[发明专利]一种带有倍频装置的倍频激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光器，特别涉及一种带有倍频装置的倍频激光器。

背景技术

使用非线性光学晶体将常用激光波长倍频可以大大扩展激光的波长范围，且由于倍频系统简单、可靠，目前已经发展为一种实用的技术。获得高功率、高光束质量的倍频激光输出已成为研究热点之一，具有重要的应用价值。如：高功率绿光激光器在医学、通讯、遥感等方面都有重要的应用，利用非线性光学晶体将Nd:YAG激光倍频，是获得这种激光源的主要途径。目前主要使用的非线性光学倍频晶体有LBO、KTP、BBO…等。但当产生高功率倍频激光时，需要对上述非线性光学晶体进行有效的冷却，加之这些非线性光学晶体有潮解性，所以限制了高功率倍频激光的产生。2002年，胡章贵等生长出了一种新型的负单轴非线性光学晶体BaAlBO₃F₂(以下简称BABF)，见文献1：Z.G.Hu，M.Yoshimura，K.Muramatsu，Y.Mori and T.Sasaki，“A new nonlinear optical crystal BaAlBO₃F₂(BABF)，”Jpn.J.Appl.Phys，41，1131-1133(2002)。该BABF晶体具有较大非线性光学系数、不潮解、机械性能好、易于生长等优点。BABF晶体在获得高功率倍频光输出方面极具潜力，如文献2：Yong Zhou，Yinchao Yue，et al，“Nonlinear optical properties of BaAlBO₃F₂ crystal，”Optical Express，17，(2009)，20034-20038所介绍。生长出来BABF晶体结构如图1所示，其光轴垂直于生长解理面，光轴方向具有层状结构，使用相位匹配方向切割的BABF晶体，基频光光斑及倍频光光斑受到层状结构的影响，得到的倍频光光斑呈条纹状，光束质量差，如图2所示，难以应用。鉴于其层状结构特性，因此不能按相位匹配方向切割晶体用于谐波产生。

高功率深紫外激光(尤其200nm以下)在光刻、科学研究、材料加工等诸多领域具有重大应用价值。KBBF晶体直接倍频是目前唯一可有效产生实用化与精密化深紫外激光的手段。KBBF晶体为负单轴晶体，不潮解，但其具有严重的层状结构特性，不能按相位匹配方向切割直接使用于深紫外谐波产生。生长出来的KBBF晶体结构同BABF晶体结构相同，如图1所示。虽然KBBF-PCT(棱镜耦合)技术成功实现了深紫外谐波产生，但是在产生高功率深紫外倍频激光时，KBBF-PCT器件由于其特殊结构，导致热效应严重，严重限制了高功率深紫外倍频激光的产生。

发明内容

本发明的目的在于：

克服具有层状结构的非线性光学晶体不能按相位匹配方向切割使用于谐波产生的缺陷，并且解决高功率泵浦情形下，晶体热效应严重的问题；为了获得高光束质量、高平均功率倍频激光，从而提出一种采用非相位匹配切割的非线性光学晶体，并利用晶体不潮解的特点，将其浸泡在恒温流动的匹配液体中制成倍频装置，基频激光在匹配液中从晶体生长解理面入射实现相位匹配，倍频激光同样从晶体生长解理面出射，以实现高光束质量激光输出的倍频激光器。该倍频激光器避开了非线性光学晶体层状面对光束的影响(利用此方法得到的BABF晶体倍频光光斑如图3所示，不再为条纹状，光斑质量得到了极大改善，可以满足应用需求)；通过温控循环装置使得匹配液恒温流动冷却非线性光学晶体，晶体热效应降到了最低，实现高平均功率、高稳定性倍频激光输出。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供一种带有倍频装置的倍频激光器，包括基频激光器、光束整形聚焦部件，其特征在于，还包括一倍频装置；其中，所述的倍频装置由非线性光学晶体、匹配液体、浸泡非线性光学晶体的腔体及温控循环装置组成；在所述的基频激光器输出光后方顺序设置光束整形聚焦部件及倍频装置实现腔外倍频；亦可将倍频装置设置于基频激光器谐振腔内实现腔内倍频；

其中，所述的非线性光学晶体固定于所述腔体中心并可绕腔体垂向中心轴旋转，并浸泡于所述匹配液体中；所述的非线性光学晶体为单轴晶体，未按激光倍频相位匹配方向切割，不潮解，其光轴方向具有层状结构，且光轴垂直于晶体生长解理面；所述的生长解理面经光学抛光后作为激光通光面，所述通光面垂直于水平面；通光面为长方形，长方形的长边平行于所述晶体的最佳倍频方向，并呈水平状态；

所述腔体侧壁上对称地设置与所述非线性光学晶体通光面中心等高的入射光学窗口及出射光学窗口；