456nm固体蓝光泵浦360nm紫外全固体激光器

摘要

456nm固体蓝光泵浦360nm紫外全固体激光器，涉及一种全固体激光器。提供一种456nm固体蓝光泵浦360nm紫外全固体激光器。设有全固态456nm蓝光激光器、平凸耦合输入镜、平面输入镜、带温控装置的Pr:GVO4激光晶体、激光输出镜、倍频晶体和折叠腔镜。平凸耦合输入镜设于全固态456nm蓝光激光器的输出端；平面输入镜输入端接平凸耦合输入镜输出端；带温控装置的Pr:GVO4激光晶体的输入端面接平面输入镜；激光输出镜设于Pr:GVO4激光晶体的输出端，作为紫外光的输出镜；倍频晶体设于激光输出镜的后端；折叠腔镜设于倍频晶体的后端，作为紫外光的全反后腰镜。

权利要求

1.456nm固体蓝光泵浦360nm紫外全固体激光器，其特征在于设有：全固态456nm蓝光激光器；

平凸耦合输入镜，平凸耦合输入镜设于全固态456nm蓝光激光器的输出端；

平面输入镜，平面输入镜的输入端接平凸耦合输入镜的输出端；

带温控装置的Pr:GVO4激光晶体，带温控装置的Pr:GVO4激光晶体的输入端面作为上述平面输入镜；

激光输出镜，激光输出镜设于Pr:GVO4激光晶体的输出端，作为紫外光的输出镜；

倍频晶体LBO，倍频晶体LBO设于激光输出镜的后端；

折叠腔镜，折叠腔镜设于倍频晶体的后端，作为紫外光的全反后腰镜；

平面输入镜镀上456nm处透射率T＞96％的增透和720nm处高反射率R＞99.5％的介质膜；激光输出镜镀360nm处透射率T＞98％的高透、同时720nm处反射率R＞99.9％的高反介质膜；折叠腔镜镀有360nm、720nm处反射率均＞99.5％的高反介质膜；倍频晶体LBO镀上商业化的宽带增透介质膜。

2.如权利要求1所述的456nm固体蓝光泵浦360nm紫外全固体激光器，其特征在于温控装置为半导体制冷器。

说明书

456nm固体蓝光泵浦360nm紫外全固体激光器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种全固体激光器，尤其是涉及一种以456nm固体激光泵浦掺Pr:GVO4的倍频360nm紫外全固体激光器。

背景技术

[0002] 紫外激光在材料加工、工业制造、半导体性能测试、激光全息等领域具有特殊的应用前景，迄今，这些紫外激光器主要包括脉冲的准分子激光器和连续的气体激光器(如363nm的氩离子激光器和320nm氦-镉激光器)，还有近年来开发出的355nm脉冲三倍频Nd:YAG/Nd:YVO4固体激光器。其中，准分子激光器的系统复杂、效率低、使用寿命较短；气体紫外激光器的体积庞大、效率低、输出功率低(如美国Coherent公司的INOVA300C波长为363nm的氩离子激光最大输出功率仅为150mW，但价格在8万美元以上；而氦-镉激光输出功率在10mW左右，价格也达数万美元)；而355nm Nd:YAG/Nd:YVO4固体激光器由于是在
1064nm基波的基础上三倍频获得的，阈值较高，转换效率比较低，因此，为了达到瓦级输出，一般采用调Q脉冲运转，系统较为复杂，还需水冷工作。无论是上述哪种紫外激光器，都在不同程度上存在系统复杂、效率低下、价格昂贵等缺点，为了克服上述缺点，最近Coherent公司与德国汉堡大学合作，利用479nm蓝色泵浦光半导体(OPS)作为泵浦源，激发Pr:YLiF4激光晶体，产生720nm的连续激光，然后通过腔内倍频，在最高的5.3W蓝光OPS泵浦下获得输出功率达1.3W的360nm紫外全固体激光(V.Ostroumov，W.Seelert，L.Hunziker，C.Ihli，A.Richter，E.Heumann，and G.Huber，“UV generation by intracavity frequency doubling of an OPS-pumpedPr:YLF laser with 500 mW of cw power at 360nm”，(published online Feb.19，2007)SPIE.6451：645103)。

[0003] 为了提高输出功率，必须提高泵浦源激光的功率，从目前技术看，OPS由美国相干公司专有，蓝光最大也达到5W以上，但是价格达10万美元以上。在这种背景下，本申请人依托现有的DPSSLs蓝光技术，在固体激光器研制方面取得突破，成功研制的波长473nm全固体连续蓝光激光器，获得最高1.6W的稳定输出功率，课题组主要成员贾富强博士与卜轶坤博士在中科院长春光机所博士论文期间取得大于5W波长456nm和457nm的稳定功率输出(F.Q.Jia，Y.K.Bu，et al.，“5.3W deep-blue light generation by intra-cavity frequency doubling of Nd：GdVO4”，Applied Physics B Vol.83(2)：244-246(2006)；Q.H.Xue，Q.Zheng，Y.K.Bu，F.Q.Jia，L.S.Qian，“High-power efficient diode-pumped Nd:YVO4/LBO 457nm blue laser with 4.6-Woutput power”，Optics Letters Vol.31(8)：
1070-1072(2006))。而最新研究(邹玉林，吴敬朋，臧竞存等，Pr:GdVO4晶体的光谱特性及光谱计算，中国科技论文在线，2007年09月26日，http://www.paper.edu.cn)表明Pr:GVO4激光晶体在455nm附近(FWMH＝6nm)具有强的吸收，适合456nm/457nm的DPSSLs泵浦。通过折叠腔以及特殊的膜系设计，采用LBO晶体腔内倍频，获得较高功率的紫外360nm激光输出。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对现有的非全固态紫外360nm激光器所存在的系统复杂、效率低下、价格昂贵等缺点，提供一种456nm固体蓝光泵浦360nm紫外全固体激光器。

[0005] 本发明的技术方案是采用新的腔体和膜系结构的全固态激光。

[0006] 本发明设有：

[0007] 全固态456nm蓝光激光器；

[0008] 平凸耦合输入镜，平凸耦合输入镜设于全固态456nm蓝光激光器的输出端；

[0009] 平面输入镜，平面输入镜的输入端接平凸耦合输入镜的输出端；

[0010] 带温控装置的Pr:GVO4激光晶体，带温控装置的Pr:GVO4激光晶体的输入端面接平面输入镜；

[0011] 激光输出镜，激光输出镜设于Pr:GVO4激光晶体的输出端，作为紫外光的输出镜；

[0012] 倍频晶体，倍频晶体设于激光输出镜的后端；

[0013] 折叠腔镜(折叠腔后腰镜)，折叠腔镜设于倍频晶体的后端，作为紫外光的全反后腰镜。

[0014] 平面输入镜为456nm增透(HT)和反射率R＞96％的720nm高反介质膜，直接镀在Pr:GVO4激光晶体的输入端面，作为激光器的输入镜。

[0015] 温控装置可采用常规的半导体制冷器，带温控装置的Pr:GVO4激光晶体和光学耦合系统与其它光学元件一块固定在基座上。

[0016] 本发明提出以大功率LD泵浦Nd:GVO4/LBO 456nm作为泵浦光源，通过折叠腔以及膜系设计，采用Pr:GVO4作为激光晶体，LBO晶体腔内倍频，获得较高功率的紫外360nm激光输出。本发明的突出效果将在具体实施方式中加以进一步的说明。

附图说明

[0017] 图1为本发明实施例的结构框图。

[0018] 图2为本发明实施例的结构组成示意图。

[0019] 图3为平面输入镜的膜系理论曲线。在图3中，横坐标为波长Wavelength(nm)，纵坐标为透射率Transmittance(％)。

[0020] 图4为激光输出镜的膜系理论曲线。在图4中，横坐标为波长Wavelength(nm)，纵坐标为透射率Transmittance(％)。

[0021] 图5为折叠腔镜(折叠腔后腰镜)的膜系理论曲线。在图5中，横坐标为波长Wavelength(nm)，纵坐标为透射率Transmittance(％)。

具体实施方式

[0022] 本发明包含三个部分：光学耦合系统、晶体设计与温控装置和谐振腔体设计。

[0023] 如图1、2所示：本发明设有全固态456nm蓝光激光器1、平凸耦合输入镜2、平面输入镜3、带温控装置的Pr:GVO4激光晶体4、激光输出镜5、倍频晶体6和折叠腔镜(折叠腔后腰镜)7。平凸耦合输入镜2设于全固态456nm蓝光激光器1的输出端，平面输入镜3的输入端接平凸耦合输入镜2的输出端；带温控装置的Pr:GVO4激光晶体4的输入端面接平面输入镜3，激光输出镜5设于Pr:GVO4激光晶体4的输出端，作为紫外光的输出镜；倍频晶体6设于激光输出镜5的后端；折叠腔镜(折叠腔后腰镜)7设于倍频晶体6的后端，作为紫外光的全反后腰镜。

[0024] 平面输入镜3为456nm增透(HT)和反射率R＞96％的720nm高反介质膜，直接镀在Pr:GVO4激光晶体4的输入端面，作为激光器的输入镜。

[0025] 温控装置可采用常规的半导体制冷器，带温控装置的Pr:GVO4激光晶体4和光学耦合系统与其它光学元件一块固定在基座上。

[0026] 全固态456nm蓝光激光器1输出的456nm连续蓝光激光通过平凸耦合输入镜(凸透镜)2耦合聚焦后输入Pr:GVO4激光晶体4；带温控装置的Pr:GVO4激光晶体4的输入端面作为平面输入镜3，平面输入镜3镀上456nm处透射率T＞96％的增透(HT)和720nm处高反射率(HR)R＞99.5％的介质膜，其理论设计曲线如图3所示。

[0027] 激光输出镜5镀360nm处高透(T＞98％)，同时720nm处高反(R＞99.9％)介质膜，其理论设计曲线如图4所示。

[0028] 折叠腔镜(折叠腔后腰镜)7镀有360nm、720nm处均高反(R＞99.5％)介质膜，其理论设计曲线如图5所示。

[0029] 倍频晶体(LBO)6镀上商业化的宽带增透介质膜。

[0030] 在本发明中，为了提高紫外360nm激光输出功率与光束质量等特性，可作如下设计：

[0031] 膜系设计：根据已知的偏振光谱性质，优化设计全固态456nm蓝光激光器泵浦Pr:GVO4/LBO产生基波720nm及其倍频360nm的腔体结构、晶体参数和膜系，提高360nm紫外激光的输出功率水平。

[0032] 腔体设计：选择合适的腔体结构，利用相应的谐振腔原理对腔长和泵浦光的耦合输入系统进行计算设计，确定激光晶体的位置，保证晶体对泵浦光的吸收达到最佳；同时考虑输出耦合镜的曲率半径和镀膜，尽可能减小腔内的损耗，获得较好的光束质量。

[0033] 激光研究：采用折叠腔结构，以大功率LD泵浦Nd:GVO4/LBO 456nm激光泵浦设计膜系，产生720nm四能级偏振激光，通过LBO非线性激光晶体的二次倍频，产生360nm紫外激光，在优化设计的条件下，可使紫外360nm谱线激光输出功率均大于1W。

[0034] 平面输入镜：456nmHT，720nmHR。

[0035] 激光输出镜：360nmHT，720nmHR。

[0036] 折叠腔镜：360nm&720nmHR。