一種二極體端面泵浦全固態紫外雷射器的製造方法

2023-12-08 06:41:26

一種二極體端面泵浦全固態紫外雷射器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種二極體端面泵浦全固態紫外雷射器，包括雷射泵浦源、光學耦合系統、雷射諧振腔、摺疊鏡、諧波分離鏡、綠光反射鏡、雷射晶體、調 Q 開關、二次諧波晶體以及三次諧波晶體； 調 Q 方式產生的高峰值功率準連續基頻雷射經過倍頻晶體產生綠雷射，生產的綠雷射與剩餘的基波共同作用生產 355nm 紫外雷射，未轉化的綠光與紫外光經不同的路徑輸出，可形成綠光、紫外的雙波長輸出雷射器；本發明可充分利用兩種波長滿足在實際應用中的需要，也可選擇其中一種波長輸出，拓寬了應用領域，系統效率高，結構緊湊，使用方便，可廣泛應用於工業加工、科研、醫療、軍事等領域。
【專利說明】一種二極體端面泵浦全固態紫外雷射器

【技術領域】
[0001]本發明涉及雷射器應用【技術領域】，尤其是一種二極體端面泵浦全固態紫外雷射器。

【背景技術】
[0002]高平均功率全固態調Q355nm與532nm雷射器在微電子、雷射加工、光刻技術、精密材料加工等領域應用廣泛，如在電路板加工與立體印刷方面。電路板加工要求紫外雷射在高重複頻率時提供大於300 μ J的脈衝能量；立體印刷技術要求的是平均功率(一般在
0.4?IW之間)；而一般的雷射材料加工要求的平均功率在5?1W水平。
[0003]紫外光的短波長對於微加工應用有兩個優越性:(I)較短的波長能夠加工更小的部件，光束的衍射現象是限制加工部件最小尺寸的主要因素，最小可達到的聚焦點的直徑隨著波長的增加而線性增加；(2)高能量的光子可以直接破壞材料的化學鍵，紫外光加工材料過程稱為「光蝕」效應，高能量的光子直接破壞材料的化學鍵，是「冷」處理過程，熱影響區域微乎其微；相比之下，可見光和紅外雷射器利用聚焦到加工部位的熱量來熔化材料，熱量經過傳導會影響到周圍的材料，產生熱影響區域。
[0004]目前市場上大部分的端面泵浦紫外雷射器都是腔內和頻方式。這種方式仍然不能將倍頻雷射完全轉換，但剩餘的倍頻雷射容易造成腔內元件損壞，或汙染腔體，影響雷射器的性能。為了滿足對不同材料選擇性的加工，通常需要兩種波長的雷射器。尤其是需要倍頻和紫外交替加工時，不得不使用兩臺雷射器交替使用。系統複雜性較高，不緊增加了成本，還增加了工序。


【發明內容】

[0005]本發明要解決的技術問題是:提供一種可輸出雙波長，且結構緊湊的二極體端面泵浦全固態紫外雷射器。
[0006]為實現上述目的，本發明採用以下技術方案:一種二極體端面泵浦全固態紫外雷射器，包括雷射泵浦源、光學耦合系統、雷射諧振腔、摺疊鏡、諧波分離鏡、綠光反射鏡、雷射晶體、調Q開關、二次諧波晶體以及三次諧波晶體；所述雷射諧振腔包括第一全反鏡以及第二全反鏡，所述第一全反鏡、第二全反鏡與摺疊鏡之間構成V型、L型或Z型摺疊腔結構，其中，所述雷射晶體以及調Q開關依次設在摺疊鏡與第一全反鏡之間，所述諧波分離鏡、三次諧波晶體以及二次諧波晶體依次設在所述摺疊鏡與第二全反鏡之間；所述諧波分離鏡用於輸出紫外雷射，所述綠光反射鏡用於輸出倍頻綠光。
[0007]優選的，所述的雷射泵浦源為具有一個泵浦源的單端泵浦或具有兩個泵浦源的雙端泵浦。
[0008]優選的，所述的二次諧波晶體為磷酸二氫鉀、三硼酸鋰、硼酸鉍、磷酸氧鈦鉀或偏硼酸鋇其中的一種非線性光學晶體。
[0009]優選的，所述的三次諧波晶體為三硼酸鋰、或三硼酸銫、或硼酸銫鋰或偏硼酸鋇其中的一種非線性光學晶體。
[0010]優選的，所述的雷射晶體為Nd: YV04、Nd: YAG晶體、Nd =YLF晶體或NchGlass其中的一種。
[0011]優選的，所述的調Q開關為聲光調Q器件、電光調Q器件或被動調Q器件。
[0012]優選的，所述摺疊鏡的材質為融石英或石英，其兩端面均鍍高透膜。
[0013]優選的，所述諧波分離鏡的材質為融石英或石英，其中一端面鍍高透膜，另一端面鍍高反膜。
[0014]本發明二極體雷射器輸出的泵浦雷射經準直聚焦後進入雷射晶體，雷射晶體吸收泵浦光後受激輻射，經過雷射諧振腔鏡和摺疊鏡的選模作用，產生高光束質量的線偏基頻光(S偏振)。由於調Q作用得到高峰值功率的基頻脈衝光。線偏振的基頻光經過二次諧波晶體時，產生垂直基頻偏振態(P偏振)的倍頻綠光脈衝。相互垂直偏振態的綠光脈衝和剩餘的基波脈衝在三次諧波晶體內發生和頻，產生偏振態與基波偏振態(S偏振)一致的三次諧波紫外雷射脈衝。諧波分離鏡將綠光與紫外光分離，紫外光從諧波分離鏡處輸出，綠光由摺疊鏡處輸出。此外，本發明可以通過調節二次諧波晶體的控制溫度調節綠光與紫外光的功率分配。
[0015]與現有技術相比，本發明的有益效果是:該全固態紫外雷射器具有轉換效率高，體積小、穩定可靠、使用方便、用途廣泛、性價比高等特點；充分利用兩種波長滿足在實際應用中的需要，也可選擇其中一種波長輸出，拓寬了應用領域，系統效率高，結構緊湊，使用方便，可廣泛應用於工業加工、科研、醫療、軍事等領域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的「L」型全固態紫外雷射器的結構示意圖；
[0017]圖2為本發明的「V」型全固態紫外雷射器的結構示意圖；
[0018]圖3為本發明的「Z」型全固態紫外雷射器結構示意圖。
[0019]圖中的附圖標記為:
[0020]1、雷射泵浦源；2、光學稱合系統；3、第二全反鏡；4、第一全反鏡；5、摺疊鏡；6、諧波分離鏡；7、綠光反射鏡；8、雷射晶體；9、調Q開關；10、三次諧波晶體；11、二次諧波晶體；12、紫外光反射鏡。

【具體實施方式】
[0021]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0022]本發明提供一種二極體端面泵浦全固態紫外雷射器，包括雷射泵浦源1、光學耦合系統2、雷射諧振腔、摺疊鏡5、諧波分離鏡6、綠光反射鏡7、雷射晶體8、調Q開關9、二次諧波晶體11以及三次諧波晶體10 ;所述雷射諧振腔包括第一全反鏡4以及第二全反鏡3，所述第一全反鏡4、第二全反鏡3與摺疊鏡5之間構成V型、L型或Z型摺疊腔結構，諧波分離鏡6用於輸出紫外雷射，綠光反射鏡7用於輸出倍頻綠光。
[0023]具體的，本實施例中，雷射泵浦源I優選為具有一個泵浦源的單端泵浦或具有兩個泵浦源的雙端泵浦。二次諧波晶體11為磷酸二氫鉀、三硼酸鋰、硼酸鉍、磷酸氧鈦鉀或偏硼酸鋇其中的一種非線性光學晶體。三次諧波晶體10為三硼酸鋰、或三硼酸銫、或硼酸銫鋰或偏硼酸鋇其中的一種非線性光學晶體。雷射晶體8優選為Nd:YV04、NdiYAG晶體、Nd:YLF晶體或NchGlass其中的一種。調Q開關9為聲光調Q器件、電光調Q器件或被動調Q器件。摺疊鏡5的材質為融石英或石英，其兩端面均鍍高透膜。諧波分離鏡6的材質為融石英或石英，其中一端面鍍高透膜，另一端面鍍高反膜。
[0024]下面結合圖1至圖3對本發明的【具體實施方式】作進一步的說明:
[0025]實施例一
[0026]請參閱圖1，圖1為本發明的「L」型全固態紫外雷射器的結構示意圖；實施例一提供一種二極體端面泵浦全固態紫外雷射器，包括雷射泵浦源1、光學耦合系統2、雷射諧振腔、摺疊鏡5、諧波分離鏡6、綠光反射鏡7、雷射晶體8、調Q開關9、二次諧波晶體11以及三次諧波晶體10 ;所述雷射諧振腔包括第一全反鏡4以及第二全反鏡3，所述第一全反鏡4、第二全反鏡3與摺疊鏡5之間構成L型摺疊腔結構，所述諧波分離鏡6用於輸出紫外雷射，所述綠光反射鏡7用於輸出倍頻綠光。
[0027]具體的，第一全反鏡4、摺疊鏡5與第二全反鏡3三者之間構成L型摺疊腔結構，雷射泵浦源1、光學稱合系統2、摺疊鏡5、雷射晶體8、調Q開關9以及第一全反鏡4位於第一條直線上，綠光反射鏡7、摺疊鏡5、諧波分離鏡6、三次諧波晶體10、二次諧波晶體11以及第二全反鏡3之間位於第二條直線上，第一條直線與第二條直線的交點為摺疊鏡5，且第一條直線與第二條直線的夾角為90°。
[0028]實施例二
[0029]請參閱圖2，圖2為本發明的「V」型全固態紫外雷射器的結構示意圖；實施例二提供一種二極體端面泵浦全固態紫外雷射器，包括雷射泵浦源1、光學耦合系統2、雷射諧振腔、摺疊鏡5、諧波分離鏡6、綠光反射鏡7、雷射晶體8、調Q開關9、二次諧波晶體11以及三次諧波晶體10 ;所述雷射諧振腔包括第一全反鏡4以及第二全反鏡3，所述第一全反鏡4、第二全反鏡3與摺疊鏡5之間構成V型摺疊腔結構，所述諧波分離鏡6用於輸出紫外雷射，所述綠光反射鏡7用於輸出倍頻綠光。
[0030]具體的，第一全反鏡4、摺疊鏡5與第二全反鏡3三者之間構成V型摺疊腔結構，雷射泵浦源1、光學稱合系統2、摺疊鏡5、雷射晶體8、調Q開關9以及第一全反鏡4位於第一條直線上，綠光反射鏡7、摺疊鏡5、諧波分離鏡6、三次諧波晶體10、二次諧波晶體11以及第二全反鏡3之間位於第二條直線上，第一條直線與第二條直線的交點為摺疊鏡5，且第一條直線與第二條直線的夾角為0°?90°。
[0031]實施例三
[0032]請參閱圖3，圖3為本發明的「Z」型全固態紫外雷射器的結構示意圖；實施例三提供一種二極體端面泵浦全固態紫外雷射器，包括雷射泵浦源1、光學耦合系統2、雷射諧振腔、摺疊鏡5、諧波分離鏡6、綠光反射鏡7、雷射晶體8、調Q開關9、二次諧波晶體11以及三次諧波晶體10 ;所述雷射諧振腔包括第一全反鏡4以及第二全反鏡3，所述諧波分離鏡6用於輸出紫外雷射，所述綠光反射鏡7用於輸出倍頻綠光。
[0033]具體的，本實施例中，包括兩個雷射泵浦源1、光學耦合系統2以及摺疊鏡5，在同一直線方向上依次設有雷射泵浦源1、光學耦合系統2、摺疊鏡5、雷射晶體8、摺疊鏡5、光學耦合系統2以及雷射泵浦源I，本實施例中，第一全反鏡4、雷射晶體右側的摺疊鏡5、雷射晶體左側的摺疊鏡5以及第二全反鏡3之間為Z型摺疊腔結構。
[0034]第一全反鏡4與雷射晶體右側的摺疊鏡5之間設有調Q開關9，雷射晶體左側的摺疊鏡5與第二全反鏡3之間設有諧波分離鏡6、三次諧波晶體10以及二次諧波晶體11，諧波分離鏡6可經紫外光反射鏡12輸出紫外光。
[0035]綜上所述，本發明提供的全固態紫外雷射器具有轉換效率高，體積小、穩定可靠、使用方便、用途廣泛、性價比高等特點；充分利用兩種波長滿足在實際應用中的需要，也可選擇其中一種波長輸出，拓寬了應用領域，系統效率高，結構緊湊，使用方便，可廣泛應用於工業加工、科研、醫療、軍事等領域。
[0036]對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其它的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
[0037]以上所述，僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同替換和改進，均應包含在本發明技術方案的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種二極體端面泵浦全固態紫外雷射器，其特徵在於:包括雷射泵浦源、光學耦合系統、雷射諧振腔、摺疊鏡、諧波分離鏡、綠光反射鏡、雷射晶體、調0開關、二次諧波晶體以及三次諧波晶體； 所述雷射諧振腔包括第一全反鏡以及第二全反鏡，所述第一全反鏡、第二全反鏡與摺疊鏡之間構成V型、[型或2型摺疊腔結構，其中，所述雷射晶體以及調0開關依次設在摺疊鏡與第一全反鏡之間，所述諧波分離鏡、三次諧波晶體以及二次諧波晶體依次設在所述摺疊鏡與第二全反鏡之間；所述諧波分離鏡用於輸出紫外雷射，所述綠光反射鏡用於輸出倍頻綠光。
2.根據權利要求1所述的二極體端面泵浦全固態紫外器，其特徵在於，所述的雷射泵浦源為具有一個泵浦源的單端泵浦或具有兩個泵浦源的雙端泵浦。
3.權利要求1所述的二極體端面泵浦全固態紫外雷射器，其特徵在於，所述的二次諧波晶體為磷酸二氫鉀、三硼酸鋰、硼酸鉍、磷酸氧鈦鉀或偏硼酸鋇其中的一種非線性光學晶體。
4.根據權利要求1所述的二極體端面泵浦全固態紫外雷射器，其特徵在於，所述的三次諧波晶體為三硼酸鋰、或三硼酸銫、或硼酸銫鋰或偏硼酸鋇其中的一種非線性光學晶體。
5.根據權利要求1所述的二極體端面泵浦全固態紫外雷射器，其特徵在於，所述的雷射晶體為制晶體、恥:孔？晶體或其中的一種。
6.根據權利要求1所述的二極體端面泵浦全固態紫外雷射器，其特徵在於，所述的調0開關為聲光調0器件、電光調0器件或被動調0器件。
7.根據權利要求1所述的二極體端面泵浦全固態紫外雷射器，其特徵在於，所述摺疊鏡的材質為融石英或石英，其兩端面均鍍高透膜。
8.根據權利要求1所述的二極體端面泵浦全固態紫外雷射器，其特徵在於，所述諧波分離鏡的材質為融石英或石英，其中一端面鍍高透膜，另一端面鍍高反膜。
【文檔編號】H01S3/0941GK104409962SQ201410710624
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】黃偉, 李豐, 談根林, 喻斌 申請人:江蘇天元雷射科技有限公司