專利名稱：三倍頻激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體激光器技術(shù)，特別涉及一種能夠高效率輸出三次諧波 的三倍頻激光器。
背景技術(shù)：
由于紫外固體激光具有高分辨和對材料強(qiáng)吸收的特點，近幾年來在國
際上發(fā)展極為迅速。波長為 355nm的 Nd: YAG和 Nd: YV04三次諧波激 光加工機(jī)已主導(dǎo)了精細(xì)加工，特別是用于多層、高密度印刷電路板PCB的 精密打孔設(shè)備市場。在特種材料打標(biāo)、集成電路修復(fù)、生物熒光分析、環(huán) 境污染監(jiān)測、DNA分析等的應(yīng)用上，也顯示出巨大優(yōu)勢。
另外，三次諧波是產(chǎn)生高次諧波的中間手段。三次諧波與基波混頻產(chǎn) 生的四次諧波可用于平面液晶顯示的薄膜晶體管切割，光纖光柵制造，在 精密機(jī)械制造中進(jìn)行紫外凝膠三維立體制模。三次諧波與二倍諧波混頻產(chǎn) 生的五次諧波深紫外激光，在高密度集成電路制造中用于掩膜修復(fù)、電阻 材料刻蝕，在半導(dǎo)體工業(yè)中用于基片缺陷檢查，在眼科上用于矯正近視眼 視力的角膜手術(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)中，普遍使用的氣體紫外激光器或燈泵浦的紫外激光器，氣體 紫外激光器諸設(shè)備龐大、效率低、壽命短和穩(wěn)定性差，維護(hù)操作較復(fù)雜等問 題；燈泵浦激光增益介質(zhì)時的吸收效率低、熱效應(yīng)明顯。國內(nèi)己有采用諧振
腔外和頻技術(shù)產(chǎn)生紫外脈沖激光的報道，但是眾所周知諧振腔外的倍頻產(chǎn)生 效率都較低，極大地制約了紫外脈沖激光的產(chǎn)生效率。采用腔內(nèi)和頻的技術(shù)
路線，轉(zhuǎn)換效率通常同比腔外和頻效率會顯著提高，但通常也只有不到3%的 光光轉(zhuǎn)換效率，腔內(nèi)和頻如果轉(zhuǎn)換效率上不去，就很容易因為過高的腔內(nèi)功 率密度而引起光學(xué)元器件的損壞，增大鏡片和晶體的鍍膜難度，給紫外激光 器的工程化帶來瓶頸。典型的三倍頻紫外激光器光路圖可參考西北大學(xué)2004 年的專利(專利號ZL200410073574. 8 )。
這種腔內(nèi)和頻的方案，存在明顯的缺陷首先，二倍頻光只參與了一次 和頻，剩下的都被作為垃圾光輸出腔外，直接影響三倍頻的效率；其次，如 果二倍頻采用二類匹配，就勢必造成基頻光和倍頻光偏振方向呈45度，不滿 足三倍頻最佳能量配比，也會降低三倍頻效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提出一種腔內(nèi)多次合頻、輸 出效率高的三倍頻激光器。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的三倍頻激光器采取如下的:f支術(shù)方案
本發(fā)明的三倍頻激光器，包括第一全反鏡l， 一用于輸出基頻光的激 光晶體3、 一偏振諧波片4、 二倍頻晶體5、第一波片6、第二全反鏡7、三次 諧波輸出鏡8、三倍頻晶體9和第三全反鏡10;所述第一全反鏡l和第二全反 鏡7形成第一諧振腔，所述激光晶體3設(shè)置在所述第一諧振腔內(nèi)，在所述激光 晶體3與所述第二全反鏡7之間的光路上依次設(shè)置所述偏振諧振波片4、 二倍 頻晶體5和第一波片6,所述偏振諧振波片4的反射光路上依次設(shè)置三次諧波
輸出鏡8、三倍頻晶體9和第三全反鏡10，所述第一波片6既是基頻光的l/4波 片，又是倍頻光的l/2波片，所述三次諧波輸出鏡8對三倍頻光具有高透射率， 對基頻光和倍頻光具有高反射率。
在上述技術(shù)方案中，所述第一波片6垂直設(shè)置在光路上。
在上述技術(shù)方案中，所述偏振諧波片4與所述諧振腔內(nèi)基頻光的光軸的 夾角為布儒斯特角。
在上述技術(shù)方案中，所述第一波片6可沿所述基頻光的光軸旋轉(zhuǎn)。
在上述技術(shù)方案中，所述諧振腔內(nèi)還設(shè)有Q開關(guān)2。
在上述技術(shù)方案中，所述偏振諧波片4與所述三次諧波輸出鏡8之間設(shè)有 第二波片ll。
進(jìn)一步地，所述第二波片既是基頻光的l/2波片，又是倍頻光的全波片； 或者所述第二波片既是基頻光的全波片，又是倍頻光的l/2波片。
在上述4支術(shù)方案中，所述二倍頻晶體5包^舌KTP、 KTA、 LBO和BBO。 在上述技術(shù)方案中，所述三倍頻晶體9包括LB0和BB0。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于
1) 二倍頻光多次通過三倍頻晶體參與和頻，可以充分利用二倍頻光， 提高三倍頻光轉(zhuǎn)換效率；
2) 同時，通過第二波片的使用，即使二倍頻晶體采用二類匹配，也可 以實現(xiàn)基頻光和倍頻光的最佳配比和最佳偏振匹配，實現(xiàn)高效率的三倍頻 輸出。
3) 通過轉(zhuǎn)動第一波片6,可任意調(diào)節(jié)基頻光進(jìn)入三倍頻晶體9的比例，
達(dá)到最佳配比，提高轉(zhuǎn)換效率，降低可能的光損傷；
4)本發(fā)明的三倍頻激光器使用筒單方便，安裝調(diào)試容易，便于工程化 推廣，可在各種固體調(diào)Q腔內(nèi)和頻激光器中使用。


以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例，其中 圖l表示本發(fā)明實施例1結(jié)構(gòu)示意圖2表示本發(fā)明實施例2和實施例3結(jié)構(gòu)示意圖3表示本發(fā)明實施例4結(jié)構(gòu)示意圖面說明
2表示Q開關(guān)； 3表示激光晶體；
5表示二倍頻晶體； 6表示第一波片； 7表示第二全反鏡；8表示三次諧波輸出鏡；9表示三倍頻晶體；
IO表示第三全反鏡； ll表示第二波片； 13表示LD光纖耦合模塊； 14表示準(zhǔn)直聚焦光學(xué)系統(tǒng)；
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述 實施例1
參照圖l制作高效率三倍頻激光器，包括第一全反鏡l， 一用于輸出基 頻光的激光晶體3、 一偏振諧波片4、 二倍頻晶體5、第一波片6、第二全反鏡 7、三次諧波輸出鏡8、三倍頻晶體9和第三全反鏡10;所述第一全反鏡l和第 二全反鏡7形成第 一諧振腔，所述第二全反鏡7和第三全反鏡l O之間構(gòu)成第二
l表示第一全反鏡; 4表示偏振諧波片；
諧振腔，所述激光晶體3設(shè)置在所述第一諧振腔內(nèi)，在所述激光晶體3與所述 第二全反鏡7之間的光路上依次設(shè)置所述偏振諧振波片4、 二倍頻晶體5和第 一波片6，所述偏振諧振波片4的反射光路上依次設(shè)置三次諧波輸出鏡8、三 倍頻晶體9和第三全反鏡10，所述第一波片6為基頻光的l/4波片，同時又是 倍頻光的l/2波片，所述三次諧波輸出鏡8對三倍頻光具有高透射率，對基頻 光和倍頻光具有高反射率。
所述第一波片6垂直于激光光路設(shè)置；所述偏振諧波片的偏振方向平行 于激光光路；所述偏振諧波片的平面與激光光軸的夾角為布儒斯特角；所述 第一波片6能夠以激光光路為軸旋轉(zhuǎn)，其中，激光晶體為Nd:YAG,其輸出的 基頻光波長為1064nm, 二倍頻晶體5采用LB0，三倍頻晶體釆用LBO，偏振諧 波片4表面同時鍍有基頻光的偏振膜和倍頻光的高反膜。
本實施例中的二倍頻晶體5也可釆用其他II類匹配晶體，如KTP、 KTA或 BBO晶體；三倍頻晶體9還可以使用BB0晶體。
激光晶體3輸出的基頻光入射到偏振諧波片4上，并成為線偏振光透射， 所述透射光入射到二倍頻晶體5上，被轉(zhuǎn)換成二倍頻光，由于第一波片6為基 頻光的l/4波片，同時又是倍頻光的l/2波片，所以二倍頻光和基頻光經(jīng)過第 二全反鏡7的反射，先后兩次通過第一波片6，并再次經(jīng)過二倍頻晶體5的基 頻光和倍頻光被偏振諧波片4和三次諧波輸出鏡8反射進(jìn)入三倍頻晶體9中進(jìn) 行往返兩次和頻，和頻后的三次諧波由三次諧波輸出鏡8透射輸出腔外，沒 有轉(zhuǎn)化成三倍頻輸出的剩余的二倍頻光經(jīng)三次諧波輸出鏡8和偏振諧波片4 反射到達(dá)第二全反鏡7反射，在第二全反鏡7和第三全反鏡l O之間往復(fù)振蕩，
多次經(jīng)過三倍頻晶體9參與和頻；沒有轉(zhuǎn)化成三倍頻輸出的剩余的基頻光經(jīng) 三次諧波輸出鏡8和偏振諧波片4反射到達(dá)第二全反鏡7反射后，由于第一波 片6的作用，s偏振變?yōu)閜偏振，穿過偏振諧波片4繼續(xù)振蕩。
本實施例中可以通過旋轉(zhuǎn)第一波片6，從而改變基頻光在第一諧振腔和 第二諧振腔之間功率配比。
本實施例結(jié)構(gòu)筒單，成本低，操作方便，可靠，利于工程化的推廣?？?以較大程度上滿足科研、醫(yī)療、晶體測試、激光加工等領(lǐng)域?qū)θ额l尤其是 紫外激光器的要求。
實施例2:
本實施例的結(jié)構(gòu)如圖2所示，二倍頻晶體5采用II類匹配，如選擇II類匹 配的KTP晶體，由于實現(xiàn)倍頻后，倍頻光的偏振方向為與水平成45度或135度， 也就是說，與偏振諧波片4反射后的s偏振基頻光成45度或135度，為了提高 三次諧波轉(zhuǎn)換效率，在偏振諧波片4和三次諧波輸出鏡8之間增加第二波片 11，該波片既是基頻光的l/2波片，又是倍頻光的全波片，4i轉(zhuǎn)該波片，可 以使基頻光和倍頻光偏振方向相同或垂直，保證三倍頻無i侖采取一類匹配還 是II類匹配，都可以實現(xiàn)最佳偏振配比，提高三倍頻轉(zhuǎn)換效率，本實施例中 還在激光晶體3和第一反射鏡1之間加入了Q開關(guān)，以提高峰值功率，增加諧 波轉(zhuǎn)換效率，其他同實施例l。
實施例3:
本實施例的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其與實施例2的區(qū)別在于所述第二波片11既
是基頻光的全波片，又是倍頻光的l/2波片，旋轉(zhuǎn)該波片，可以^^頻光和
倍頻光偏振方向相同或垂直，保證三倍頻無論采取一類匹配還是n類匹配， 都可以實現(xiàn)最佳偏振配比，提高三倍頻轉(zhuǎn)換效率。其他同實施例2。
實施例4:
本實施例的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其與實施例l的區(qū)別在于將所述激光晶體3 的泵浦方式由側(cè)面泵浦變成端面泵浦，并且在第一反射鏡1和激光晶體3之間 增設(shè)有Q開關(guān)，其他同實施例l。
最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限 制。盡管參照實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方 案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種三倍頻激光器，包括:第一全反鏡(1)，一用于輸出基頻光的激光晶體(3)、一偏振諧波片(4)、二倍頻晶體(5)、第一波片(6)、第二全反鏡(7)、三次諧波輸出鏡(8)、三倍頻晶體(9)和第三全反鏡(10)；所述第一全反鏡(1)和第二全反鏡(7)形成第一諧振腔，所述激光晶體(3)設(shè)置在所述第一諧振腔內(nèi)，在所述激光晶體(3)與所述第二全反鏡(7)之間的光路上依次設(shè)置所述偏振諧振波片(4)、二倍頻晶體(5)和第一波片(6)，所述偏振諧振波片(4)的反射光路上依次設(shè)置三次諧波輸出鏡(8)、三倍頻晶體(9)和第三全反鏡(10)，所述第一波片(6)既是基頻光的1/4波片，又是倍頻光的1/2波片，所述三次諧波輸出鏡(8)對三倍頻光具有高透射率，對基頻光和倍頻光具有高反射率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三倍頻激光器，其特征在于，所述第一波片(6 ) 垂直設(shè)置在光路上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三倍頻激光器，其特征在于，所述偏振諧波片 (4 )與所述諧4展腔內(nèi)基頻光的光軸的夾角為布儒斯特角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三倍頻激光器，其特征在于，所述第一波片(6 ) 可沿所述基頻光的光軸旋轉(zhuǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三倍頻激光器，其特征在于，所述第一諧振腔 內(nèi)還設(shè)有Q開關(guān)(2)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三倍頻激光器，其特征在于，所述偏振諧波片 (4)與所述三次諧波輸出鏡(8)之間設(shè)有第二波片(11)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的三倍頻激光器，其特征在于，所述第二波片 (11)既是基頻光的l/2波片，又是倍頻光的全波片。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的三倍頻激光器，其特征在于，所述第二波片 (11)既是基頻光的全波片，又是倍頻光的l/2波片。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三倍頻激光器，其特征在于，所述二倍頻晶體 (5)為KTP、 KTA、 LB0和BB0。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三倍頻激光器，其特征在于，所述三倍頻晶 體(9)為LB0和BB0。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三倍頻激光器，包括第一全反鏡(1)，一用于輸出基頻光的激光晶體(3)、一偏振諧波片(4)、二倍頻晶體(5)、第一波片(6)、第二全反鏡(7)、三次諧波輸出鏡(8)、三倍頻晶體(9)和第三全反鏡(10)；所述第一全反鏡(1)和第二全反鏡(7)形成第一諧振腔，所述激光晶體(3)設(shè)置在所述第一諧振腔內(nèi)，在所述激光晶體(3)與所述第二全反鏡(7)之間的光路上依次設(shè)置所述偏振諧振波片(4)、二倍頻晶體(5)和第一波片(6)，所述偏振諧振波片(4)的反射光路上依次設(shè)置三次諧波輸出鏡(8)、三倍頻晶體(9)和第三全反鏡(10)，所述第一波片(6)既是基頻光的1/4波片，又是倍頻光的1/2波片。
文檔編號H01S3/109GK101373883SQ20071012066
公開日2009年2月25日 申請日期2007年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月23日
發(fā)明者崔建豐, 樊仲維 申請人:北京國科世紀(jì)激光技術(shù)有限公司