[发明专利]腔内波长转换固态激光产生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种腔内波长转换固态激光产生器，并且尤其是涉及一种使用多个非线性光学晶体来对波长进行两级或多级转换的固态激光产生器。

背景技术

Nd:YAG激光或其他固态激光产生器广泛地用作加工激光。近来，固态激光产生器的输出从几百瓦快速地增至几千瓦，并且因此激光的应用领域从传统的微组装领域扩大到汽车工业中的焊接和切割应用。然而，大多数固态激光产生器具有被限制在大约1μm的近红外线范围的发射波长范围，这会引起一个缺陷，其中近红外线范围之外的波长的反射率很高，并且对铜、硅、以及其它一些具有低吸收率的材料的加工效率很差。

为此，在现有技术中已提议了下述方法，其中使用LiB₃O₅(三硼酸锂，LBO)、KTiOPO₄(KTP)、β-BaB₂O₄(硼酸钡，BBO)、以及其它非线性光学晶体以将该发射波长转换成较短波长，也就是说，转换成二次谐波和三次谐波，进一步转换成四次谐波和五次谐波等等，以降低在工件表面的反射率，以提高激光吸收，并且从而提高加工效率。腔外波长转换和腔内波长转换是使用非线性光学晶体的波长转换类型。

腔外波长转换具有从基波波长的激光(以下简称为基波激光)至谐波激光的低转换率，并且必须利用非线性光学晶体中的高功率密度使基波激光浓缩以便获得高转换率。为此，即使利用二次谐波激光，从简单谐振器所获得的输出的上限也是高于100瓦的类别，并且在考虑到可靠性时很难实现较高的输出。利用对三次谐波、四次谐波、以及高次谐波的波长转换，所述输出最好是大约50W，因为使用最终的二次谐波。

腔内波长转换具有对二次谐波激光的很高转换率并且与腔外波长转换相比具有更好的可靠性。然而，该方法的不利之处在于：在保持稳定的谐振条件的同时在固态激光介质中所产生的热透镜效应不允许获得较高的输出。热透镜效应是这样的现象，即固态激光介质在进行激发时被加热，在固态激光介质内部所产生的温度分布引起了折射率分布，并且固态激光介质的作用就像透镜一样。

普通的固态激光介质几乎不吸收基波激光，但是相对于其波长已被转换的激光而言，尤其是相对于已转换为较短波长的激光而言，普通的固态激光介质通常具有很高的吸收特征。鉴于上述，将具有腔内波长转换的固态激光产生器配置成使激光的光路至少一次弯曲并且通过使用介电多层薄膜镜而将该光路分离成波长已转换的激光和基波激光以从谐振器中仅提取出波长已转换的激光，并且从而防止波长已转换的激光被固态激光介质吸收并且获得很好效率的波长已转换的激光。

图1给出了具有用于获得三次谐波的腔内波长转换的固态激光产生器中的谐振器的结构的示意图(日本特开专利公开No.2006-156677)。如图1所示，传统固态激光产生器的谐振器具有下述结构，即在该结构中Q开关103a、用于对基波激光109进行放大的固态激光介质101a、Q开关103b、Q开关103c、用于对基波激光109进行放大的固态激光介质101b、以及Q开关103d依次排列在作为谐振镜的平面镜104与用于对谐振器的光轴进行重定向的平面镜108之间的单行中。对Q开关和固态激光介质进行配置以便由Q开关103a和103b以及固态激光介质101a所组成的谐振器的长度，与由Q开关I03c和103d以及固态激光介质101b所组成的谐振器的长度彼此相等。

使用于对激光进行分离的平面镜107位于平面镜108已反射的基波激光109的路径中，并且使作为谐振镜的平面镜105位于平面镜107所反射的基波激光109的传播方向中。透镜106a位于平面镜108与平面镜105之间。用于将基波激光109转换成二次谐波激光110的非线性光学晶体102a、用于使基波激光109与二次谐波激光110光混合并且将混合光转换成三次谐波激光111的非线性光学晶体102b、以及透镜106b位于平面镜107与平面镜105之间的激光的光轴上。平面镜105具有0°的入射角并且就基本波和二次谐波而言是高反射的。透镜106a和106b就基本波和二次谐波而言是抗反射透镜。平面镜107具有45°的入射角并且就基本波而言是高反射的，并且就三次谐波而言是抗反射的。

在这里，平面镜107可具有下述介电多层薄膜，该介电多层薄膜就基波激光109而言是高反射的并且就作为输出的所产生的三次谐波激光111而言是抗反射的，或者该介电多层薄膜可以是按照应用的需要就二次谐波激光110而言是抗反射的或高反射的薄膜；并且还可存在不指定反射率的情况。