【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及光学非线性晶体中激光束的频率转换，其中至少频率转换后的激光束是紫外线，并且具有足够的功率以对非线性晶体造成紫外线损伤。本专利技术特别涉及利用非线性晶体位置的周期性移动来延长非线性晶体寿命的频率转换系统。
技术介绍
1、紫外线(uv)是指可见光和x射线之间的电磁波谱区域。广义上讲，紫外线光的波长范围在1到380纳米(nm)之间。uv光子的能量比可见光波长范围内的光子更高，因此uv光可以以可见光无法做到的方式与物质相互作用。例如，uv光子可以电离原子或破坏分子键，这些过程通常需要的能量比可见光光子提供的能量更多。
2、uv激光辐射有多种用途，包括光刻、激光加工、眼科手术(例如lasik)。这些应用需要高精度，并受益于uv光子直接破坏分子键和/或引起电离的能力。相比之下，可见光和近红外激光辐射只能通过多光子吸收或加热目标材料的过程间接电离原子或破坏分子键。加热不仅影响激光辐射直接照射的区域，还影响周围区域。uv激光辐射可以处理材料，而基本上没有外围加热。此外，较短的uv光波长允许uv激光束更紧密地聚焦在目标上。
3、固态激光器是传统上用于产生uv激光辐射的准分子激光器和离子激光器的有吸引力的替代品。固态激光器体积更小、价格更实惠，具有非常高效的激光作用，可产生光束质量良好的激光束，并且不涉及窒息性、毒性或活性气体。然而，到目前为止，还没有固态激光器能够直接产生高功率甚至中等功率的uv激光辐射。相反，uv激光辐射是由固态激光器通过对固态激光增益介质中产生的较长波长激光辐射进行频率转换而产生的。通
4、例如，掺钕钇铝石榴石(nd:yag)晶体在产生波长为1064nm的激光辐射方面非常有效，并且构成了许多常用固态激光系统的基础。1064nm激光辐射可以通过在一个或多个光学非线性晶体中产生谐波而转换为uv激光辐射。通过两个连续的倍频阶段可以达到266nm的波长，通过部分倍频，然后将基频激光辐射与倍频激光辐射进行和频混合可以达到355nm的波长。
5、然而，大多数非线性晶体易受uv激光束损坏。当uv激光束具有高强度或短波长时，例如平均功率在千瓦范围内的紫外激光束，这种情况尤其麻烦。在高强度和短波长下，暴露于uv激光束的非线性晶体的部分逐渐劣化，导致频率转换效率降低和uv激光束质量下降。可以通过定期移动非线性晶体的位置来减轻这种uv引起的劣化，移动的方向横向于暴露于紫外激光辐射的入射激光的传播方向直，以避免激光束穿过非线性晶体的受损部分。为此，非线性晶体有时安装在线性平移台上。
技术实现思路
0、专利技术概述
1、本文公开了用于非线性晶体中的激光频率转换的系统和方法。所公开的系统适用于可见光或近红外激光束的频率转换以产生uv激光束，以及uv范围内的频率转换。该系统和方法旨在减轻uv对非线性晶体以及随后暴露于uv激光束的光学元件造成的损伤。目前的uv损伤减轻方法利用周期性地移动非线性晶体，使激光束穿过非线性晶体中尚未因uv暴露而受损的部分。此外，目前的方法还需要保护后续光学元件免受uv损伤。在典型情况下，非线性晶体之后的第一个光学元件或第一个光学元件之一是二向色分束器，其涂层特别容易受到uv损伤。通过可平移的一维光束扩展器保护位于非线性晶体之后的uv激光束中的光学元件(例如二向色分束器)免受uv损伤。光束扩展器位于非线性晶体之后，并增加后续光学元件上的光束点尺寸，以防止对该光学元件的uv损伤，或至少减缓这种uv损伤的发展速度。
2、在操作中，非线性晶体和光束扩展器在其发生uv损伤之前或发生时都会定期平移。为了确保光束扩展器对uv激光束的作用在这种平移下保持不变，光束扩展器仅在一个维度上扩展uv激光束，并且光束扩展器的方向使得该维度与平移方向正交。在没有光束扩展元件的情况下，可能需要从非线性晶体到下一个光学元件的长路径长度以防止对后续光学元件的uv损伤。本专利技术的可平移光束扩展器显著缩短了到后续光学元件所需的路径长度。此外，通过构造为仅在与平移方向正交的维度上扩展uv激光束，光束扩展器的平移不需要对后续光束传播进行校正。为了简单起见，为了便于操作，非线性晶体和光束扩展器可以安装在公共平移台上。
3、在一个方面，具有紫外线损伤减轻的激光频率转换系统包括：用于对激光束进行频率转换的非线性晶体，以及一维光束扩展器，该一维光束扩展器布置成接收来自非线性晶体的激光束并扩展激光束的第一横向维度。该激光频率转换系统还包括一个或多个平移台，所述平移台被构造成沿与激光束的第一横向维度正交且与激光束通过非线性晶体和光束扩展器的传播方向不平行的平移方向平移非线性晶体和光束扩展器。
4、在另一个方面，具有紫外线损伤减轻的激光频率转换方法包括以下步骤：在非线性晶体中对激光束进行频率转换，使用光束扩展器扩展频率转换后的激光束的第一横向维度，以及沿与第一横向维度正交且与激光束通过非线性晶体和光束扩展器的传播方向不平行的平移方向平移非线性晶体和光束扩展器。
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1.具有紫外线损伤减轻的激光频率转换系统，包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述平移方向与所述传播方向正交。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光束扩展器构造成仅扩展所述激光束的所述第一横向维度，同时使所述激光束的正交第二横向维度不受影响，并且其中所述光束扩展器对所述激光束的扩展在所述光束扩展器沿所述平移方向平移的情况下保持不变。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括二向色光学元件，用于将所述非线性晶体中产生的所述激光束的频率转换分量与所述激光束的剩余非频率转换分量分离，所述二向色光学元件布置成在所述光束扩展器之后拦截所述激光束。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，沿着所述激光束的传播方向从所述光束扩展器到所述二向色光学元件的距离使得所述激光束在所述二向色光学元件处的所述第一横向维度至少是入射到所述光束扩展器上的所述激光束的第一横向维度的两倍。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光束扩展器是第一柱面透镜，所述第一柱面透镜布置成使其柱轴平行于所述平移方向。
7.根据权利要求6所述的系统，
8.根据权利要求7所述的系统，还包括二向色光学元件，用于将所述激光束的频率转换分量与所述激光束的剩余非频率转换分量分离，所述二向色光学元件布置成在所述第一柱面透镜之后拦截所述激光束，其中，沿着所述激光束的传播方向，所述第一柱面透镜和所述二向色光学元件之间的距离超过所述第一柱面透镜的焦距。
9.根据权利要求6所述的系统，还包括第二柱面透镜，所述第二柱面透镜构造成在所述第一柱面透镜之后拦截所述激光束并准直所述激光束的第一横向维度，所述第二柱面透镜具有正光焦度。
10.根据权利要求6所述的系统，还包括二向色光学元件，用于将所述激光束的频率转换分量与所述激光束的剩余非频率转换分量分离，所述二向色光学元件布置成在所述第一柱面透镜之后拦截所述激光束。
11.根据权利要求10所述的系统，还包括：
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述二向色光学元件是圆柱形二向色镜。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光束扩展器是变形棱镜对。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述变形棱镜对的第一面构造成接收来自所述非线性晶体的激光束，并且定向成与所述激光束成布儒斯特角。
15.根据权利要求13所述的系统，还包括二向色光学元件，用于将所述激光束的频率转换分量与所述激光束的剩余非频率转换分量分离，所述二向色光学元件布置成在所述变形棱镜对之后拦截所述激光束。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光束扩展器是第一棱镜，所述第一棱镜构造成在与所述平移方向正交的平面中偏转所述激光束。
17.根据权利要求16所述的系统，还包括：
18.具有紫外线损伤减轻的激光频率转换方法，包括以下步骤：
19.根据权利要求18所述的方法，其中，扩展步骤中所述第一横向维度的扩展对平移步骤中施加的平移不敏感。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括：利用二向色光学元件将所述激光束的频率转换分量与所述激光束的剩余非频率转换分量分离的步骤，其中，所述二向色光学元件布置成在所述光束扩展器之后拦截所述激光束。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.具有紫外线损伤减轻的激光频率转换系统，包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述平移方向与所述传播方向正交。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光束扩展器构造成仅扩展所述激光束的所述第一横向维度，同时使所述激光束的正交第二横向维度不受影响，并且其中所述光束扩展器对所述激光束的扩展在所述光束扩展器沿所述平移方向平移的情况下保持不变。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括二向色光学元件，用于将所述非线性晶体中产生的所述激光束的频率转换分量与所述激光束的剩余非频率转换分量分离，所述二向色光学元件布置成在所述光束扩展器之后拦截所述激光束。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，沿着所述激光束的传播方向从所述光束扩展器到所述二向色光学元件的距离使得所述激光束在所述二向色光学元件处的所述第一横向维度至少是入射到所述光束扩展器上的所述激光束的第一横向维度的两倍。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光束扩展器是第一柱面透镜，所述第一柱面透镜布置成使其柱轴平行于所述平移方向。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一柱面透镜具有负光焦度。
8.根据权利要求7所述的系统，还包括二向色光学元件，用于将所述激光束的频率转换分量与所述激光束的剩余非频率转换分量分离，所述二向色光学元件布置成在所述第一柱面透镜之后拦截所述激光束，其中，沿着所述激光束的传播方向，所述第一柱面透镜和所述二向色光学元件之间的距离超过所述第一柱面透镜的焦距。
9.根据权利要求6所述的系统，还包括第二柱面透镜，所述第二柱面透镜构造成在所述第一柱面透镜之后拦...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·斯泰因梅茨，A·迪宁，王小异，
申请(专利权)人：相干公司，
类型：发明
国别省市：
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