[发明专利]使用回收的中级谐波的腔内谐波产生

说明书

技术领域

本揭示是关于谐波激光，并且尤其有关于具有效率性的腔内谐波产生。

背景技术

激光系统运用于各种应用项目，包含通讯、医药及微加工。这些应用项目 运用各式激光波长及输出功率。尤其，具备一紫外(UV)波长的高功率激光束经 广泛地运用。目前并没有能够直接地产生UV激光束的商业可获用增益介质。 因此，UV激光束一般说来是经由像是谐波产生的非线性程序所产生。

现有两款这种谐波产生组态，包含一腔外谐波产生组态及一腔内谐波产生 组态。腔外组态是在一共振激光腔之外产生谐波。换言之，是在一共振激光腔 内产生一激光束并将其导引至一置于该腔体外部处的晶体。而腔内组态则是在 一共振激光腔内产生谐波，此方式通常比起腔外组态较有效率。

产生一基本频率的第三级或更高级谐波的激光束，首先必须要产生该基本 频率的第二级谐波的激光束。该等腔外及腔内组态通常并不会将所有的第二级 谐波光束都转换成第三级或更高级谐波光束。故而该第二级谐波光束的未经使 用部份会降低该激光系统的整体效率性，同时减少该所获第三级或更高级谐波 光束的功率。

图1为一用以产生一第三级谐波激光束的已知腔内组态的示意图。一激光 100运用沿激光腔106的光学路径104所设置的激光介质102，而此激光腔是 由末端映镜108和110、光学泵激输入耦合器112和114以及一输出耦合器116 所构成。该激光100系以两个激光二极管泵浦118和120所泵激。一光纤122 导引由该激光二极管泵浦118所产生的激光辐射，经由该光学泵激输入耦合器 114进入该激光腔106。同样地，一光纤124导引由该激光二极管泵浦120所 产生的激光辐射，经由该光学泵激输入耦合器112进入该激光腔106。一Q- 切换器126，像是一声光Q-切换器(AO-QS)，沿该光学路径104所设置，并依 一适当的脉冲重复速率(PRR)所驱动，藉以从激光100获得微短能量脉冲。当 一具有基本波长的激光束130，其在末端映镜108与110之间于腔体106里共 振时，激光介质102放大激光束130。

一第二级谐波产生(SHG)晶体140沿该光学路径104所设置。当激光束130 通过SHG晶体140时，SHG晶体140产生一具有激光束130的一半波长的第 二级谐波激光束142。当激光束130及第二级谐波激光束142通过一亦沿该光 学路径104所设置的第三级谐波产生(THG)晶体150时，THG晶体150产生一 具有激光束130的三分之一波长的第三级谐波激光束152。第二级谐波激光束 142虽反射离开该末端映镜110，然一部份并未用于产生该第三级谐波激光束 152的第二级谐波激光束142会经由该输出耦合器116以未经使用、遭弃置的 第二级谐波激光束144的方式离开该腔体106。浪费未经使用的第二级谐波激 光束144会降低自基本谐波至第三级谐波的转换效率，同时减少可另获得的第 三级谐波激光束152总功率。第三级谐波激光束152具有期望波长(即如一355 nm的UV波长)，并且经由输出耦合器116作为一输出激光束154离开腔体106。 因此，输出耦合器116对于该激光束130具有高度反射性，而对于第二级谐波 激光束142及第三级谐波激光束152则是抗反射性。为便于说明的目的，激光 束130、142及152显示为彼此轴向位移。

Zhou等人的美国专利案第5,943,351号说明一种改善自第二级谐波光束产 生第三级或更高级谐波光束的效率的尝试。如图2所示，激光200包含一腔体， 其具有第一映镜210、激光发光棒220、声光Q-切换器222、第二映镜250、 SHG晶体230、第三映镜252、THG晶体232及第四映镜254。主腔体是由映 镜210及254所构成，其利用一棒形Nd:YAG 220导致一基本光束212的震荡 于1064nm。映镜250及254构成该腔内第二级谐波产生(亦即532nm)的第一 子腔体，藉以于其内产生第二级谐波光束214，并且映镜252及254构成该第 三级谐波产生(亦即355nm)的第二子腔体，藉以于其内产生第三级谐波光束 216。