[实用新型]一种无像散高光束质量输出的长寿命紫外激光器

说明书

本实用新型公开了一种无像散高光束质量输出的长寿命紫外激光器，沿光路传播方向依次包括红外生成系统、频率转换模组和后补偿系统；其中，所述红外生成系统用于生成红外基频光，所述红外基频光入射至所述频率转换模组中，所述频率转换模组将所述红外基频光输出为红外光束、绿光光束和椭圆大像散的紫外光束，所述紫外光束输入至所述后补偿系统中，并由所述后补偿系统输出无像散高质量紫外激光。本实用新型通过在频率转换模组后设置光接收组件和后补偿系统，以对频率转换模组输出的紫外光束进行像散和的圆度调节补偿，从而实现无像散、高圆度的长寿命紫外激光器。

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，具体涉及一种无像散高光束质量输出的长寿命紫外激光器。

背景技术

常规的紫外固体激光器结构如图1所示，红外光束经过二倍频产生绿光，红外和绿光再通过三倍频产生三次谐波生成紫外激光，最后将三种光进行分光处理即可得到纯的紫外激光。

常规的紫外固体激光器中三倍频结构有两种，一种端面是平切面，另一种端面是布儒斯特切角。平切三倍频容易获得圆斑的紫外光束输出，光束质量在红外的基础上不会有很大改变但是端面需要镀增透膜，增透膜有一定的寿命期且容易损坏，目前市场上晶体镀膜的技术还不是很成熟，镀膜晶体寿命普遍低。如果不镀膜的话，按原光路反射回去的紫外光会打坏入射面镀膜和前面的光学器件，除此之外还需要对后续的基频红外绿光以及倍频紫外光进行分光处理。

激光行业中紫外固体激光器普遍采用布儒斯特切角三倍频，优点在于能使紫外光束以布儒斯特角出射，反射损耗基本接近零，因此三倍频晶体的布儒斯特切面可以不镀膜，大大提高晶体寿命，除此之外基频光和倍频光不同波长折射率不一样，在通过布儒斯特切角后可以实现红外、紫外、绿光的分光，但是布儒斯特切角三倍频也有弊端，就是圆的基频高斯光束经过布儒斯特切角三倍频晶体出来后，基频光以及产生的紫外倍频光在平行于切角方向的光斑大小会变小，而垂直于布儒斯特切角方向的光斑不变，光束光斑变成了椭圆，椭圆光斑两个方向光腰位置发生改变从而产生像散，如果需要实现圆光斑无像散的高质量紫外光束输出，则需要对光束进行补偿整形。

激光行业多数使用的是预补偿方式，如图2所示，提前将红外光束整成匹配的椭圆光，在通过二倍频和布儒斯特切角三倍频后，出来的紫外倍频光就会是圆形光斑。这种预补偿方式的弊端在于需要精确的计算以及精确的生产操作，对红外的光束质量的一致性要求很高，一旦出现偏差则需要对补偿系统以及三倍频晶体角度进行调节，这两个模块的调节会使光路方向会出现偏差，实际生产调节难度很大，因此整个系统中的变量控制问题以及调节的困难使得紫外光束质量难以保证。

像散的定义为：激光光束经透镜后，其子午光束与弧矢光束的汇聚点不在一个点上，两个点之间的距离即为像散。在激光行业中将像散与瑞丽长度结合起来，即像散的测试结果为子午和弧矢光束汇聚点的距离除以平均瑞丽长度。

像散测试公式：

其中，Z_01X是X轴向束腰位置位置，Z_01Y是Y轴向束腰位置，Z_R1X是X轴向瑞丽长度，Z_R1Y是Y轴向瑞利长度。

激光光斑圆度测试公式如下：

其中，X和Y表示两个轴向，短轴大小除以长轴大小

纵观激光行业，普通的红外、绿光以及紫外激光光束质量M2都能达到1.1左右，在应用上已经完全满足需求，但是像散是一个不可控的因素，像散大的激光传输有一个缺点，光斑圆度会随着传输距离的变化而改变，也就是说输出光束只在某一个距离点上光斑是圆形，激光加工应用需要使用聚焦透镜，在焦点区域很难获得圆度较好(90％以上)的光斑，导致相互垂直的两个方向上加工尺寸有差异。尤其是在精密的切割应用上，像散的影响不可忽略。

实用新型内容