用于產(chǎn)生電磁輻射的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生電磁輻射的裝置，所述裝置包括：產(chǎn)生具有基波波長的第一輻射(7)的光源(1)；光學諧振器(2)，第一輻射(7)在該諧振器(2)中循環(huán)；和位于該諧振器(2)中的倍頻器(8)，其將第一輻射(7)至少部分地轉(zhuǎn)化成具有二次或者高次諧波波長的第二輻射(9)，其中所述倍頻器(8)包括至少一個非線性晶體(10)。本發(fā)明提出被第一輻射(7)和第二輻射(9)穿過的至少一個分光元件(12)耦合到非線性晶體(10)，其中第一輻射(7)和第二輻射(9)分別朝不同的空間方向離開該分光元件(12)。
【專利說明】用于產(chǎn)生電磁輻射的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生電磁輻射的裝置，所述裝置包括產(chǎn)生具有基波波長的第一福射的光源，第一福射在其中循環(huán)的光學諧振器，和位于該諧振器中將第一福射至少部分地轉(zhuǎn)化成具有二次或者高次諧波波長的第二輻射的倍頻器，所述倍頻器包括至少一個非線性晶體。
【背景技術(shù)】
[0002]這種裝置是從現(xiàn)有技術(shù)中已知。從光源通常是激光器中發(fā)出的輻射耦合進入光學諧振器中。光學諧振器在基波波長時是共振的，因而諧振器引發(fā)諧振器中輻射強度的過量增加。位于諧振器中的是被充以在諧振器中循環(huán)的第一輻射的倍頻器。該倍頻器的非線性晶體以非線性磁化系數(shù)為特征。該特征是用于由第一輻射產(chǎn)生具有二次或者高次諧波波長的第二輻射。為了達到這個效果，倍頻器的非線性晶體被布置并且定向在與相位對準條件對應(yīng)的諧振器的光路中。
[0003]近來，已知基于上述原理該裝置容許產(chǎn)生在紫外光譜范圍(250nm或更短)內(nèi)的電磁福射。適當?shù)姆蔷€性晶體，例如，還包括硼酸鋇(barium borate) (BBO)或氟硼酸鉀鈹(potassium beryllium fluoroborate) (KBBF)。波長轉(zhuǎn)化后的福射，即，來自于光學諧振器的第二輻射通常是通過具有現(xiàn)有技術(shù)裝置的二色性裝置(dichroic)實現(xiàn)耦合輸出。其存在的問題在于二色性裝置中的紫外輻射的吸收和散射損耗變得很高，同時在產(chǎn)生紫外光譜范圍內(nèi)的波長轉(zhuǎn)換輻射時發(fā)生波長組合。此外，通常商業(yè)上可獲得的二色性裝置的涂層在紫外波長范圍內(nèi)不耐久變得明顯。這造成了涂層的退化從而引起該裝置的過早損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在這一背景下，本發(fā)明的目的是提供一種用于產(chǎn)生波長轉(zhuǎn)換的電磁輻射的裝置，該裝置能產(chǎn)生在紫外光譜范圍內(nèi)的二次或高次諧波波長的輻射，并且不會出現(xiàn)本文上述的問題。
[0005]本發(fā)明通過將至少一個分光元件耦合到非線性晶體而實現(xiàn)該目的，第一和第二輻射通過所述分光元件，同時第一和第二輻射分別沿著不同的空間方向離開該分光元件。
[0006]本發(fā)明是基于采用分光元件代替了至今常用的二色性裝置，所述分光元件使得第一和第二輻射沿著不同的空間方向傳播。不同的空間方向使得第一和第二輻射在空間上分離。該分離可以用于將第二輻射從該光學諧振器耦合出去。
[0007]在非線性晶體內(nèi)部，在第一輻射和第二輻射的傳播方向之間呈一定角度。該角度也被稱為“離散角”。因此，第一輻射和第二輻射這兩束光束的空間分離在非線性晶體內(nèi)已經(jīng)產(chǎn)生了。第一和第二輻射在傳統(tǒng)的裝置中，即不采用該具有創(chuàng)造性的分光元件的裝置中，平行地離開非線性晶體，因為第二輻射的波矢與第一輻射的傳播方向是共線的，并且因為第一和第二輻射在離開非線性晶體時在該晶體/空氣(或晶體/真空)界面上發(fā)生折射。因此，第一和第二輻射在傳統(tǒng)的裝置中已經(jīng)產(chǎn)生空間分離，但是采用常見厚度的晶體例如厚度為20毫米時，輸出的光軸之間的距離通常只達到幾百ym。該微小的光束位移不足以將第二輻射從光學諧振器中耦合輸出。此外，應(yīng)當考慮的是第二輻射的光束橢圓(beamellipsis)到達第一輻射內(nèi)使得空間分離(即使其是幾何學上可能的)會引起實質(zhì)上的性能損耗。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，耦合到非線性晶體并且被第一和第二輻射穿過的分光元件目前被實現(xiàn)。分光元件設(shè)計成使得第一和第二輻射離開分光元件后的傳播方向呈一定角度，該角度大于0°，優(yōu)選大于5°。第一輻射和第二輻射因此分開。這可以用于將第二輻射從光學諧振器中I禹合輸出。
[0009]在一優(yōu)選實施例中，該光學諧振器具有兩個或更多個反射器，其根據(jù)第一和第二輻射離開分光元件的空間方向而被布置、對準和/或整形為使得只有第一輻射在該光學諧振器中循環(huán)而第二輻射從該光學諧振器中離開。例如，這能夠通過以這種方式布置、對準和/或整形其中至少一個反射器使其僅反射第一輻射并使第二輻射通過該反射器而實現(xiàn)。為了該目的，一種稱為D形(D-Cut)的反射鏡可用作反射器。只反射第一輻射而使第二輻射通過的任何形狀的反射鏡都是可能的。
[0010]在該創(chuàng)造性裝置的一個優(yōu)選實施例中，分光元件是對于第一和第二輻射透明的本體，所述本體結(jié)合到非線性晶體的表面上，同時分光元件的材料對于二次或高次諧波波長的折射率不同于非線性晶體的材料的折射率。例如，分光元件的材料的折射率可適應(yīng)對于基波波長的折射率，而分光元件的材料對于二次或高次諧波波長的折射率偏離非線性晶體的材料的折射率。這導致第一和第二輻射分別朝向不同的空間方向離開分光元件。第二輻射在非線性晶體內(nèi)對應(yīng)于相對于第一輻射的離散角前進。第二輻射接著在通過非線性晶體進入分光元件時產(chǎn)生折射，因為對于二次或高次諧波波長，非線性晶體的和分光元件的折射率是不相適應(yīng)的。這一效果還要由在從分光元件到周圍空氣(或到真空)的過渡處發(fā)生的另外的折射而增強。
[0011]如果非線性晶體的材料是例如氟硼酸鉀鈹，那么對于382/191nm的基波和諧波波長的波長組合的離散角為3.6°。通過本創(chuàng)造性分光元件，第一和第二輻射在離開分光元件時的傳播方向之間的夾角可以增大到8度，否則兩光束平行地在該晶體外側(cè)傳播。僅20毫米的傳播距離之后，會導致超過2.5毫米的光束位移。該距離足以使第一和第二輻射有效地分離，而不產(chǎn)生任何明顯的性能損耗。
[0012]優(yōu)選地，分光元件的材料對于基波波長的折射率小于非線性晶體的材料的折射率。如果分光元件的材料對于高次諧波波長的折射率同時大于非線性晶體的折射率，則能夠獲得第一和第二輻射的傳播方向之間的最大角度。
[0013]在一個實際的配置中，分光元件可以是棱鏡，因而其對第一和第二輻射的波長是透明的，其中如果可能的話，分光元件的材料的和非線性晶體的材料的折射率是彼此協(xié)調(diào)的，以上述的方式。分光元件的棱鏡的角度能夠便利地設(shè)計成用于調(diào)整非線性晶體的相位對準條件。
[0014]該創(chuàng)造性裝置尤其適合用于產(chǎn)生紫外光譜范圍內(nèi)的電磁輻射，即基波波長高達500nm,優(yōu)選高達400nm,其二次或高次諧波波長高達250nm,優(yōu)選高達200nm。
【專利附圖】

【附圖說明】[0015]本發(fā)明的實際示例將基于附圖在下文進行更詳細的闡述，其中
[0016]圖1是創(chuàng)造性裝置的示意圖。
[0017]圖2是根據(jù)本發(fā)明的分光元件和非線性晶體中的光路的表現(xiàn)。
【具體實施方式】
[0018]圖1是用于產(chǎn)生電磁輻射的創(chuàng)造性裝置的示意圖，該裝置包括光源I。光源I是發(fā)射基波波長在可見光或紫外光譜范圍內(nèi)例如382nm的輻射的激光器。該第一輻射耦合進入光學諧振器2。所描述的實際示例是一個由四個反射器(反射鏡)3，4，5和6組成的稱為蝴蝶結(jié)配置的諧振器。耦合進入諧振器2的第一輻射被指定參考標記7。位于諧振器2內(nèi)的是倍頻器8，其將第一輻射7轉(zhuǎn)換為具有二次或高次諧波波長的第二輻射9，倍頻器包括至少一個非線性晶體以及分光元件，它們未在圖1中更準確地示出。第一和第二輻射7，9朝著不同空間方向離開倍頻器8，如圖1中指示性示出。第一輻射7和第二輻射9的傳播方向在倍頻器8的出口處形成夾角α。如圖1中指示性示出的反射鏡6整形成使其僅反射第一輻射7而允許第二輻射9通過。在這種方式下，得以實現(xiàn)僅第一輻射7在諧振器2中循環(huán)，而第二輻射9離開諧振器2。
[0019]圖2是該創(chuàng)造性裝置的倍頻器8的詳細視圖，表現(xiàn)了在倍頻器8中的第一輻射7和第二輻射9的光路。實際的非線性晶體為KBBF晶體，由參考標記10指定。在輻射輸入和輸出處，一個棱鏡11和/或12分別結(jié)合到非線性晶體10上，例如，通過單純地光學接觸，或者通過采用適當?shù)恼澈蟿┗蛞后w以形成晶體10分別地與棱鏡11和12之間的過渡。位于光束的入口和出口側(cè)的棱鏡11和/或12的角度選擇為使得相位對準條件得到滿足。因此，非線性晶體10將具有基波波長382nm的第一輻射7轉(zhuǎn)換成具有二次諧波波長191nm的第二輻射。
[0020]圖2指示性示出了棱鏡11和12在輻射入口和/或出口具有端面13和/或14使得輻射以布魯斯特角進入和/或離開。
[0021]從左側(cè)進入倍頻器8的輻射在棱鏡11和非線性晶體10之間的界面上發(fā)生折射。能夠看到的是，非線性晶體10的材料對于基波波長具有比棱鏡11的材料大的折射率。第二輻射9通過頻率轉(zhuǎn)換產(chǎn)生于非線性晶體10中。對應(yīng)于離散角，第一輻射7和第二輻射9在非線性晶體10中朝不同方向傳播。在非線性晶體10和棱鏡12之間的界面上再次發(fā)生折射。在棱鏡12中，第一輻射7的傳播方向再次與第一幅射光7進入倍頻器8時的傳播方向平行。棱鏡12對于第二輻射9的高次諧波波長的折射率比該晶體10的材料的折射率大。其效果就是如圖2中所示發(fā)生再次折射使得最終第一輻射7和第二輻射9之間生成夾角a。棱鏡12在本發(fā)明的意義上代表分光兀件。
[0022]還應(yīng)當注意的是，由于缺乏顯示的不同可能性，在圖1的示意圖中并沒有精確地反映事實。在圖1中的諧振器中的光束平面和圖2所示的通過倍頻器8的截平面是互相垂直的。這意味著圖1中所示的第二輻射9不在諧振器2內(nèi)的光束平面內(nèi)而是從該平面偏轉(zhuǎn)出去(由圖1的顯示平面向前或向后)。第一輻射7和第二輻射9的傳播方向，如上文所概述的，在倍頻器8的出口處形成夾角a。這就是在諧振器2 (顯示平面內(nèi)的)內(nèi)的光束平面和第二輻射9之間的夾角。如上文已概述的，反射鏡6也被整形成使得其僅反射第一輻射7并允許第二輻射9通過。為了達到該效果，反射鏡6相對于圖1的顯示平面位于前方或后方的某一位置處可以有適當?shù)陌歼M或者被切除(即，在如圖1所指示性示出的顯示平面內(nèi)不是在其上端)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于產(chǎn)生電磁輻射的裝置，所述裝置包括:產(chǎn)生具有基波波長的第一輻射(7)的光源⑴；第一輻射(7)在其中循環(huán)的光學諧振器(2);和位于所述諧振器(2)中的倍頻器(8)，其將第一輻射(7)至少部分地轉(zhuǎn)化成具有二次或者高次諧波波長的第二輻射(9)，其中所述倍頻器(8)包括至少一個非線性晶體(10);其特征在于， 被第一輻射(7)和第二輻射(9)穿過的至少一個分光元件(12)耦合到所述非線性晶體(10)，其中，第一輻射(7)和第二輻射(8)分別朝不同的空間方向離開所述分光元件(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述諧振器(2)由兩個或更多個反射器(3,4,5,6)組成，所述兩個或更多個反射器根據(jù)第一和第二輻射(7，9)離開分光元件(12)的空間方向而被布置、對準和/或成形為使得僅第一輻射(7)在所述光學諧振器(2)中循環(huán)并且所述第二輻射(9)離開所述光學諧振器(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述反射器(6)中的至少一個被布置、對準或成形為使得其僅反射第一輻射(7)并且使得第二輻射(9)通過所述反射器。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求1到3中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述分光元件(12)是對于第一和第二輻射(7，9)透明的本體，所述本體結(jié)合到所述非線性晶體(10)的表面上，其中所述分光元件(12)的材料對于二次或高次諧波波長的折射率與所述非線性晶體(10)的材料的折射率不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述分光元件(12)的材料對于基波波長的折射率小于所述非線性晶體(10)的材料的折射率。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于，所述分光元件(12)的材料對于二次或高次諧波波長的折射率大于所述非線性晶體(10)的材料的折射率。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求1到6中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述分光元件(12)是棱鏡。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求1到7中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述非線性晶體(10)的材料是硼酸鋇(BBO)或者氟硼酸鉀鈹(KBBF)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求1到8中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述基波波長高達500nm,優(yōu)選高達400nm,其中二次或者高次諧波波長高達250nm,優(yōu)選高達200nm。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求1到9中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二輻射(7，9)離開所述分光元件(12)的空間方向形成至少5°的夾角α。
【文檔編號】G02F1/37GK103682972SQ201310511988
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月25日
【發(fā)明者】M·肖爾茨 申請人:Toptica光電公司