)節(jié)和溫度調(diào)節(jié)，因此相對于腔外方式更難實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0004] 實(shí)現(xiàn)8WW上大功率紫外激光的可靠穩(wěn)定輸出，要求1064nm紅外基頻激光能夠產(chǎn)生 高光束質(zhì)量的高功率基膜振蕩，激光晶體有盡可能小的熱透鏡和熱致雙折射效應(yīng)，同時(shí)為 了實(shí)現(xiàn)最好的非線性偏振匹配，要求紫外非線性晶體和綠光非線性晶體調(diào)節(jié)方便，一般要 著眼于解決W下兩個(gè)方面的技術(shù)問題： 1、激光晶體是產(chǎn)生基頻激光的工作物質(zhì)，二極管累浦的355nm大功率紫外激光器激光 晶體一般采用Nd:YV04或者Nd:YAG。運(yùn)兩種激光晶體都要求良好的散熱，否則散熱不好熱阻 很大會(huì)導(dǎo)致激光晶體產(chǎn)生很強(qiáng)的熱透鏡效應(yīng)和熱致雙折射效應(yīng)，激光器不能穩(wěn)定可靠運(yùn) 轉(zhuǎn)，嚴(yán)重影響基頻基模激光的輸出功率和光束質(zhì)量，從而影響高光束質(zhì)量大功率紫外激光 的產(chǎn)生，甚至導(dǎo)致不出激光或激光晶體斷裂(尤其是Nd:YV04晶體）。一般激光晶體熱禪合都 是在晶體側(cè)面包裹一層銅錐，然后用銅塊壓緊銅錐，再將晶體銅座加熱使銅錐融化，運(yùn)樣銅 錐就起到給激光晶體散熱的作用。但是運(yùn)種方法要么因?yàn)殂~塊壓得過緊導(dǎo)致激光晶體承受 了壓力而引起激光光束崎變，要么因?yàn)殂~錐不能完全填滿激光晶體側(cè)面和銅塊之間的縫隙 而導(dǎo)致熱阻很大，實(shí)際上不能可靠的減小熱禪合熱阻，嚴(yán)重影響大功率紫外激光的產(chǎn)生。因 此減小激光晶體散熱熱禪合的熱阻，加快激光晶體的散熱，無疑是尚待解決的一個(gè)關(guān)鍵問 題。
[0005] 2、二倍頻晶體和=倍頻晶體是產(chǎn)生綠光和紫外光的工作物質(zhì)，由于設(shè)及到二倍 頻、=倍頻過程中的偏振匹配，為了達(dá)到最佳的倍頻及和頻效率，除了要調(diào)節(jié)兩個(gè)晶體的匹 配溫度之外，還要精細(xì)調(diào)節(jié)兩個(gè)晶體的=個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，及進(jìn)行=個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的調(diào)節(jié)，每個(gè) 晶體調(diào)節(jié)好之后還要固定好晶體座防止跑位。一般兩個(gè)晶體都是在同一個(gè)安裝座上面進(jìn)行 調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)松開緊固螺釘，調(diào)好之后再緊固。但是運(yùn)樣一來調(diào)好的晶體位置又變了，調(diào)節(jié) 一個(gè)自由度的時(shí)候會(huì)影響另外兩個(gè)自由度，晶體始終難W調(diào)到最佳位置并緊固，非常繁瑣 費(fèi)時(shí)。同時(shí)因?yàn)楣灿靡粋€(gè)晶體安裝座，針對一個(gè)晶體的調(diào)節(jié)會(huì)影響另外一個(gè)晶體，往往需要 反復(fù)調(diào)試才能達(dá)到效果，浪費(fèi)很多時(shí)間。
[0006] 因此，現(xiàn)有的技術(shù)還有待改進(jìn)和提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種紫外激光器，二倍頻 晶體和=倍頻晶體的=個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度可獨(dú)立進(jìn)行調(diào)節(jié)，兩兩自由度之間的調(diào)節(jié)不會(huì)相互影 響。
[0008] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了 W下技術(shù)方案： 一種紫外激光器，包括激光器腔體，所述激光器腔體內(nèi)設(shè)置有： 第一累浦激光光源； 第二累浦激光光源； 第一鏡片； 第二鏡片； 激光晶體模塊； 紅外激光全反鏡； 聲光Q開關(guān)； =倍頻晶體模組，包括=倍頻晶體和=倍頻晶體座，所述=倍頻晶體固定在=倍頻晶 體座上，通過=倍頻晶體座可調(diào)節(jié)=倍頻晶體的=個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度； 二倍頻晶體模組，包括二倍頻晶體和二倍頻晶體座，所述二倍頻晶體固定在二倍頻晶 體座上，通過二倍頻晶體座可調(diào)節(jié)二倍頻晶體的=個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度； 反射尾鏡； 所述第一累浦激光光源發(fā)出的累浦激光經(jīng)過第一鏡片進(jìn)入到激光晶體模塊中，所述第 二累浦激光光源發(fā)出的累浦激光經(jīng)過第二鏡片進(jìn)入到激光晶體模塊中；所述第一累浦激光 光源發(fā)出的累浦激光與所述第二累浦激光光源發(fā)出的累浦激光在激光晶體模塊中產(chǎn)生基 模振蕩并輸出基頻激光，所述紅外激光全反鏡將基頻激光反射到聲光Q開關(guān)中，聲光Q開關(guān) 將連續(xù)的基頻激光調(diào)制為脈沖基頻激光并輸出;所述脈沖基頻激光依次穿過所述=倍頻晶 體、二倍頻晶體后，經(jīng)反射尾鏡反射回二倍頻晶體中；所述二倍頻晶體產(chǎn)生綠激光，并輸出 到=倍頻晶體中，由所述=倍頻晶體產(chǎn)生紫外激光。
[0009] 所述的紫外激光器中，所述激光晶體模塊包括晶體座和設(shè)置在晶體座內(nèi)的激光晶 體，所述激光晶體與晶體座之間設(shè)置有導(dǎo)熱膏。
[0010] 所述的紫外激光器中，所述晶體座包括基座、橫截面為L形的凸起和橫截面為倒L 形的擋塊;所述凸起固定在所述基座上，所述擋塊設(shè)置在所述凸起上，所述凸起和擋塊之間 形成用于固定所述激光晶體的通道;所述導(dǎo)熱膏設(shè)置在激光晶體與所述通道之間的縫隙 中。
[0011] 所述的紫外激光器中，所述激光晶體兩端面與所述通道之間設(shè)置有娃橡膠圈，所 述娃橡膠圈用于密封所述通道內(nèi)的導(dǎo)熱膏。
[0012] 所述的紫外激光器中，所述=倍頻晶體座包括=倍頻晶體底座、第一支撐板、第一 固定塊和第一組合圓柱體;所述=倍頻晶體底座上設(shè)置有至少=個(gè)螺紋孔，所述=倍頻晶 體底座通過與所述螺紋孔適配的固定螺釘固定在所述激光器腔體內(nèi)；所述第一支撐板豎直 設(shè)置在所述=倍頻晶體底座上，所述第一支撐板上設(shè)置有一個(gè)銷釘孔、至少兩個(gè)螺紋孔，所 述第一固定塊的左側(cè)面上設(shè)置有與所述銷釘孔適配的圓柱凸起，所述第一固定塊通過與第 一支撐板上的螺紋孔適配的螺釘固定在第一支撐板上;所述第一固定塊內(nèi)設(shè)置有用于容納 所述第一組合圓柱體的第一通孔，所述第一通孔的一端開設(shè)在第一固定塊的正面，所述第 一通孔的另一端開設(shè)在第一固定塊的反面;所述第一固定塊的頂面設(shè)置有螺紋孔，所述第 一固定塊頂面的螺紋孔與所述第一通孔連通，所述第一組合圓柱體通過與第一固定塊頂面 上的螺紋孔適配的壓緊螺釘固定在所述第一通孔內(nèi)；所述第一組合圓柱體的圓屯、處設(shè)置有 用于固定所述=倍頻晶體的第一方孔。
[0013] 所述的紫外激光器中，所述第一組合圓柱體包括第一瓣體和第二瓣體，所述第一 瓣體和第二瓣體的徑向截面為半圓形，所述第一瓣體的直邊側(cè)和第二瓣體的直邊側(cè)均設(shè)置 有矩形凹槽，所述第一瓣體的矩形凹槽和第二瓣體的矩形凹槽組合成所述第一方孔;所述 第一瓣體和第二瓣體內(nèi)均設(shè)置有第一安裝孔，所述第一安裝孔內(nèi)安裝有溫度傳感器和用于 給所述=倍頻晶體加熱的導(dǎo)線。
[0014] 所述的紫外激光器中，所述=倍頻晶體與第一方孔之間的間隙設(shè)置有導(dǎo)熱膏。
[0015] 所述的紫外激光器中，所述二倍頻晶體座包括二倍頻晶體底座、第二支撐板、第二 固定塊和第二組合圓柱體;所