[发明专利]一种单晶金刚石连续波可调谐深紫外激光器

说明书

技术领域

本发明涉及全固态深紫外激光器，尤其是涉及基于单频蓝光谐振泵浦的一种单晶金刚石连续波可调谐深紫外激光器。

背景技术

激光拉曼光谱(Laser Raman Spectroscopy，LRS)是研究物质分子振动和分子结构的重要工具，随着材料科学、激光、同步加速器技术和纳米技术的重大进展，LSR在物理、化学、生物以及材料科学等领域应用日益广泛。常规LRS以波长大于400nm的激光作为激发源，通常面临荧光干扰和灵敏度不高的困扰，而深紫外激光拉曼光谱(Deep Ultraviolet Laser Raman Spectroscopy,DUVLRS)采用深紫外激发源，当激发波长小于260nm时，可以有效解决荧光干扰问题，且具有更高效率。深紫外激光器是开展深紫外拉曼光谱DUVLRS的核心之一，也是国际光电子领域的科学家和工程技术人员所追求的最重要目标之一。

目前商用的深紫外激光器主要有同步辐射源、准分子激光器(157nm、193nm、248nm等)、倍频氩离子气体激光(229nm、238nm、244nm、257nm等)、掺钛蓝宝石(Ti3+:Al2O3)激光器(193～320nm)、Nd:YAG和Nd:YVO4固体激光(266nm)等(Aadhi A,Apurv Chaitanya N,Singh R P,et al.High-power,continuous-wave,solid-state,single-frequency,tunable source for the ultraviolet[J].Optics Letters,2014,39(12):3410-3413.)。而掺钛蓝宝石和倍频氩离子激光器是DUVLSR主要采用的光源，目前这两种激光器大部分被国外厂家垄断，价格居高不下。例如：美国Coherent公司型号为Innova 300C Moto FreD氩离子激光器，输出功率仅为100mW，但价格在12万美元以上，尽管该激光器可以在229nm和264nm之间进行分离调谐，但每次工作的预热时间都长达一个小时以上。而目前唯一可以进行精细调节的掺钛蓝宝石激光器系统，波长范围可以覆盖193～320nm，在部分波长处的功率也仅有几个mW，调谐范围每变化20～30nm需更换晶体，同时这种系统的价格会更高。

发明内容

本发明的目的在于提供利用单晶金刚石高的受激拉曼增益系数和级联拉曼特性，可实现低阈值连续波拉曼激光运转，通过拉曼激光器腔内倍频与和频，实现可调谐连续深紫外激光输出的一种单晶金刚石连续波可调谐深紫外激光器。

本发明设有456nm单频蓝光激光器、横模匹配透镜、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、倍频晶体、光电二极管和PDH(Pound–Drever–Hall)控制器；所述456nm单频蓝光激光器、横模匹配透镜、第1激光谐振腔镜、倍频晶体、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、激光增益介质、第4激光谐振腔镜从左至右依次设置在第二光轴上；所述光电二极管位于第1激光谐振腔镜左后侧，所述PDH控制器连接光电二极管和第4激光谐振腔镜；第一光轴与第二光轴平行。

所述第4激光谐振腔镜可采用压电陶瓷构成的激光谐振腔镜。

所述第1激光谐振腔镜、第2激光谐振腔镜、第3激光谐振腔镜和第4激光谐振腔镜为一组不同曲率的反射镜，构成拉曼谐振腔。

所述第1激光谐振腔镜左端面镀制456nm处减反射膜，第1激光谐振腔镜右端面镀制480～530nm波长范围内高反射膜、456nm处部分反射膜和220～260nm波长范围内减反射膜。

所述第2激光谐振腔镜左端面镀制450～530nnm高反射膜，220～260nm减反射膜，第2激光谐振腔镜右端面镀制220～260nm减反射膜。

所述第3激光谐振腔镜右端面镀制450～530nm高反射膜。

所述第4激光谐振腔镜左端面镀制450～530nm高反射膜。第4激光谐振腔镜通过PZT(压电陶瓷)构成，通过陶瓷晶体在电压作用下的伸缩特性，控制谐振腔的谐振频率，满足注入蓝光的频率和谐振外腔的本征频率有交集。

所述激光增益介质可采用CVD单晶金刚石，采用<110>方向的切割，泵浦光的偏振方向与<111>方向平行。