[发明专利]半导体二极管双端泵浦高功率紫外激光器的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体激光技术，具体涉及一种半导体二极管双端泵浦高功率紫外激光器的设计方法。

背景技术

紫外激光器的输出波长短、能量集中、分辨率高，聚焦点可小到几个微米数量级，在精密材料微加工、紫外固化、光刻等领域有广泛的应用前景。半导体二极管泵浦紫外激光器具有光束质量好、功率稳定性好、可靠性高、使用方便、体积小等诸多优点。近年来利用非线性频率变换技术获得高功率紫外激光输出的研究已成为激光技术领域的一个研究热点。目前，全球对全固态紫外激光器的需求日益增加，应用领域不断扩大。

半导体二极管泵浦的固体紫外激光输出的实现是通过对从Nd:YVO4或Nd:YAG等激光晶体发出的基频光进行二次倍频，然后通过基频光和二次倍频光的和频得到。泵浦光波长是808nm。主要采用的技术有：

腔外倍频：相干(Coherent)公司、光谱物理公司(SP)均采用腔外倍频的方法实现绿光和紫外激光输出。这种方法是将高功率红外激光通过一个聚焦系统通过非线性晶体实现频率转换。其特点是聚焦点光斑尺寸要求小，因此晶体比较容易损坏，对晶体镀膜的要求比较高。相干和SP公司均采用对晶体自动移动的方法，在一定试用时间后进行换位置而实现晶体的长时间可靠工作。此技术对晶体的控制有非常严格的要求，并且有一套精密的检测和判别装置，整个系统比较复杂。

腔内倍频：JDSU公司、Photonics公司、DPSSL公司和Yuco公司及其它一些德国公司采用腔内倍频的方式实现紫外激光输出。由于激光器腔内的光强比腔外有一个数量级的提高，要实现同样的频率转换效率，该方法对非线性晶体的镀膜要求要低得多，因此在同样晶体条件下激光器的工作寿命也比较长。但是，由于在激光器腔内有三个波长同时存在，彼此有能量交换，而这些能量交换又容易受到外界因素影响，所以，此方法所产生的激光功率输出的瞬间稳定性和长时间可靠性不如腔外倍频。

目前国外激光器公司(Coherent、Spectra-physics、JDSU)已经推出平均功率大于10W的半导体二极管泵浦紫外激光器。国内目前许多院校和研究所都开展了对高功率紫外激光器的研究，但还处于初始阶段，至今基本上还没有研制出可以用于工业加工领域的商用紫外激光器，对于高功率紫外激光器的需求基本上依赖于进口，国内大于5W的紫外激光器很罕见，大族激光公司走在了前面，大族激光公司于2006年成功研制出了半导体侧面泵浦5W紫外激光器，并用于紫外加工设备，但是功率的稳定性以及光束质量还有待进一步的改进。

因此，高功率紫外激光器的研制，对缩短国内外的技术差距具有很重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种半导体二极管双端泵浦高功率紫外激光器的设计方法，采用腔内倍频方式实现高功率355nm紫外激光输出。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

半导体二极管双端泵浦高功率紫外激光器的设计方法，特点是：泵浦源采用两个半导体二级管，构成双端泵浦方式泵浦激光晶体，两个半导体二极管分别输出808nm泵浦光经过非球面光学耦合系统及透镜耦合到激光晶体内，产生的1064nm激光经过由五个平面镜构成的谐振腔进行腔内振荡，并由Q开关进行调制；调制的1064nm基频光两次经过二倍频晶体进行1064nm基频光到532nm倍频光的转换，未完成二次倍频转换的剩余1064nm基频光与532nm倍频光经过三倍频晶体进行和频，得到的355nm紫外激光从三倍频晶体布儒斯特角切割的一面输出。

进一步地，上述的半导体二极管双端泵浦高功率紫外激光器的设计方法，所述的两个半导体二极管均采用输出功率是30W的808nm半导体二极管，其尾纤纤芯直径为400微米，数值孔径NA＝0.22。

更进一步地，上述的半导体二极管双端泵浦高功率紫外激光器的设计方法，所述激光晶体为Nd:YVO4，其晶体尺寸为3×3×15mm³，晶体掺杂浓度为0.3％；或者为Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:Glass等其它激光晶体。

更进一步地，上述的半导体二极管双端泵浦高功率紫外激光器的设计方法，所述二倍频晶体为I类相位匹配方式LBO，其晶体尺寸为3×3×12mm³；或者为II类LBO、II类KTP、II类BBO、II类CLBO。