一種提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)晶體耦合器件技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種提高短波深紫外激 光輸出效率的倍頻晶體耦合器。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，產(chǎn)生紫外、深紫外激光的最有效的途徑之一是通過非線性光學(xué)晶體 的激光變頻（包含倍頻、和頻、光參量振蕩和放大）技術(shù)實(shí)現(xiàn)，而倍頻由于操作簡單而優(yōu)于 和頻等方法，最具有實(shí)用價(jià)值。常用的方法是將非線性光學(xué)晶體按位相匹配角切割，基頻激 光按一定的角度入射，精確轉(zhuǎn)動(dòng)晶體調(diào)整入射角到位相匹配角（稱角度調(diào)諧）或控制晶體 溫度，使晶體達(dá)到位相匹配溫度而實(shí)現(xiàn)有效變頻輸出。但是，有的非線性光學(xué)晶體存在解理 等特性不易切割，有的非線性光學(xué)晶體體積有限或造價(jià)昂貴，不能從中切割出一定尺寸以 滿足特定入射角下的位相匹配角要求。
[0003] 例如，在波長小于200nm的深紫外區(qū)域，目前只有KBe2B03F(KBBF)和 RbBe 2B03F(RBBF)兩種非線性光學(xué)晶體可實(shí)現(xiàn)波長短于200nm的直接倍頻輸出，但是KBBF 和RBBF晶體具有層狀習(xí)性，晶體沿c方向厚度一般僅l-2mm，無法按照相位匹配方向進(jìn)行 切割，直接采用斜入射方式，隨著入射角的增大，會(huì)發(fā)生全反射，斜入射的最短倍頻波長在 235nm。為了實(shí)現(xiàn)深紫外激光輸出，陳創(chuàng)天等發(fā)明了棱鏡耦合技術(shù)來解決這一難題（一種 非線性光學(xué)晶體激光變頻耦合器，ZL 01115313. X)，采用和非線性光學(xué)晶體KBBF折射率接 近的玻璃、熔石英Si02或CaF2做棱鏡，棱鏡的角度根據(jù)相位匹配角確定，基頻光按一定角 度或者垂直棱鏡入射，在不用斜切割KBBF晶體的情況下實(shí)現(xiàn)了包括Nd-YAG激光的六倍頻 177. 3nm，鈦寶石激光四倍頻寬調(diào)諧175~235nm等深紫外激光輸出。
[0004] 但這種耦合器件在實(shí)現(xiàn)短波深紫外激光（波長小于170nm)輸出時(shí)遇到挑戰(zhàn)，由于 熔石英和玻璃吸收嚴(yán)重，只能選取CaF 2晶體作為棱鏡，但CaF 2晶體與KBBF晶體在基波和 倍頻波波長處折射率仍有顯著差別，在實(shí)現(xiàn)短波深紫外倍頻輸出時(shí)，當(dāng)基波光由折射率大 的光密介質(zhì)KBBF晶體進(jìn)入折射率小的光疏介質(zhì)0 &&晶體時(shí)會(huì)發(fā)生明顯的反射損失（例如 167nm處的損失約30%，參見表1)，甚至?xí)l(fā)生全反射（例如165nm處的透過率將為0)，基 波光損失對(duì)腔外倍頻等單次通過方式影響可以克服，但對(duì)為提高轉(zhuǎn)換效率必需采取的腔內(nèi) 倍頻等基波光多次通過倍頻方式影響是致命的。比如對(duì)165nm輸出而言，腔內(nèi)倍頻完全無 法實(shí)現(xiàn)，對(duì)167nm輸出基波損失過大（達(dá)30% )，實(shí)際上也無法實(shí)現(xiàn)。
[0005] 表1. CaF2_KBBF棱鏡耦合器件折射率匹配及出射透過率
[0006]
[0007] 在采用前述專利技術(shù)（ZL 01115313.X)實(shí)現(xiàn)短波深紫外輸出時(shí)遇到的另一個(gè)問 題是，所采用的CaF#sB體具有內(nèi)稟雙折射（Phys. Rev. B64, 241102)，如在165. 7nm處，折射 率n = -8. 3x10 7,當(dāng)采用任意切割的CaFj^鏡制作耦合器件后，165. 7nm激光在其中傳輸 lcm后偏振方向最大會(huì)偏轉(zhuǎn)18°，造成相位失配，從而導(dǎo)致輸出效率降低。
[0008] 因此，需要提供一種提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合 器。
[0010] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0011] 一種提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器，包括第一 BaF2晶體棱鏡、 KBBF晶體和第二8&匕晶體棱鏡；KBBF晶體呈平板狀；
[0012] 兩個(gè)BaF2晶體棱鏡分別設(shè)置于KBBF晶體的兩側(cè)面，兩個(gè)BaF 2晶體棱鏡的頂角和 底角兩兩相鄰，且兩個(gè)BaF2晶體棱鏡與KBBF晶體的兩側(cè)面光膠接觸；KBBF晶體的c軸晶向 垂直于兩個(gè)BaF 2晶體棱鏡與KBBF晶體的接觸面；
[0013] 兩個(gè)BaF;體棱鏡的與KBBF晶體的接觸面、KBBF晶體的兩側(cè)面、光束入射面、以 及光束出射面都為拋光面；
[0014] 通光方向?yàn)閮蓚€(gè)BaF2晶體棱鏡的內(nèi)稟雙折射率為零的晶向。
[0015] 優(yōu)選地，所述第一 BaF2晶體棱鏡與所述第二BaF 2晶體棱鏡的形狀相同。
[0016] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一 BaF2晶體棱鏡和所述第二BaF 2晶體棱鏡均為直角棱鏡。
[0017] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一 BaF2晶體棱鏡和所述第二BaF 2晶體棱鏡均為布儒斯特角 棱鏡。
[0018] 更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一BaF#sB體棱鏡和第二BaF2晶體棱鏡的頂角a的角度 均為14. 9度；二者的底角y的角度均為75. 1度。
[0019] 更進(jìn)一步優(yōu)選地，通光方向?yàn)樗龅谝?BaF2晶體棱鏡和所述第二BaF2晶體棱鏡的 111晶向。
[0020] 優(yōu)選地，所述第一 BaF^sB體棱鏡為直角棱鏡；所述第二BaF 2晶體棱鏡為布儒斯特 角棱鏡。
[0021] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一BaF2晶體棱鏡和所述第二BaF2晶體棱鏡的頂角a的角 度均為12度；所述第一 BaF2晶體棱鏡和所述第二BaF 2晶體棱鏡的底角y的角度均為78 度。
[0022] 進(jìn)一步優(yōu)選地，通光方向?yàn)樗龅谝?BaF2晶體棱鏡和所述第二BaF 2晶體棱鏡的 100晶向。
[0023] 優(yōu)選地，所述倍頻晶體耦合器還包括用于固定所述第一 BaF#sB體棱鏡、所述KBBF 晶體和所述第二BaF2晶體棱鏡的鏡架。
[0024] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0025] 與傳統(tǒng)的棱鏡耦合裝置相比，本發(fā)明的所述倍頻晶體耦合器采用KBBF晶體和BaF2 晶體棱鏡，且BaF2的折射率較SiO 2和CaF 2在紫外波段更接近KBBF晶體，因此能夠有效減 少KBBF晶體與BaF2晶體棱鏡接觸面的反射損失，從而提高倍頻光的轉(zhuǎn)換效率和輸出功率。
【附圖說明】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0027] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器的 剖面示意圖。
[0028] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2提供的提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器的 剖面示意圖。
[0029] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例2和3提供的提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合 器的第二BaF2晶體棱鏡的立體示意圖。
[0030] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例2提供的提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器的 俯視圖。
[0031] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例3提供的提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器的 剖面示意圖。
[0032] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例3提供的提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器的 俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說 明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具 體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0034] 實(shí)施例1 :
[0035] 如圖1所示，本實(shí)施例提供的提高短波深紫外激光輸出效率的倍頻晶體耦合器包 括第一 BaF#sB體棱鏡1、KBBF晶體2和第二BaF 2晶體棱鏡3。KBBF晶體2呈平板狀。
[0036] 第一 BaF^sB體棱鏡1和第二BaF 2晶體棱鏡3分別設(shè)置于KBBF晶體2的兩側(cè)面， 兩個(gè)BaF2晶體棱鏡的頂角和底角兩兩相鄰，且兩個(gè)BaF 2晶體棱鏡與KBBF晶體的兩側(cè)面光 膠接觸。KBBF晶體的c軸晶向垂直于兩個(gè)BaF2晶體棱鏡與KBBF晶體的接觸面。通光方向 為第一 BaF#sB體棱鏡1和第二BaF 2晶體棱鏡3的內(nèi)稟雙折射率為零的晶向。
[0037] 第一 BaF#B體棱鏡1的與KBBF晶體2的接觸面、第二BaF 2晶體棱鏡3的與KBBF 晶體2的接觸面、KBBF晶體2的兩側(cè)面、光束入射面、以及光束出射面都為拋光面。
[0038] 在本實(shí)施例中，第一 BaF^sB體棱鏡1與第二BaF 2晶體棱鏡3的形狀相同，且第一 BaF#sB體棱鏡1和第二BaF 2晶體棱鏡3均為直角棱鏡。需要說明的是，本實(shí)施例以第一 BaF#sB體棱鏡1和第二BaF# sB體棱鏡3均為直角棱鏡為例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案和發(fā)明 思想，但第一 BaF#sB體棱鏡1和第二BaF 2晶體棱鏡3的形狀不限于直角棱鏡，即第一 BaF 2 晶體棱鏡1和第二BaF#sB體棱鏡3可以具有除直角棱鏡之外的其它形狀。
[0039] 在本實(shí)施例中，第一 BaF^i體棱鏡1的頂角a與其底角y的角度之和為90度； 且第二體棱鏡3的頂角a與其底角y的角度之和為90度。在本實(shí)施例中，第一 BaF^ sB體棱鏡1和第二BaF 2晶體棱鏡3的頂角a的角度均優(yōu)選為14. 9度；第一 BaF 2晶體 棱鏡1和第二BaF#sB體棱鏡3的底角y的角度均優(yōu)選為75. 1度。
[0040] 在本實(shí)施例的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，通光方向優(yōu)選為第一 BaF^l體棱鏡1和第 二BaF#sB體棱鏡3的（111)晶向。此處的通光方向指的是光束的傳播方向。需要說明的 是，本實(shí)施例以通光方向?yàn)榈谝?BaF#sB體棱鏡1和第二BaF 2晶體棱鏡3的（111)晶向?yàn)槔?來說明本發(fā)明的技術(shù)方案和發(fā)明思想，但通光方向不限于第一 BaF;體棱鏡1和第二BaF2 晶體棱鏡3的（111)晶向，第一 BaF#sB體棱鏡1和第二B