專利名稱：高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及三次諧波紫外固體激光的產(chǎn)生方法。
背景技術(shù)：
由于紫外固體激光具有高分辨和對(duì)材料強(qiáng)吸收的特點(diǎn)，近幾年來在國際上發(fā)展極為迅速。波長(zhǎng)為355nm的NdYAG和NdYVO4三次諧波激光加工機(jī)已主導(dǎo)了精細(xì)加工，特別是用于多層、高密度印刷電路板(PCB)的精密打孔設(shè)備市場(chǎng)。在特種材料打標(biāo)、集成電路修復(fù)、生物熒光分析、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、DNA分析等的應(yīng)用上，也顯示出巨大優(yōu)勢(shì)。
另外，三次諧波是產(chǎn)生高次諧波的中間手段。三次諧波與基波混頻產(chǎn)生的四次諧波可用于平面液晶顯示的薄膜晶體管(TFT)切割，通訊光纖的光柵制造，在精密機(jī)械制造中進(jìn)行紫外凝膠三維立體制模。三次諧波與二倍諧波混頻產(chǎn)生的五次諧波深紫外激光，在高密度集成電路制造中用于掩膜修復(fù)、光阻材料刻蝕，在半導(dǎo)工業(yè)中用于基片缺陷檢查，在眼科上用于矯正近視眼視力的眼膜手術(shù)。
常用的三次諧波固體激光的產(chǎn)生是在激光諧振腔外進(jìn)行，見美國專利(US.PATENT NO6115402、5835513、5742626、5144630及中國公開號(hào)為130311、1058740、1288275專利)。利用一臺(tái)紅外激光產(chǎn)生技術(shù)作為光源，輸出的紅外激光作為基波射入倍頻非線性晶體產(chǎn)生二次諧波光，此倍頻光與未被轉(zhuǎn)換的基波光一起作用到三次諧波非線性晶體上進(jìn)行混頻，產(chǎn)生三倍頻激光輸出。這種方法產(chǎn)生的三次諧波光較穩(wěn)定，易于調(diào)試，因?yàn)槎额l晶體和三倍頻晶體均在腔外，其機(jī)械溫度變化導(dǎo)致的位相失配、光路變化、損耗、功率起伏等，均不影響基波，即紅外激光振蕩器的輸出性能。問題是很難同時(shí)達(dá)到高效率和高功率的三倍頻效果。其原因有三點(diǎn)①入射的基波功率低。通常紅外激光產(chǎn)生技術(shù)的輸出耦合率約為20％，即腔外的基波功率僅為腔內(nèi)基波功率的1/5，而諧波效率與入射基波功率的平方成正比，因而腔外諧波使轉(zhuǎn)換效率受限。②為了提高腔外諧波的轉(zhuǎn)換效率，通常采用透鏡聚焦以增強(qiáng)基波的功率密度。但聚集光束會(huì)造成非線性晶體表面光學(xué)增透膜層和晶體本身的破壞，從而使諧波輸出總功率受限。③在腔外混頻為單程行為，即基波和二次諧波一次性通過三倍頻晶體，未轉(zhuǎn)換為三次諧波的基波和二倍頻光全部被浪費(fèi)掉。
為了利用被轉(zhuǎn)換的倍頻光，公開號(hào)為1288275號(hào)專利在腔外附加了一個(gè)二倍頻反射子腔，以增強(qiáng)混效效果。但由于其基波為單向傳輸光，所以混頻的利用率仍然有限。
為了充分利用基波功率，近年來腔內(nèi)混頻進(jìn)展迅速。腔內(nèi)三次諧波產(chǎn)生可分為兩類，其一為振蕩基波+雙程二倍頻→單程三倍頻見中國公開號(hào)為2351897、1285636及美國PANTENT NO6241720、6229859、6002695號(hào)專利。專利2351897和6241720是透射式腔耦合輸出三倍頻光。專利6229859和6002695是用腔內(nèi)插入棱鏡色散法分離三倍頻光。在這類腔內(nèi)三次諧波產(chǎn)生方法中，基波為腔內(nèi)振蕩光。利用對(duì)基波和二倍頻光全反射的端面反射鏡，使雙向產(chǎn)生的二倍頻光單向入射到三倍頻晶體進(jìn)行混頻，單向輸出三次諧波光，其效率比腔外混頻要高。但三次混頻后未被轉(zhuǎn)換的二倍頻光仍然被損失掉，從而使其效率提高受限。
專利1285636和5898717則采45°角折疊腔結(jié)構(gòu)輸出三倍頻光，這種結(jié)構(gòu)使三倍頻光有較大的偏振耦合損耗。因?yàn)?5°角反射鏡必須按有利于基波偏振光全反射的角方位設(shè)置，使基波偏振損耗最小，以形成強(qiáng)的基波振蕩。但在這類專利中，采用的是I類二倍頻晶體和II類三倍頻晶體結(jié)構(gòu)，其二倍頻光的偏振方向與基波重直，而三倍頻光的偏振方向與基波偏振方向平行。根據(jù)光學(xué)原理，當(dāng)大角度反射一種線偏振光時(shí)，只有與入射面相平行的線偏振光相適合同時(shí)透過，而與入射面相垂直的線偏振光不容易透過。
為了彌補(bǔ)這種線偏振耦合損耗，專利[14]采用二倍頻晶體和三倍頻晶體串接并插入波片，減去了偏振耦合損耗。但是這種方法仍然不能利用未被轉(zhuǎn)換的二次諧波光，因?yàn)槿绻梅瓷溏R把單次混頻后剩余的二次諧波光反射回來再次作用到三倍頻晶體時(shí)，反向輸出的三次諧波光將通過波片和二倍頻晶體，會(huì)造成波片和二倍頻晶體及表面增透膜層的強(qiáng)吸收以至損傷。由于只使用了單向次混頻，因此，這種方法也不能使三次諧波達(dá)到很高的效率和很高的功率。
另一腔內(nèi)三次諧波產(chǎn)生方法為振蕩基波+多程二倍頻→多程三倍頻美專利PATENT NO5278852、5943351，即在基波振蕩器中加進(jìn)二次諧波子諧振腔或反射鏡，使基波和二次諧波在三倍頻晶體內(nèi)多次往返混頻轉(zhuǎn)換為三次諧波光，這種方法在直線腔結(jié)構(gòu)可達(dá)到很高的轉(zhuǎn)換效率和很高功率的三倍頻激光輸出，因?yàn)?°入射的鏡往對(duì)各種偏振光都有良好的耦合，這種方法使全部二倍頻光都轉(zhuǎn)換為三次諧波光。問題是為了得到高功率三倍頻光輸出，必須插入三倍頻反射鏡，使雙向混頻的三倍頻光變?yōu)閱蜗蜉敵觯虼溯敵龅娜沃C波為雙光束。雖然可以通過調(diào)節(jié)反射鏡盡量使雙光束重疊，但是在激光精細(xì)加工應(yīng)用中，會(huì)出現(xiàn)微偏離的雙光斑焦點(diǎn)，影響加工精度。
為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，美國專利PANTENT NO5943351也設(shè)計(jì)了45°反射折疊腔結(jié)構(gòu)，可以得到單光束輸出。同樣，由于采用了I類二倍頻晶體和II類三倍頻晶體組合，也存在線偏振光耦合損耗問題。該設(shè)計(jì)的45°反射折疊鏡是按有利于基波垂直偏振光方位安置，對(duì)水平偏振的二倍頻光反射，存在偏振反射損耗，對(duì)垂直偏振的三倍頻光透射，也存在偏振耦合損耗。因此，該設(shè)計(jì)是以犧牲效率來達(dá)到單次三次諧波輸出。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明目的是針對(duì)以上各技術(shù)存在的不足，充分利用腔內(nèi)強(qiáng)基波光，利用二次諧波功率進(jìn)行多次混頻、減少偏振光耦合損耗得到單束光輸出等技術(shù)，設(shè)計(jì)一種高效率、高功率、穩(wěn)定和優(yōu)良光束質(zhì)量的三次諧波紫外固體激光產(chǎn)生方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，包括用紅外激光產(chǎn)生技術(shù)作為光源，輸出的紅外激光作為基波射入倍頻非線性晶體產(chǎn)生二次諧波光，此倍頻光與未被轉(zhuǎn)換的基波光一起作用到三次諧波非線性晶體上進(jìn)行混頻，產(chǎn)生三倍頻激光輸入；所述基波與二次諧波在激光諧振腔內(nèi)同方向、同偏振態(tài)、多次往返在三倍頻晶體中混頻，產(chǎn)生高效率三次諧波光。
采用雙波長(zhǎng)波片改變二次諧波線偏振光的偏振態(tài)方向。
所述二次諧波偏振光通過布魯斯特角折疊光路形成低損耗偏振耦合，使二次諧波光構(gòu)成閉路多次內(nèi)全反射。
所述激光產(chǎn)生技術(shù)采用雙方向混頻，單方向反射和布魯斯特角偏振耦合，輸出單束三次諧波光。
所述紅外基波諧振腔設(shè)計(jì)為與激光介質(zhì)熱透鏡平衡高功率密度穩(wěn)定腔結(jié)構(gòu)，并采用多次布魯斯特角的的內(nèi)全反射折疊光路，形成高線偏振度激光振蕩。
紅外基波諧振腔設(shè)計(jì)為與激光介質(zhì)熱透鏡平衡高功率密度穩(wěn)定腔結(jié)構(gòu)，并用多次布魯斯特角的內(nèi)全反射折疊光路，形成高線偏振度激光振蕩。
紅外激光產(chǎn)生技術(shù)為固體激光棒，固體激光棒為兩根串接的高功率密度激光諧振腔中，兩根棒分別置于正交線偏振狀態(tài)，兩棒間設(shè)有半波片達(dá)到切向、橫向應(yīng)力補(bǔ)償。
做為紅外激光產(chǎn)生技術(shù)的固體激光棒為兩根相互串接的高功率密度激光諧振腔中，兩根棒分別置于應(yīng)交線偏振狀態(tài)，在兩棒間設(shè)有半波片達(dá)到切向、橫向應(yīng)力補(bǔ)償。
所使用的三倍頻晶體為I類LBD，或I類BBO、I類CLBO或其它I類非線性晶體，如LiNb3O4。
所使用的三倍頻晶體為I類LBD，或I類BBO、I類CLBO或其它I類非線性晶體，如LiNb3O4。
所使用的二倍頻晶體為I類LBO，或I類BBO或I類CLBO或其它I類非線性晶體。所使用的二倍頻晶體為I類LBO，或I類BBO，I類CLBO或其它I類非線性晶體，如LiNb3O4。
所使用的基波固體激光介質(zhì)為NdYAG，也適用于NdYVO4、NdYLF、NdGlass、YbYAG、ErYAG激光介質(zhì)，或其它激光介質(zhì)，如ErYG，NaGLASS等。
采用泵浦光源為大功率半導(dǎo)體激光二極管列陣側(cè)面泵浦，也適用于二極管端面縱向泵浦，氪燈、氙燈側(cè)面泵浦。
使用的光開關(guān)為聲光開關(guān)，也適用于電光開關(guān)或飽和吸收型被動(dòng)Q開關(guān)。
所使用的固體激光棒是兩根NdYAG棒串接，也適用于NdYLF、NdYVO4或其它激光介質(zhì)串接，或是相同激光波長(zhǎng)的不同介質(zhì)，如NdYLF與NdYVO4串接。
所使用的是布魯斯特角折疊腔結(jié)構(gòu)，也適用于45°角折疊腔或其它角度折疊腔結(jié)構(gòu)。所使用的是布魯斯特角折疊腔結(jié)構(gòu)，也適用于45°角折疊腔或其它角度折疊腔結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明與腔外三次諧波方法相比，充分利用了腔內(nèi)強(qiáng)基波光，提高了轉(zhuǎn)換效率。與第一類腔內(nèi)三次諧波方法相比，充分利用了二次諧波功率進(jìn)行多次混頻，增加了三次諧波的效率和功率；與第二類腔內(nèi)三次諧波方法相比，減少了偏振光耦合損耗，得到單束光輸出，提高了三次諧波的光束質(zhì)量和穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明原理示意圖；圖2為本發(fā)明半導(dǎo)體泵浦固體激光產(chǎn)生技術(shù)的光學(xué)諧振腔模擬計(jì)算結(jié)果圖；圖3為本發(fā)明內(nèi)腔式三倍頻原理示意圖；
圖4為本發(fā)明三次諧波激光的效率和功率累計(jì)計(jì)算結(jié)果圖；圖5為本發(fā)明高效率調(diào)Q半導(dǎo)體泵浦THG激光產(chǎn)生技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明緊湊型6W THG調(diào)Q半導(dǎo)體泵浦激光產(chǎn)生技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明腔內(nèi)紅外、倍頻、三倍頻累次作用的功率密度示意圖；圖8為本發(fā)明腔內(nèi)通過多次作用的三倍頻轉(zhuǎn)換變化示意圖；圖9為本發(fā)明6W泵浦功率所對(duì)應(yīng)的NdYAG三次諧波355nm激光輸出功率和脈沖寬度變化曲線圖；圖10為本發(fā)明不同運(yùn)轉(zhuǎn)重復(fù)頻率所對(duì)應(yīng)的6W三次頻波激光輸出功率和脈沖曲線圖。
具體實(shí)施方法新型高效率、高效率三次諧波紫外固體激光產(chǎn)生技術(shù)結(jié)構(gòu)如圖1所示?；椴ㄩL(zhǎng)1064nm的振蕩器，由大功率激光二極管列陣側(cè)面泵浦的NdYAG棒、Q開關(guān)(QS)、垂直線偏振片(POL)、限模小孔(A)、端面反射鏡(M1、M2)和腔內(nèi)折疊光路布魯斯特反射鏡(M2、M3、M5)組成。計(jì)算和測(cè)量了在不同泵浦功率下，NdYAG棒的熱透鏡效應(yīng)，用光學(xué)矩陣方法計(jì)算了腔內(nèi)高斯模傳遞的空間分布，設(shè)計(jì)了腔長(zhǎng)端面反射鏡曲率，使紅外激光腔在熱透鏡大范圍變化下仍然保持穩(wěn)定的振蕩。計(jì)算結(jié)果如圖2所示。在大功率連續(xù)LD泵浦下，NdYAG的等效熱透鏡焦Fth＝250mm，激光腔保持穩(wěn)定振蕩允許熱透鏡變化范圍為Fth＝180-750mm。限模小孔置于靠近端面反射鏡M1的光腰處，以控制基波激光在單橫模(TEMOO)或低階模振蕩。在靠近端面反射鏡M6的另一光腰處，則放置三倍頻非線性晶體。由于紅外激光腔為封閉或內(nèi)全反射振蕩，且與高功率泵浦的熱透鏡效應(yīng)平衡，因此有很高的腔內(nèi)功率密度。由于腔內(nèi)折疊光路反射鏡均按適合垂直線偏振光全反射的布魯斯物角方位設(shè)置，因此激光腔的線偏振損耗極小，偏振比超過200∶1?；?，二次諧波和三次諧波為低耗偏振耦合，原理如圖3所示。二次諧波波長(zhǎng)532nm，由I類臨界位相匹配非線性晶體LBO(SHG-LBO)、波片(WPλ1064nm & λ/2532nm)、端全反射鏡(M4、M5)和布魯斯特鏡(M3、M5)組成。布魯斯特鏡按適合垂直偏振高反射和水平偏振高透射角方位設(shè)置。M3鍍1064nm(S)高反射和532nm(P)高透鏡雙色膜，M6鍍1064nm(S)高反射、532nm(S)高反射和355nm(P)高透射三色膜。
二次諧波構(gòu)成封閉式低耗偏振耦合內(nèi)全反射，形成過程如下從端鏡M1方向來的垂直偏振基波光，在I類倍頻晶體LBO中產(chǎn)生水平偏振二次諧波光，此水平偏振興經(jīng)過波片(WP)偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°，變?yōu)榇怪逼窆猓c基波偏振態(tài)相同。二次諧波光經(jīng)M5偏振耦合全反射作用到三倍頻晶體上，再從端鏡M6全反射由原光路返回。
同樣，從端鏡M6方向來的基波垂直偏振光，經(jīng)M5全反射到波片(WP)，通過波片后偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)180°，以保持為垂直偏振光。此垂直偏振光基波作用在倍頻晶體LBO上，產(chǎn)生水平偏振二次諧波，該水平偏振光在M3上偏振耦合低耗透過，入射到全反射鏡M4上，也經(jīng)原光路返回。M4的鏡面曲率設(shè)計(jì)為使倍頻光的光腰與基波光腰重合，并均落在三倍非線性晶體中。
三次諧波波長(zhǎng)為35nm，由I類位相匹配晶體LBO(THG-LBO)偏振耦合輸出鏡M5和反射鏡M6組成，為單端開式反射腔結(jié)構(gòu)。具有低損耗，單光束輸出特點(diǎn)。形成過程如下從波片(WP)方向來的基波垂直偏振興和二次諧波垂直偏振興入射到從原光路返回，經(jīng)M5低耗偏振耦合輸出，未被混頻轉(zhuǎn)換的基波和二次諧波也由M6反射再次作用三倍頻晶體，再次產(chǎn)生的三次諧波光通過M5耦合輸出，而剩余的基波和二倍頻光M5反射和M3偏振分離，分別反射到M1和M4兩端全反射鏡，并再次折返。由于基波為閉路振蕩光，二倍頻為閉路多次內(nèi)全反射光，而且兩種光同方向、同偏振態(tài)、共光腰作用在三倍頻晶體上，多次往返在三倍頻晶體中混頻，因此產(chǎn)生很高效率的三次諧波激光輸出。
用NLO程序和多次混頻光強(qiáng)疊加法，計(jì)算了三次諧波激光的效率和功率如圖4所示。光源為一臺(tái)Q一開關(guān)NdYAG紅外低模線偏振輸出激光產(chǎn)生技術(shù)。改輸出耦合為紅外閉腔振蕩后，腔內(nèi)基波初始功率密度為3MW/cm2，計(jì)算了逐次，逐級(jí)產(chǎn)生二倍頻、三倍頻時(shí)，基波、二次諧波和三次諧波功率密度變化，倍頻效率和混頻效率。每次混頻的功率分量呈非線性遞減曲線，而逐次混頻的累結(jié)功率的1.96倍，為兩次混頻功率的1.33倍?；ǖ蕉额l的轉(zhuǎn)換效率為83％，二倍頻到三倍頻的轉(zhuǎn)換效率為61％，三次諧波功率輸出8.6W。光束質(zhì)量M2≤3.4，用小孔限?？梢缘玫絋EMOO模三倍頻光輸出，功率大于5W，M2≤1.5.
為了實(shí)現(xiàn)更高功率的三次諧波激光輸出，必須進(jìn)一步增加腔內(nèi)基波功率密度，設(shè)計(jì)的光路如圖5所示。在更大功率的LD泵浦下，固體激光介質(zhì)在軸向和徑向均有很大的熱效應(yīng)。其軸向熱透鏡效應(yīng)可用光學(xué)矩陣程序模擬計(jì)算腔長(zhǎng)和端反射鏡曲率達(dá)到腔內(nèi)基波穩(wěn)定振蕩。而徑向熱效應(yīng)造成的徑向和切向應(yīng)力雙折射，可采用二根NdYAG棒串接加半波片方式互補(bǔ)消除。
用兩個(gè)正交的布魯斯特角起偏器分別置于棒的兩端。使兩根NdYAG棒分別處于垂直偏振和水平偏振狀態(tài)。在兩根棒之間插入基波半波片(HWP)，由于半波片的90°旋光作用，使兩個(gè)處于正交偏振態(tài)的激光介質(zhì)的徑向和切向應(yīng)力互相抵消，形成高功率密度穩(wěn)定的基波振蕩。二次諧波與三次諧波產(chǎn)生方法仍與前同。計(jì)算了基波、諧波參數(shù)，用二根NdYAG棒串接，可以得到18W以上低階模355nm激光輸出和超過12W的TEMOO模輸出。如果用兩根NdYLF棒串接，可以得到20W以上的多模351nm激光輸出，或大于10W的單橫模激光輸出。
為了縮小激光產(chǎn)生技術(shù)體積，設(shè)計(jì)了緊湊、實(shí)用的高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)如圖6所示。三次諧波產(chǎn)生機(jī)理同前，僅把圖1的布魯斯特角反射鏡M2、M3和M5改為45°角反射鏡。整個(gè)激光產(chǎn)生技術(shù)心度控制在長(zhǎng)30cm、寬20cm和高15cm之內(nèi)。計(jì)算了多次三倍頻時(shí)腔內(nèi)基波、二次諧波和三次諧波功率密度的逐次變化如圖7所示。計(jì)算了農(nóng)次混頻的功率分量和多次混頻累結(jié)的總功率輸出如圖8所示。在同樣腔內(nèi)初始光功率密度34MW/cm2作用下，得到7.4W三次諧波(355nm)激光輸出。略低于布魯斯特折疊腔結(jié)果(8.6W)。這是由于45°偏振耦合略低于全偏振耦合(57°)所至。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)上述技術(shù)方案，建立了大功率二極管激光列陣側(cè)面泵浦NdYAG激光腔內(nèi)三倍頻實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算一致，如圖9、圖10所示。
圖9為不同泵浦功率所對(duì)應(yīng)的NdYAG三次諧波355nm激光輸出功率和脈沖寬度變化曲線。當(dāng)激光運(yùn)轉(zhuǎn)重復(fù)頻率f＝4-5KHz時(shí)，Nd反轉(zhuǎn)粒子粒累結(jié)時(shí)間與NdYAG熒光壽命T＝230ms相當(dāng)，激光諧波轉(zhuǎn)換效率最高?；ǖ蕉沃C波的轉(zhuǎn)換效率η＝93％。，二次諧波到三次諧波的轉(zhuǎn)換效率η＝71％。
圖10為不同運(yùn)轉(zhuǎn)重復(fù)頻率所對(duì)應(yīng)的三次頻波激光輸出功率和脈沖曲線。當(dāng)激光運(yùn)轉(zhuǎn)重復(fù)頻率f＝7-8KHz時(shí)，基波的峰值功率和平均功率乘積最大，諧波軾率轉(zhuǎn)換最有效。最大三次諧波輸出功率P＝8.6W，脈沖寬度T＝56ns。355nm激光輸出直徑d＝0.8mm，光束發(fā)散度θ＝1.1mrad，光束質(zhì)量M2＝2。光脈沖瞬態(tài)峰值起伏ΔT＝7％P-P，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)功率起伏ΔT＝5％/24小時(shí)。用小孔光欄置于激光腔內(nèi)靠近紅外腔端的光腰上限制激光模式，得到單模(TEMOO)355nm激光輸出功率P＝4.1W。
用同樣技術(shù)方案，進(jìn)行了燈泵浦固體激光三次諧波激光實(shí)驗(yàn)和兩根固體激光棒串接更高功率三倍頻功率實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與設(shè)計(jì)一致。
權(quán)利要求
1.一種高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，包括用紅外激光產(chǎn)生技術(shù)作為光源，輸出的紅外激光作為基波射入倍頻非線性晶體產(chǎn)生二次諧波光，此倍頻光與未被轉(zhuǎn)換的基波光一起作用到三次諧波非線性晶體上進(jìn)行混頻，產(chǎn)生三倍頻激光輸出；其特征在于所述基波與二次諧波在激光諧振腔內(nèi)同方向、同偏振態(tài)、多次往返在三倍頻晶體中混頻，產(chǎn)生高效率三次諧波光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于，采用雙波長(zhǎng)波片改變二次諧波線偏振光的偏振態(tài)方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于所述二次諧波偏振光通過布魯斯特角折疊光路形成低損耗偏振耦合，使二次諧波光構(gòu)成閉路多次內(nèi)全反射。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于，所述激光產(chǎn)生技術(shù)采用雙方向混頻，單方向反射和布魯斯特角偏振耦合，輸出單束三次諧波光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于所述紅外基波諧振腔設(shè)計(jì)為與激光介質(zhì)熱透鏡平衡高功率密度穩(wěn)定腔結(jié)構(gòu)，并采用多次布魯斯特角的內(nèi)全反射折疊光路，形成高線偏振度激光振蕩。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于紅外基波諧振腔設(shè)計(jì)為與激光介質(zhì)熱透鏡平衡高功率密度穩(wěn)定腔結(jié)構(gòu)，并用多次布魯斯特角的內(nèi)全反射折疊光路，形成高線偏振度激光振蕩。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于，紅外激光產(chǎn)生技術(shù)為固體激光棒，固體激光棒為兩根串接的高功率密度激光諧振腔中，兩根棒分別置于正交線偏振狀態(tài)，兩棒間設(shè)有半波片達(dá)到切向、橫向應(yīng)力補(bǔ)償。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于做為紅外激光產(chǎn)生技術(shù)的固體激光棒為兩根相互串接的高功率密度激光諧振腔中，兩根棒分別置于應(yīng)交線偏振狀態(tài)，在兩棒間設(shè)有半波片達(dá)到切向、橫向應(yīng)力補(bǔ)償。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于所使用的三倍頻晶體為I類LBD，或I類BBO、I類CLBO或其它I類非線性晶體。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于所使用的三倍頻晶體為I類LBD，或I類BBO、I類CLBO或其它I類非線性晶體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于所使用的二倍頻晶體為I類LBO，或I類BBO或I類CLBO或其它I類非線性晶體。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于所使用的二倍頻晶體為I類LBO，或I類BBO，I類CLBO或其它I類非線性晶體。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于所使用的基波固體激光介質(zhì)為Na2YAG，也適用于NaYVO4、NaYLF、NaGlass、YbYAG、ErYAG或其它激光介質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于采用泵浦光源為大功率半導(dǎo)體激光二極管列陣側(cè)面泵浦，也適用于二極管端面繃向泵浦氪燈、氙燈側(cè)面泵浦。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于使用的光開關(guān)為聲光開關(guān)，也適用于電光開關(guān)或飽和激收型被動(dòng)Q開關(guān)。
16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于，所使用的固體激光棒是兩根NaYAG棒串接，也適用于NaYLF、NaYVO4或其它激光介質(zhì)串接，或是相同激光波長(zhǎng)的不同介質(zhì)，如NaYLF與NaYVO4串接。
17.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于，所使用的是布魯斯特角折疊腔結(jié)構(gòu)，也適用于45°角折疊腔或其它角度折疊腔結(jié)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，其特征在于，所使用的是布魯斯特角折疊腔結(jié)構(gòu)，也適用于45°角折疊腔或其它角度折疊腔結(jié)構(gòu)。
全文摘要
高效率、高功率三次諧波激光產(chǎn)生技術(shù)，涉及三次諧波紫外固體激光的產(chǎn)生方法。本技術(shù)用紅外激光產(chǎn)生技術(shù)作為光源，輸出的紅外激光作為基波射入倍頻非線性晶體產(chǎn)生二次諧波光，此光與未被轉(zhuǎn)換的基波光一起作用到三次諧波非線性晶體上進(jìn)行混頻，產(chǎn)生三倍頻激光輸出，基波與二次諧波在激光諧振腔內(nèi)同方向、同偏振態(tài)，多次往返在三倍頻晶體中混頻，產(chǎn)生高效三次諧波光。雙波長(zhǎng)波片改變二次偏振光的偏振態(tài)方向，并且二次諧波偏振光通過布魯斯特角折疊光路形成低損耗偏振耦合，構(gòu)成閉路多次內(nèi)全反射，并采用雙向混頻，單方向反射和布魯斯特角偏振耦合，輸出單束三次諧波光。本技術(shù)進(jìn)步在于產(chǎn)生三次諧波紫外固體激光效率高、功率強(qiáng)，光束穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H01S3/16GK1402390SQ0213457
公開日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2002年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月13日
發(fā)明者高云峰, 楊少辰, 周朝明 申請(qǐng)人:深圳市大族激光科技股份有限公司