[发明专利]高功率纳秒腔外五倍频激光器

说明书

本发明涉及到激光领域，尤其涉及到固体纳秒高次倍频领域的设计。首先，两个光纤耦合模块输出高功率878nm或者888nm的泵浦光，经过耦合装置后汇聚到激光晶体中，通过多个透镜来补偿激光晶体的热透镜效应，使其能够在高功率泵浦光的作用下产生高功率纳秒激光。其次，在激光腔体内放置和频晶体一，和频晶体二，利用腔内高峰值功率特性来产生高功率的二三倍频激光的输出。然后，将输出的高功率二三倍频激光在激光腔体外部进行偏振态和光斑尺寸的调整。最终，合束后的光通过和频晶体后产生高功率的纳秒五倍频激光。利用本发明结构可以很轻松的获取1um波段的五倍频激光，克服了五倍频激光产生需要皮秒、飞秒或者大能量激光等复杂设备，能够高效可靠的产生高功率的纳秒五倍频激光，具有广泛的应用场景。

技术领域

本发明涉及到激光领域，尤其涉及到固体纳秒高次倍频领域的设计。

背景技术

210nm波段的深紫外光源在半导体光刻，高密度存储，精细材料加工，高精度光谱分析等诸多领域有重要的应用。早期的深紫外激光器主要采用ArF准分子气体激光器，但是此激光器存在造价高，重频低，线宽宽，光束质量差等缺点。而固体纳秒五倍频213nm深紫外激光器可以很好解决准分子激光器的问题，具有成本低，重频高，线宽窄，光束质量优异等特点。所以一种结构简单，稳定性高的纳秒级别的五倍频深紫外激光器的研发，必将对半导体等行业具有极大的推进作用。

发明内容

相对于皮秒紫外、飞秒紫外等复杂装置，本发明设计一款结构简单，可靠性高的高功率纳秒腔外五倍频激光器。深紫外五倍频的技术路线有两种，分别为：基频光和四倍频光和频产生五倍频；二倍频光和三倍频光和频产五倍频。对于纳秒紫外激光器来说，产生三倍频激光，相对于四倍频激光来说不仅相应倍频效率高，而且光束质量更好，使用寿命长。所以本发明使用二倍频光和三倍频光和频来产生五倍频激光。

本发明从工作原理上主要为两部分组成，第一部分为高功率纳秒二三倍频产生系统，采用高功率878nm或者888nm的泵浦激光双端泵激光晶体来产生高功率的二三倍频光；第二部分为二三倍频光的腔外和频来产生深紫外的五倍频和频系统。

所述的高功率纳秒二三倍频光产生系统，其特征在于，所述系统为高功率双端泵泵浦系统，其由全反镜（11），Q开光（12），透镜（131），激光晶体（14），透镜（132），二向色镜（15），和频晶体一（16），和频晶体二（17），多波长反射镜（18）和高功率泵浦源组成。

其中，在高功率纳秒二三倍频产生系统中，两个高功率泵浦分别通过耦合系统（191），耦合系统（192）汇聚在激光晶体（14）内。泵浦系统采用878nm或者888nm的泵浦光，用于减少激光晶体的量子亏损，能够产生更高的泵浦功率。

其中，在高功率纳秒二三倍频产生系统中，激光晶体（14）为掺杂钕粒子晶体，激光晶体长度约为50mm，用于泵浦光的完全吸收，相应晶体浓度根据设计要求进行调整。

其中，在高功率纳秒二三倍频产生系统中，激光透镜（131）和（132）可以为平凸或相应曲率透镜，根据需求调节镜片曲率和镀膜要求，主要目的为了补偿晶体热焦距和折叠、压缩光路。

其中，在高功率纳秒二三倍频产生系统中，和频晶体一（16），和频晶体二（17）为三倍频晶体和二倍频晶体，和频晶体二（17）使用LBO晶体进行I类相位匹配进行倍频；和频晶体一（16）使用LBO晶体进行II类相位匹配进行和频，二三倍频晶体选择不仅仅限于LBO晶体，具有相同功能的晶体都在本发明包含范围内。所有晶体放置于使用TEC精确控温的装置中，用于对出光功率的精确控制。

其中，在高功率纳秒二三倍频产生系统中，二向色镜（15）为低通滤光片，用于让基频光在腔内振荡，而让高次和频光通过二向色镜（15）出射，便于后续和频。多波长反射镜（18）为多点高反镜，用于反射基频光和倍频光。