[发明专利]基于掺Nd3+增益介质的腔内和频连续波紫外激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种全固态紫外激光器，尤其是涉及一种基于掺Nd³⁺增益介质的腔内和频连续波紫外激光器。

背景技术

紫外激光器具有波长短、易聚焦、能量集中、分辨率高等优点，在光谱学、光学信息存储、精密材料加工、光印刷、医疗等方面具有广泛的用途。与传统紫外波段的准分子激光器相比，激光二极管抽运的全固态紫外激光器由于具有效率高、体积小、性能稳定等诸多特点，已成为紫外激光器发展的主要方向。全固态紫外激光器主要是利用非线性晶体进行腔外或腔内频率转换来实现的。目前，国内外已有大量关于紫外激光器的文献报道，它们利用掺钕的材料作为激光增益介质，实现能级⁴F_3/2到能级⁴I_13/2或能级⁴F_3/2到能级⁴I_11/2的跃迁，得到基波后采用先倍频再和频技术获得440nm和350nm附近的蓝光(X.P.HU，G.ZHAO，“High-power，blue-light generationin a dual-structure，periodically poled，stoichiometric LiTaO3 crystal”，Appl.Phys.B 87，91-94(2007))和紫外激光(B.Yong，F.Yan，“High-average power THG of adiode-pumped Nd:YAG laser at 355nm generated by LiB3O5 crystal”，Chinese Optics Letters，Vol.1 Issue 2，pp.91-92(2003))。但利用掺钕激光增益介质能级⁴F_3/2到能级⁴I_9/2的跃迁获得紫外激光的文献报道却相对缺乏。掺钕离子激光增益介质主要存在三条主要的跃迁谱线，⁴F_3/2到⁴I_13/2，⁴F_3/2到⁴I_11/2，⁴F_3/2到⁴I_9/2，分别对应的跃迁的波长在1.3μm、1.06μm和0.9μm。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于掺Nd³⁺增益介质的腔内和频连续波紫外激光器。

本发明设有激光二极管泵浦源、光学准直聚焦系统、第1激光谐振腔镜、第2激光谐振腔镜、第3激光谐振腔镜、第4激光谐振腔镜、激光增益介质、二次谐波晶体和三次谐波晶体；所述激光二极管泵浦源、光学准直聚焦系统、第1激光谐振腔镜、激光增益介质和第2激光谐振腔镜从左至右依次设置在第一光轴上，所述第3激光谐振腔镜、三次谐波晶体、二次谐波晶体和第4激光谐振腔镜从左至右依次设置在第二光轴上；第2激光谐振腔镜、第3激光谐振腔镜、第4激光谐振腔镜与第1激光谐振腔镜构成激光器的谐振腔，所述谐振腔为Z型折叠谐振腔。

激光二极管泵浦源发出的泵浦光经光学准直聚焦系统对激光增益介质进行端面泵浦；在Z型折叠谐振腔内，由于谐振腔镜对基波光和二次谐波的高反射，促使谐振腔内部的功率密度增强，基波在二次谐波晶体内倍频，产生蓝色激光，该蓝光与剩余的基波在三次谐波晶体内和频，产生紫外三次谐波输出。谐振腔镜对二次谐波即蓝光的高反射，可以充分利用二次谐波在谐振腔内的往返增强作用，最后提高三次谐波的转换效率。

所述激光二极管泵浦源可为激光二极管，激光二极管阵列或光纤耦合输出的激光二极管阵列等，泵浦光峰值输出波长为0.81μm或0.88μm，泵浦光经过准直聚焦系统后聚焦到激光增益介质中。

所述激光增益介质可采用掺Nd³⁺的激光增益介质，所述掺Nd³⁺的激光增益介质可选自Nd:YVO4、Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:YAP、Nd:GdVO4等中的一种，或采用把一块激光增益介质和一块或者两块纯的非掺杂同质基底材料通过键合技术实现稳固结合的键合晶体，所述激光增益介质中Nd³⁺的掺杂浓度范围可为0.1％～10％，晶体横截面的尺寸可为谐振腔中基波激光光斑直径的2～10倍。