[发明专利]具有用于紫外发生的可更换模块的高功率固态激光器

说明书

技术领域

本发明涉及腔内模块和激光共振腔。特别地，本发明涉及用于高功率激光的、可更换的腔内模块。更特别地，本发明涉及用于连续波（CW）或者脉冲激光的插入/拔出频率转换模块。

背景技术

已知某些材料具有频率转换特性。可利用合适的材料、例如非线性光学晶体，将一种频率的激光辐射转变为第二频率的辐射。例如，Nd:YAG激光产生1064nm（近红外）的辐射，其可以利用例如磷酸二氘钾（KDP）晶体通过二次谐波发生转变为532nm(绿光)。在频率转换材料中与1064nm的基本辐射混合的532nm的二次谐波辐射可以转换成在紫外（UV）波长范围内的三次谐波。

然而，适合频率转换的元件，包括非线性光学晶体，在经受高峰值功率的激光脉冲时寿命非常有限。特别地，在商用激光中更换频率转换元件会导致大量的停机时间，尤其是因为光学校准是高功率激光的关键问题。为了防止激光部件，特别是紫外激光腔部件暴露在充满灰尘的环境中，晶体更换和激光重新校准常常必须在洁净室中进行。因此，人们将注意力集中在用于频率转换的外部模块，用户可以在没有明显不便的情况下延长频率转换元件的寿命。

已知在初级激光腔外的外部模块中提供频率转换元件，例如激光振荡器和/或放大器。典型地，来自激光腔的基本波长的光指向或聚焦在频率转换元件上，并且光波长被转换了。例如，可以生成高次谐波。光指向或者聚焦在频率转换元件上，从而只辐射到频率转换元件的一小部分。转换效率随频率转换元件的品质降低而下降，但使用者可以将频率转换元件平移至相对仔细校准初级光束的新位置以辐射频率转换元件的新部分。因此，使用者可以在无需大量的停机时间或激光工程师查看的情况下，延长频率转换元件的寿命。值得注意的是，初级激光腔不会中断。这种技术可以被称为“轮转”或“移位”。

相比用于轮转的聚焦光斑尺寸，激光腔内的激光的光斑尺寸是比较大的 ，通常为数个毫米。尽管腔内的光束直径相对大，在腔内循环的辐射的功率明显比腔外的高。因此，已发现，当频率转换元件在腔内时，频率转换元件的理论最大频率转换效率可能更高。因此，在理论上，如果可以克服与停机时间和不便对初级激光腔进行调节相关的问题，可以优选利用激光腔内中的元件进行转换频率的方法。

本发明旨在解决这些问题并提供改进的腔内频率转换装置和方法。

发明内容

本发明的特征限定在独立权利要求中。

在此提供了腔内模块，该腔内模块设置成可更换地安装或安装在激光共振腔内。即，该模块设置成插入初级激光腔和从初级激光腔中拔出，比如激光振荡器和/或放大器。该模块包括第一光学元件、第二光学元件和频率转换元件。该频率转换元件设置成以接收第一频率的光并输出第二频率的光。该第一频率不等于第二频率。该频率转换元件可以为高次谐波发生器，比如二次、三次或四次谐波发生器。该频率转换元件可以为非线性光学晶体。该频率转换元件至少由第一光学元件和第二光学元件封装。即，该频率转换元件密封在由第一光学元件和第二光学元件至少部分界定的空间、腔、区域或容积内。该第一光学元件可以界定封闭腔的一侧并且该第二光学元件可以界定另一侧。其它元件，比如，外壳，可以完成封装。该第一和第二光学元件在第一和第二频率可以具有预定的反射率和透射率。该第一和/或第二光学元件可以为，例如，镜片或光学窗口。

有利地，可以保护精密的光学部件和涂层免受外部环境损害。特别地，由于该频率转换元件可以为第一和/或第二光学元件的表面，因此可以保护该频率转换元件本身。因此，周密的光学涂层可以用于光学元件的内表面。进一步有利地，可以非常细心地控制被封装的容积内的环境。例如，该被封装的容积可以是经气体吹扫的、真空的。值得注意的是，该模块可以是在光学上预先校准的，使得使用者可以在无需大量的停机时间或激光工程师查看的情况下移除旧模块并用新模块更换。便利地，提供用于激光的自含式频率转换模块。

本发明还解决在激光腔中由于高功率UV辐射的存在引起的问题。在激光工作期间防止与UV辐射相关的损害的传统方法是完全密封该激光腔以防止暴露在外部环境中。这避免了污染物进入激光腔和在UV辐射照射时损害光学部件。但是，当频率转换元件是在激光腔内部时，该方法是不切实际的。

还提供一种激光谐振腔，其中腔内模块的第一或第二光学元件中的一个形成激光共振镜片中的一个。因此，可以提供更紧凑的设备。有利地，该激光共振镜片中的一个的内表面因此免受环境之害。此外，该激光共振镜片可以相对于其它光学部件在光学上预先校准。

因此，实现用于腔内频率转换的实用的模块。

附图说明