一种可用于紫外激光器的多重扩束谐振腔制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可用于紫外激光器的多重扩束谐振腔，通过实际测量激光晶体的等效热透镜焦距，选择合适的热补偿负透镜的凸面曲率半径对激光晶体的热透镜效应进行补偿；利用高斯光束传输的客观规律，计算激光谐振腔的G参数，合理布置激光谐振腔内三重等效扩束镜，对腔内激光进行三重扩束；腔内插入一定角度的平行平面透镜，以消除色差、压窄激光谐振腔内振荡光的线宽；在等效三重扩束镜大光斑位置插入腔内三倍频系统，获得了紫外激光的大光斑输出，提高了紫外激光器的使用寿命，解决了高功率紫外激光器输出功率衰减过快的问题。

A Multi-beam Expanded Resonator for Ultraviolet Laser

The utility model discloses a multi-beam expanding resonator for ultraviolet laser, which can compensate the thermal lens effect of laser crystal by measuring the focal length of the equivalent thermal lens of laser crystal, selecting the convex curvature radius of the thermal compensating negative lens, calculating the G parameters of laser resonator by utilizing the objective law of the propagation of Gauss beam, and arranging three laser resonators reasonably. The double equivalent beam expander is used to triple the intracavity laser beam expanding; the parallel plane lens with a certain angle is inserted into the cavity to eliminate the chromatic aberration and narrow the line width of the oscillating light in the laser resonator; the triple frequency doubling system is inserted into the large spot position of the equivalent triple beam expander to obtain the large spot output of the ultraviolet laser, which improves the service life of the ultraviolet laser and solves the high power ultraviolet excitation. The problem of too fast attenuation of optical output power.

【技术实现步骤摘要】
一种可用于紫外激光器的多重扩束谐振腔
本技术涉及激光
，尤其涉及一种可用于紫外激光器的多重扩束谐振腔。
技术介绍
半导体端面泵浦固体激光器结构简单、体积小巧、光束质量好、运行稳定、易于集成，因此被广泛应用在激光打标、激光划线、精密调阻、激光清洗，以及激光内雕等激光加工行业。随着工业应用对激光加工效果及加工效率要求的不断提高，市场对激光器输出波长的要求也越来越高。紫外激光器输出波长仅为目前使用的红外激光器的三分之一，加工精度极大提高，可以实现微米量级的精细加工；紫外激光的光子能量是普通红外激光光子能量的三倍，使得激光冷加工成为可能，应用范围已得到了极大的拓展；另外，355nm紫外激光器的重复频率极高，从而提高了生产效率，节约了社会成本，降低了能耗。在实际应用中，355nm紫外激光器为微加工中的切除动作提供了新的工具，在非常薄的材料冷切除中得到了很高的加工质量，不会给材料造成热损伤和微裂痕，因此，在例如玻璃、硅片、晶元、陶瓷等脆性材料的加工上有特殊优势。然而，由于紫外激光的单光子能量过于强大，紫外激光传输路径内空气中的粒子部分产生湮灭，导致紫外激光照射光路形成局部负压。特别地，在紫外激光功率密度越大的地方，负压越大。因此，激光谐振腔内的空气首先会向紫外激光传输光路移动，然后紫外光路上光功率密度小的空气往光功率密度大的地方移动。在紫外激光谐振腔内，三倍频上紫外激光出光位置具有最大的紫外光功率密度，导致腔内空气最终会缓慢向三倍频晶体出光位置移动，空气中的灰尘在三倍频晶体上紫外光出光位置不断附着，从而引起三倍频晶体黑化，最后导致紫外激光器输出功率下降、激光光束质量恶化。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种可用于紫外激光器的多重扩束谐振腔，解决高功率紫外激光器紫外激光功率密度过大导致三倍频晶体使用寿命过短的问题。为实现上述目的，采用以下技术方案：一种可用于紫外激光器的多重扩束谐振腔，包括第一半导体激光泵浦源组件、第一激光晶体、第一热补偿负透镜、第二半导体激光泵浦源组件、第二激光晶体、第二热补偿负透镜、第三半导体激光泵浦源组件、第三激光晶体、第三热补偿负透镜、腔内三倍频系统；所述第一半导体激光泵浦源组件用于对第一激光晶体泵浦，受到半导体激光泵浦的第一激光晶体由于等效热透镜效应，在光学上可以等效成为一个凸透镜，第一热补偿负透镜用于对第一激光晶体的等效热透镜效应进行补偿，且受到泵浦后的第一激光晶体与第一热补偿负透镜构成第一重扩束镜；所述第二半导体激光泵浦源组件用于对第二激光晶体泵浦，受到半导体激光泵浦的第二激光晶体由于等效热透镜效应，在光学上可以等效成为一个凸透镜，第二热补偿负透镜用于对第二激光晶体的等效热透镜效应进行补偿，且受到泵浦后的第二激光晶体与第二热补偿负透镜构成第二重扩束镜；第三半导体激光泵浦源组件用于对第三激光晶体泵浦，受到半导体激光泵浦的第三激光晶体由于等效热透镜效应，在光学上可以等效成为一个凸透镜，第三热补偿负透镜用于对第三激光晶体的等效热透镜效应进行补偿，且受到泵浦后的第三激光晶体与第三热补偿负透镜构成第三重扩束镜；所述第一重扩束镜、第二重扩束镜、第三重扩束镜用于依次放大光斑；所述第一半导体激光泵浦源组件与第三半导体激光泵浦源组件相邻布置，第一半导体激光泵浦源组件的泵浦光路与第二半导体激光泵浦源组件的泵浦光路形成第一夹角，第二半导体激光泵浦源组件的泵浦光路与第三半导体激光泵浦源组件的泵浦光路形成第二夹角；所述腔内三倍频系统布置于三重扩束镜的大光斑位置。较佳地，所述多重扩束谐振腔还包括布置于激光谐振腔内的第一布儒斯特起偏器、第二布儒斯特起偏器、第三布儒斯特起偏器，分别用于提高第一激光晶体、第二激光晶体、第三激光晶体所激发的振荡光的偏振度。较佳地，所述多重扩束谐振腔还包括第一平面反射镜、Q开关，Q开关、第一平面反射镜依次布置于第一热补偿负透镜的反射光路上。较佳地，所述多重扩束谐振腔还包括平行平面透镜；所述平行平面透镜布置于第三半导体激光泵浦源组件的泵浦光路上，并与第三热补偿负透镜异端；所述平行平面透镜的法线方向与腔内振荡光路方向形成第三非直夹角，以起到压窄振荡光线宽的作用。较佳地，所述腔内三倍频系统包括三倍频晶体，三倍频晶体的紫外光输出面的法线方向与腔内振荡光传输方向形成第四非直夹角，以使紫外光在三倍频晶体端面输出后的传输方向与振荡光的传输方向形成第五夹角。较佳地，所述多重扩束谐振腔还包括第二平面反射镜；所述第二平面反射镜布置于第三半导体激光泵浦源组件的泵浦光路上，且布置于三倍频晶体的紫外光输出面附近，紫外光在三倍频晶体端面输出后从第二平面反射镜旁射出。较佳地，所述第一热补偿负透镜、第二热补偿负透镜、第三热补偿负透镜均采用第一平凸透镜；所述第一热补偿负透镜的凸面靠近第一激光晶体布置，第二热补偿负透镜的凸面靠近第二激光晶体布置，第三热补偿负透镜的凸面靠近第三激光晶体布置；所述第一平凸透镜凸面镀振荡光高反膜及泵浦光增透膜，平面镀泵浦光增透膜。较佳地，所述第一半导体激光泵浦源组件、第二半导体激光泵浦源组件、第三半导体激光泵浦源组件均包括半导体激光器、准直透镜、聚焦透镜；所述半导体激光器输出端带有光纤，其采用光纤耦合输出，发射波长为875nm～885nm；所述准直透镜置于半导体激光器、聚焦透镜之间，半导体激光器的光纤输出端设置在准直透镜的焦点处；所述准直透镜采用第二平凸透镜，聚焦透镜采用第三平凸透镜；所述准直透镜的凸面与对应的聚焦透镜的凸面相对布置；所述第二平凸透镜、第三平凸透镜双面镀泵浦光增透膜。较佳地，所述第一布儒斯特起偏器、第二布儒斯特起偏器、第三布儒斯特起偏器采用第一平面透镜；所述第一平面透镜的两个通光面均未镀膜；所述平行平面透镜采用第二平面透镜，其两个通光面均镀振荡光增透膜；所述第一平面反射镜采用第三平面透镜，其靠近第一热补偿负透镜的一面镀振荡光高反膜；所述第二平面反射镜采用第四平面透镜，其靠近腔内三倍频系统的一面镀振荡光高反膜。较佳地，所述第一激光晶体、第二激光晶体、第三激光晶体均采用Nd:YVO4晶体、Nd:YAG晶体或Nd:GaYVO4晶体。采用上述方案，本技术的有益效果是：本技术利用热补偿负透镜对激光晶体的热透镜效应进行热补偿，在光学上起到了简单扩束镜系统中凹透镜的作用；采用三路半导体激光泵浦方式提高激光器的泵浦功率，分散了单个激光晶体上的热量，降低了激光晶体的炸裂风险，提高了激光器长期运行可靠性；创新性的布置激光谐振腔内三路半导体激光泵浦系统中激光晶体以及热补偿透镜的位置、形成独特的多重扩束谐振腔，在短腔长条件下显著提高了腔内三倍频系统位置的振荡光光斑尺寸，延长了三倍频晶体的使用寿命，提高了紫外激光器的稳定性，实现了固体紫外激光器的高效率、高输出功率稳定运转。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术的振荡光光路的示意图；其中，附图标识说明：1—第一半导体激光泵浦源组件，2—第一激光晶体，3—第一热补偿负透镜，4—第二半导体激光泵浦源组件，5—第二激光晶体，6—第二热补偿负透镜，7—第三半导体激光泵浦源组件，8—第三激光晶体，9—第三热补偿负透镜，10—腔内三倍频系统，11—第一布儒斯特起偏器，12—第二布儒斯特起偏器，13—第三布儒斯特起偏器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可用于紫外激光器的多重扩束谐振腔，其特征在于，包括第一半导体激光泵浦源组件、第一激光晶体、第一热补偿负透镜、第二半导体激光泵浦源组件、第二激光晶体、第二热补偿负透镜、第三半导体激光泵浦源组件、第三激光晶体、第三热补偿负透镜、腔内三倍频系统；所述第一半导体激光泵浦源组件用于对第一激光晶体泵浦，第一热补偿负透镜用于对第一激光晶体的等效热透镜效应进行补偿，且受到泵浦后的第一激光晶体与第一热补偿负透镜构成第一重扩束镜；所述第二半导体激光泵浦源组件用于对第二激光晶体泵浦，第二热补偿负透镜用于对第二激光晶体的等效热透镜效应进行补偿，且受到泵浦后的第二激光晶体与第二热补偿负透镜构成第二重扩束镜；第三半导体激光泵浦源组件用于对第三激光晶体泵浦，第三热补偿负透镜用于对第三激光晶体的等效热透镜效应进行补偿，且受到泵浦后的第三激光晶体与第三热补偿负透镜构成第三重扩束镜；所述第一重扩束镜、第二重扩束镜、第三重扩束镜用于依次放大光斑；所述第一半导体激光泵浦源组件与第三半导体激光泵浦源组件相邻布置，第一半导体激光泵浦源组件的泵浦光路与第二半导体激光泵浦源组件的泵浦光路形成第一夹角，第二半导体激光泵浦源组件的泵浦光路与第三半导体激光泵浦源组件的泵浦光路形成第二夹角；所述腔内三倍频系统布置于三重扩束镜的大光斑位置。...

【技术特征摘要】
1.一种可用于紫外激光器的多重扩束谐振腔，其特征在于，包括第一半导体激光泵浦源组件、第一激光晶体、第一热补偿负透镜、第二半导体激光泵浦源组件、第二激光晶体、第二热补偿负透镜、第三半导体激光泵浦源组件、第三激光晶体、第三热补偿负透镜、腔内三倍频系统；所述第一半导体激光泵浦源组件用于对第一激光晶体泵浦，第一热补偿负透镜用于对第一激光晶体的等效热透镜效应进行补偿，且受到泵浦后的第一激光晶体与第一热补偿负透镜构成第一重扩束镜；所述第二半导体激光泵浦源组件用于对第二激光晶体泵浦，第二热补偿负透镜用于对第二激光晶体的等效热透镜效应进行补偿，且受到泵浦后的第二激光晶体与第二热补偿负透镜构成第二重扩束镜；第三半导体激光泵浦源组件用于对第三激光晶体泵浦，第三热补偿负透镜用于对第三激光晶体的等效热透镜效应进行补偿，且受到泵浦后的第三激光晶体与第三热补偿负透镜构成第三重扩束镜；所述第一重扩束镜、第二重扩束镜、第三重扩束镜用于依次放大光斑；所述第一半导体激光泵浦源组件与第三半导体激光泵浦源组件相邻布置，第一半导体激光泵浦源组件的泵浦光路与第二半导体激光泵浦源组件的泵浦光路形成第一夹角，第二半导体激光泵浦源组件的泵浦光路与第三半导体激光泵浦源组件的泵浦光路形成第二夹角；所述腔内三倍频系统布置于三重扩束镜的大光斑位置。2.根据权利要求1所述的可用于紫外激光器的多重扩束谐振腔，其特征在于，所述多重扩束谐振腔还包括布置于激光谐振腔内的第一布儒斯特起偏器、第二布儒斯特起偏器、第三布儒斯特起偏器，分别用于提高第一激光晶体、第二激光晶体、第三激光晶体所激发的振荡光的偏振度。3.根据权利要求2所述的可用于紫外激光器的多重扩束谐振腔，其特征在于，所述多重扩束谐振腔还包括第一平面反射镜、Q开关，Q开关、第一平面反射镜依次布置于第一热补偿负透镜的反射光路上。4.根据权利要求3所述的可用于紫外激光器的多重扩束谐振腔，其特征在于，所述多重扩束谐振腔还包括平行平面透镜；所述平行平面透镜布置于第三半导体激光泵浦源组件的泵浦光路上，并与第三热补偿负透镜异端；所述平行平面透镜的法线方向与腔内振荡光路方向形成第三非直夹角，以起到压窄振荡光线宽的作用。5.根据权利要求4所述的可用于紫外激光器的多重扩束谐振腔，其特征在于，所述腔内三倍...

【专利技术属性】
技术研发人员：全鸿雁，王锡坤，唐炳诚，
申请(专利权)人：深圳市格镭激光科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44