[发明专利]激光束产生装置

说明书

本发明涉及激光束产生装置，它借助于非线性光学部件，对输入光束进行波长变换，并且发射特定波长的激光束。

用光学谐振器对输入光束进行波长变换，由此产生基波的二次谐波，这种技术已为人们所熟知。另一种技术也是人们熟知的，在其中，不同波长的光束被混频，由此发出所需波长的激光束。(见A.Ashkin，G.D.Boyd，和J.M.Dziedzic等人所写的“谐振法光学二次谐波的产生与混频”一文，该文发表于《IEEE J.Quant.Electron.》，Vol.QE-2，pp.109-124，1966)。

利用这样一种技术来发射波长为266 nm的深紫外激光束的激光束产生装置已经投入实际使用。这种激光束产生装置使用绿色激光束作为基波。它包括一个光学谐振器，其中含有非线性光学部件，后者是一块BBO(β-硼酸钡：β-BaB₂O₄)晶体。绿色激光束被施加到光学谐振器，并在光学谐振器中发生谐振，由此产生深紫外激光束，即，二次谐波。激光束产生装置被用来作为一种高效的光源，例如用于激光显微镜之中。

激光束产生装置包括一个光学谐振器，它改变输入光束的波长。光学谐振器具有光能损耗。即使光能损耗只增加一点点，波长变换效率也会大大降低。因而，光学谐振器的输出将成比例地降低。为了有效地使用激光束产生装置，重要的是在谐振腔中减少光能损耗的增加，由此改进激光束产生装置的可靠性。

为了在任何光学谐振器中减少光能损耗的增加，重要的是避免脏物停留在构成光学谐振器的各种光学部件的表面上。众所周知，每一个光学部件上的脏物都是空气中杂质的沉积物，例如硫酸铵，它形成于被二次谐波(即，深紫外激光束)所照射的部件的表面上。空气中杂质是如何沉积到各光学部件上面去的现在还没有搞清楚。然而，脏物被认为是由深紫外激光束引起的化学反应所导致的。这是因为，杂质仅沉积在每一个部件中被深紫外激光束照射的那一部分上面。

被纳入上述激光束产生装置的光学谐振器具有一块BBO晶体，作为非线性光学部件。之所以使用几乎是一块矩形平板的BBO晶体，是因为它容易加工。绿色激光束，或者基波，被施加到BBO晶体。在BBO晶体中，绿色激光束通过满足相位匹配条件的光路。激光束就立即从BBO晶体发射出来。随着绿色激光束通过BBP晶体中的光路，就从绿色激光束产生二次谐波，即深紫外激光束。深紫外激光束从BBO晶体发出，并且沿着几乎相同于绿色激光束(即，基波)的光轴行进。

在BBO晶体中行进的绿色激光束和深紫外激光束二者，被施加到位于它们的共同光轴上的一个反射器。该反射器对绿色激光束(即，基波)具有高的反射率，同时对深紫外激光束(即，二次谐波)具有高的透过率。反射器反射绿色激光束，后者又被其他反射器进一步地反射，并且被返送回BBO晶体。另一方面，深紫外激光束则通过反射器，并且最后从光学谐振器发射出去。

由于深紫外激光束引起的化学反应，诸如硫酸铵那样的杂质可能沉积在反射器上通过深紫外激光束的那一部分上面。(要注意的是，这个反射器被安装在绿色激光束与深紫外激光束的共同光轴上面，以上两种激光束都在BBO晶体中行进)。由于绿色激光束在反射器的所述部分被反射，所以这样的杂质沉积导致基波，即绿色激光束，能量的减少。

为了避免杂质的沉积，在激光束产生装置的生产过程中采取了下列措施。首先，在组装光学谐振器之前，不仅构成光学谐振器的各光学部件，而且用于支撑各光学部件的各机械零件都要彻底地进行清洗。还有，光学谐振器在壳体内组装完毕之后，要连续地将干燥、清洁的空气施加到激光束产生装置的壳体里面。

虽然采取了这些措施，仍然不能完全避免杂质沉积在反射器上面，该反射器被安装在行进于BBO晶体之中的绿色激光束和深紫外激光束的共同光轴之上。这就不可避免地增加了属于基波的光能损耗。因而，在某些情况下，波长变换效率大为降低，由此导致激光束产生装置输出的降低。

已经提出的本发明着眼于上述问题。本发明的一个目标就是提供一种激光束产生装置，在其中，杂质沉积在光学部件表面上的问题得以有效地避免，因此，能避免属于基波的的光能损耗的增加，能发出稳定而强烈的激光束，并且具有高的可靠性。

根据本发明的激光束产生装置包括：