[发明专利]一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，特别是一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器。

技术背景

紫外激光器一直是固体激光器领域的技术难点，但因其在很多实际应用中有广泛的需求，所以紫外激光器已成为人们研究的热点。目前市场上大部分的端面泵浦紫外激光器都是腔内和频方式。这种方式结构紧凑，光束质量较好，效率较高；基于端面泵浦技术的紫外激光器大多采用腔内倍频、和频的方式实现，可以利用腔内的高功率密度获得较大的紫外激光输出，但是这种方式仍然不能将倍频激光完全转化为紫外激光，剩余的倍频激光容易造成腔内元件的损坏，影响激光器的稳定性。为了满足对不同材料选择性的加工，通常需要不同波长的激光器。尤其是需要倍频激光和紫外激光交替加工时，不得不使用两台激光器交替使用。系统复杂性较高，不仅增加了成本，还增加了工序。利用棱镜分光的方式将倍频激光和紫外激光输出腔外的方法，可得到较为纯净的紫外激光和倍频激光，但由于一般材料的色散角度并不很大，要将基频激光、倍频激光和紫外激光分离必须增大传播距离，从而增加了系统的体积。同时棱镜角度调整比较敏感，容易使谐振腔失调，对机械固定精度要求较高。另外，单个棱镜会使原本圆形激光束变成椭圆的激光束，因此还得使用棱镜对补偿像差。

发明内容

本发明的目的正是为了解决上述现有技术中所存在的诸如稳定性较差、利用效率不足和光束质量较差等问题而提供的一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器。该激光器结构灵活简单，采用双次谐波分离技术，将倍频激光和紫外激光分别输出。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，其原理是：利用对称折叠腔以减小热透镜效应的影响，同时利用耦合系统实现泵浦光束在激光晶体内的束腰和位置与振荡基频激光的基模尺寸相匹配，使得大部分泵浦能量转换为基模振荡，从而使输出基频光获得较好的光束质量和较高的功率稳定性。利用激光谐振腔内放置的调Q开关，获得高重复频率和短脉冲宽度的近基模基频激光，基频激光通过放置在腔内的倍频晶体，产生绿光二次谐波；剩余的基频激光和绿光二次谐波再经过放置在腔内的和频晶体，产生三次谐波紫外激光。然后，放置在腔内的谐波分离镜将三次谐波紫外激光反射输出，而透过基频激光和倍频激光。剩余的倍频激光通过组成谐振腔的一个腔镜输出，可与紫外激光形成双路输出。

一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，它包括激光泵浦源(1)、光学耦合系统、激光谐振腔、激光晶体(8)、调Q开关(9)、倍频晶体(11)、和频晶体(12)、谐波分离镜(6、13)、转向镜，其特征是，激光谐振腔为“V”型或“L”型或“Z”型折叠腔结构，以“V”型折叠腔为例，其光路成“V”形，沿基频光(10)光路由全反镜(7)，腔镜(5)和谐波分离镜(6)构成；倍频晶体(11)、和频晶体(12)、激光晶体(8)、谐波分离镜(13)和调Q开关(9)放置在谐振腔内；转向镜(14、16、17)放置在谐振腔外；由激光泵浦源(1)产生的泵浦光(2)通过光学传输和耦合系统的准直聚焦，再经过“V”型折叠腔拐角处的腔镜(5)入射到激光晶体(8)内部并被激光晶体(8)充分吸收；谐振腔的振荡阈值由放置在谐振腔内的调Q开关(9)调制，然后形成脉冲输出的基频激光(10)；基频激光(10)经过倍频晶体(11)产生倍频绿光，剩余的基频激光和倍频绿光再经过和频晶体(12)产生紫外激光(15)；紫外激光(15)经过谐波分离镜(13)和转向镜(14)调整输出方向；剩余的倍频绿光(18)经过谐波分离镜(6)和转向镜(16、17)调整输出方向。

本发明所述的一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其激光谐振腔为“V”型或“L”型或“Z”型折叠腔结构，分别如图1、图5、图6所示。

本发明所述的一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其谐波分离镜(13)为45度紫外激光全反镜，并透过基频激光和倍频激光；谐波分离镜(6)为0度基频激光全反镜，并透过倍频激光。

本发明所述的一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其激光泵浦源为半导体激光二极管，可以是一个泵浦源单端泵浦——如图1和图5所示，也可以是两个泵浦源双端泵浦，如图6所示；泵浦源可以是光纤耦合模块——如图3所示，也可以是Bar条直接泵浦——如图4所示。

本发明所述的一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其折叠腔可以等效为线性直腔结构，激光晶体吸收泵浦光源的一部分能量将转化为热量，经过冷却在晶体内部形成非均匀温度分布，其效果等效为一个聚焦透镜，称为热透镜效应。

本发明所述的一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其放置在腔内的调Q开关(9)为声光调Q器件或电光调Q器件或被动调Q器件。