高功率纳秒腔外五倍频激光器制造技术

本发明专利技术涉及到激光领域，尤其涉及到固体纳秒高次倍频领域的设计。首先，两个光纤耦合模块输出高功率878nm或者888nm的泵浦光，经过耦合装置后汇聚到激光晶体中，通过多个透镜来补偿激光晶体的热透镜效应，使其能够在高功率泵浦光的作用下产生高功率纳秒激光。其次，在激光腔体内放置和频晶体一，和频晶体二，利用腔内高峰值功率特性来产生高功率的二三倍频激光的输出。然后，将输出的高功率二三倍频激光在激光腔体外部进行偏振态和光斑尺寸的调整。最终，合束后的光通过和频晶体后产生高功率的纳秒五倍频激光。利用本发明专利技术结构可以很轻松的获取1um波段的五倍频激光，克服了五倍频激光产生需要皮秒、飞秒或者大能量激光等复杂设备，能够高效可靠的产生高功率的纳秒五倍频激光，具有广泛的应用场景。具有广泛的应用场景。具有广泛的应用场景。

【技术实现步骤摘要】
高功率纳秒腔外五倍频激光器


[0001]本专利技术涉及到激光领域，尤其涉及到固体纳秒高次倍频领域的设计。

技术介绍

[0002]210nm波段的深紫外光源在半导体光刻，高密度存储，精细材料加工，高精度光谱分析等诸多领域有重要的应用。早期的深紫外激光器主要采用ArF准分子气体激光器，但是此激光器存在造价高，重频低，线宽宽，光束质量差等缺点。而固体纳秒五倍频213nm深紫外激光器可以很好解决准分子激光器的问题，具有成本低，重频高，线宽窄，光束质量优异等特点。所以一种结构简单，稳定性高的纳秒级别的五倍频深紫外激光器的研发，必将对半导体等行业具有极大的推进作用。

技术实现思路

[0003]相对于皮秒紫外、飞秒紫外等复杂装置，本专利技术设计一款结构简单，可靠性高的高功率纳秒腔外五倍频激光器。深紫外五倍频的技术路线有两种，分别为：基频光和四倍频光和频产生五倍频；二倍频光和三倍频光和频产五倍频。对于纳秒紫外激光器来说，产生三倍频激光，相对于四倍频激光来说不仅相应倍频效率高，而且光束质量更好，使用寿命长。所以本专利技术使用二倍频光和三倍频光和频来产生五倍频激光。
[0004]本专利技术从工作原理上主要为两部分组成，第一部分为高功率纳秒二三倍频产生系统，采用高功率878nm或者888nm的泵浦激光双端泵激光晶体来产生高功率的二三倍频光；第二部分为二三倍频光的腔外和频来产生深紫外的五倍频和频系统。
[0005]所述的高功率纳秒二三倍频光产生系统，其特征在于，所述系统为高功率双端泵泵浦系统，其由全反镜（11），Q开光（12），透镜（131），激光晶体（14），透镜（132），二向色镜（15），和频晶体一（16），和频晶体二（17），多波长反射镜（18）和高功率泵浦源组成。
[0006]其中，在高功率纳秒二三倍频产生系统中，两个高功率泵浦分别通过耦合系统（191），耦合系统（192）汇聚在激光晶体（14）内。泵浦系统采用878nm或者888nm的泵浦光，用于减少激光晶体的量子亏损，能够产生更高的泵浦功率。
[0007]其中，在高功率纳秒二三倍频产生系统中，激光晶体（14）为掺杂钕粒子晶体，激光晶体长度约为50mm，用于泵浦光的完全吸收，相应晶体浓度根据设计要求进行调整。
[0008]其中，在高功率纳秒二三倍频产生系统中，激光透镜（131）和（132）可以为平凸或相应曲率透镜，根据需求调节镜片曲率和镀膜要求，主要目的为了补偿晶体热焦距和折叠、压缩光路。
[0009]其中，在高功率纳秒二三倍频产生系统中，和频晶体一（16），和频晶体二（17）为三倍频晶体和二倍频晶体，和频晶体二（17）使用LBO晶体进行I类相位匹配进行倍频；和频晶体一（16）使用LBO晶体进行II类相位匹配进行和频，二三倍频晶体选择不仅仅限于LBO晶体，具有相同功能的晶体都在本专利技术包含范围内。所有晶体放置于使用TEC精确控温的装置中，用于对出光功率的精确控制。
[0010]其中，在高功率纳秒二三倍频产生系统中，二向色镜（15）为低通滤光片，用于让基频光在腔内振荡，而让高次和频光通过二向色镜（15）出射，便于后续和频。多波长反射镜（18）为多点高反镜，用于反射基频光和倍频光。
[0011]其中，二向色镜（15）和多波长反射镜（18）可以为平凹透镜或平平镜，其两者相互配合用来改变汇聚到和频晶体上面的光斑大小，适当控制汇聚到晶体上的光斑，可以增加和频效率。
[0012]在五倍频和频系统中，其特征包括二倍频光路系统，三倍频光路系统，五倍频和频晶体，和分束装置。
[0013]其中，二倍频光路系统和三倍频光路系统的特征在于，两路光路的传播距离要相等。
[0014]其中，二倍频光路系统的特征在于，二倍频光通过二向色镜（21）后透射传播，通过反射镜（22）后改变传播方向后，通过耦合镜（23）汇聚后，再通过二向色镜（24）反射进入到五倍频晶体上。
[0015]其中，三倍频光路系统的传播特性在于，三倍频光通过二向色镜（21）后反射传播，通过反射镜（31）后改变传播方向后，改变传播方向后的三倍频光先通过波片（32）改变偏振状态后，再通过耦合镜（33）进行汇聚，最后通过二向色镜（24）后进入到五倍频晶体中。
[0016]其中，二三倍频光在进入到和频晶体时，需要在焦点位置和传播方向上重合。
[0017]其中，五倍频和频晶体（25）为深紫外和频晶体，使用BBO晶体或者CLBO晶体。
[0018]其中，在五倍频和频系统中，二向色镜（21）为高通滤光片，用于二倍频光透过，三倍频光反射，用于光束分束。而二向色镜（24）则为低通滤光片用于二倍频光反射，三倍频光透射，用于光束的合束。
[0019]其中，波片（32），耦合镜（33）镀三倍频增透膜，耦合镜（23）镀二倍频增透膜。五倍频和频晶体（25）入射端面可镀二三倍频减反膜，出光面不镀膜。
[0020]最后，二三倍频光和五倍频光再通过分束装置（26）后进行分束，如果不用二三倍频光，则需要用挡光装置（27）进行收集。
[0021]其中，分束装置为入射面和出射面都为布角度设计，用于减少出射的功率损耗。
附图说明
[0022]图1为相应高功率纳秒腔外五倍频激光器图示。
具体实施方式
[0023]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0024]系统由两部分组成，分别为高功率纳秒二三倍频产生系统，和五倍频和频系统。
[0025]第一部分高功率纳秒二三倍频产生系统，首先整体结构为一个双端泵平凸非稳腔来产生高功率的二三倍频激光，全反镜（11）为单色高反镜，本专利技术中推荐1064nm波长单点高反镜，透镜（131），（132）为平凸低通高反镜，推荐使用高透888nm激光，高反1064nm激光参数，反射角度小于13
°
。
[0026]其中，工作晶体（14）使用Nd:YVO4晶体，晶体的选择有多种，需要根据客户使用场
景，单脉冲能量，重频频率和泵浦源泵浦参数综合选择，本专利技术中的晶体不仅局限于Nd:YVO4晶体，相关1um波段钕离子激光晶体都在本专利技术保护范围内。
[0027]其中，泵浦源推荐使用888nm激光泵浦源，主要优势在于量子亏损少，通过Nd:YVO4后能够产生更少的热量，有利于腔内倍频光的产生。声光Q开光（12）通过通断光来积累能量，最终实现调Q高峰值功率激光的输出。
[0028]其中，镜片（11），（131），（132），（15），（18）组成一个基频谐振腔，二向色镜（15）为滤光片，推荐使用平凹透镜或平平镜片镀低通高反膜系，主要目的有两点，一、和多波长反射镜（18）配合用来改变汇聚到倍频晶体上面的光斑大小，适当控制汇聚到倍频上的光斑，可以增加倍频效率；二、膜层设为二三倍频光高透，基频光高反的镜片，可用作谐波输出使用，用来将二倍频光和三倍光输出，而基频光在腔内继续谐振。推荐使用532nm，3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功率纳秒腔外五倍频激光器的设计，其特征在于包括高功率纳秒二三倍频光产生系统，五倍频和频系统，所述的高功率纳秒二三倍频产生系统其结构依次包括全反镜（11），Q开光（12），透镜（131），激光晶体（14），透镜（132），二向色镜（15），和频晶体一（16），和频晶体二（17），多波长反射镜（18）和两个高功率泵浦耦合系统组成，所述的五倍频和频系统，其结构依次包括为二向色镜（21），二倍频光路系统，三倍光路系统，二向色镜（24），五倍频晶体（25），分束装置（26）以及挡光装置（27）。2.根据权利要求1所述的高功率纳秒二三倍频光产生系统，其中高功率泵浦耦合系统为双端泵泵浦系统，两个高功率光纤耦合模块通过耦合系统（191），耦合系统（192）共同泵浦激光晶体（14），泵浦系统采用878nm或者888nm的泵浦光，产生更高的泵浦功率和更低的热效应。3.根据权利要求1所述的高功率纳秒二三倍频光产生系统，其中二向色镜（15）为低通滤光片，用于让基频光在腔内振荡，而让高次和频光通过二向色镜（15）出射。4.根据权利要求1所述的高功率纳秒二三倍频光产生系统，其中二向色镜（15）和多波长反射镜（18）可以为平凹镜或者平平镜片，两者相互配合可以控制在和频晶体上的光斑尺寸，从而提高和频效率。5.根据权利要求1所述的高功率纳秒二...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱光，
申请(专利权)人：天津光粒科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：