一种三次谐波激光产生技术制造技术

高效率、高功率三次谐波激光产生技术，涉及三次谐波紫外固体激光的产生方法。本技术用红外激光产生技术作为光源，输出的红外激光作为基波射入倍频非线性晶体产生二次谐波光，此光与未被转换的基波光一起作用到三次谐波非线性晶体上进行混频，产生三倍频激光输出，基波与二次谐波在激光谐振腔内同方向、同偏振态，多次往返在三倍频晶体中混频，产生高效三次谐波光。双波长波片改变二次偏振光的偏振态方向，并且二次谐波偏振光通过布鲁斯特角折叠光路形成低损耗偏振耦合，构成闭路多次内全反射，并采用双向混频，单方向反射和布鲁斯特角偏振耦合，输出单束三次谐波光。本技术进步在于产生三次谐波紫外固体激光效率高、功率强，光束稳定。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光
，特别涉及三次谐波紫外固体激光的产生方法。
技术介绍
由于紫外固体激光具有高分辨和对材料强吸收的特点，近几年来在国际上发展极为迅速。波长为355nm的NdYAG和NdYVO4三次谐波激光加工机已主导了精细加工，特别是用于多层、高密度印刷电路板(PCB)的精密打孔设备市场。在特种材料打标、集成电路修复、生物荧光分析、环境污染监测、DNA分析等的应用上，也显示出巨大优势。另外，三次谐波是产生高次谐波的中间手段。三次谐波与基波混频产生的四次谐波可用于平面液晶显示的薄膜晶体管(TFT)切割，通讯光纤的光栅制造，在精密机械制造中进行紫外凝胶三维立体制模。三次谐波与二倍谐波混频产生的五次谐波深紫外激光，在高密度集成电路制造中用于掩膜修复、光阻材料刻蚀，在半导工业中用于基片缺陷检查，在眼科上用于矫正近视眼视力的眼膜手术。常用的三次谐波固体激光的产生是在激光谐振腔外进行，见美国专利(US.PATENT NO6115402、5835513、5742626、5144630及中国公开号为130311、1058740、1288275专利)。利用一台红外激光产生技术作为光源，输出的红外激光作为基波射入倍频非线性晶体产生二次谐波光，此倍频光与未被转换的基波光一起作用到三次谐波非线性晶体上进行混频，产生三倍频激光输出。这种方法产生的三次谐波光较稳定，易于调试，因为二倍频晶体和三倍频晶体均在腔外，其机械温度变化导致的位相失配、光路变化、损耗、功率起伏等，均不影响基波，即红外激光振荡器的输出性能。问题是很难同时达到高效率和高功率的三倍频效果。其原因有三点①入射的基波功率低。通常红外激光产生技术的输出耦合率约为20％，即腔外的基波功率仅为腔内基波功率的1/5，而谐波效率与入射基波功率的平方成正比，因而腔外谐波使转换效率受限。②为了提高腔外谐波的转换效率，通常采用透镜聚焦以增强基波的功率密度。但聚集光束会造成非线性晶体表面光学增透膜层和晶体本身的破坏，从而使谐波输出总功率受限。③在腔外混频为单程行为，即基波和二次谐波一次性通过三倍频晶体，未转换为三次谐波的基波和二倍频光全部被浪费掉。为了利用被转换的倍频光，公开号为1288275号专利在腔外附加了一个二倍频反射子腔，以增强混效效果。但由于其基波为单向传输光，所以混频的利用率仍然有限。为了充分利用基波功率，近年来腔内混频进展迅速。腔内三次谐波产生可分为两类，其一为振荡基波+双程二倍频→单程三倍频见中国公开号为2351897、1285636及美国PANTENT NO6241720、6229859、6002695号专利。专利2351897和6241720是透射式腔耦合输出三倍频光。专利6229859和6002695是用腔内插入棱镜色散法分离三倍频光。在这类腔内三次谐波产生方法中，基波为腔内振荡光。利用对基波和二倍频光全反射的端面反射镜，使双向产生的二倍频光单向入射到三倍频晶体进行混频，单向输出三次谐波光，其效率比腔外混频要高。但三次混频后未被转换的二倍频光仍然被损失掉，从而使其效率提高受限。专利1285636和5898717则采45°角折叠腔结构输出三倍频光，这种结构使三倍频光有较大的偏振耦合损耗。因为45°角反射镜必须按有利于基波偏振光全反射的角方位设置，使基波偏振损耗最小，以形成强的基波振荡。但在这类专利中，采用的是I类二倍频晶体和II类三倍频晶体结构，其二倍频光的偏振方向与基波重直，而三倍频光的偏振方向与基波偏振方向平行。根据光学原理，当大角度反射一种线偏振光时，只有与入射面相平行的线偏振光相适合同时透过，而与入射面相垂直的线偏振光不容易透过。为了弥补这种线偏振耦合损耗，专利采用二倍频晶体和三倍频晶体串接并插入波片，减去了偏振耦合损耗。但是这种方法仍然不能利用未被转换的二次谐波光，因为如果用反射镜把单次混频后剩余的二次谐波光反射回来再次作用到三倍频晶体时，反向输出的三次谐波光将通过波片和二倍频晶体，会造成波片和二倍频晶体及表面增透膜层的强吸收以至损伤。由于只使用了单向次混频，因此，这种方法也不能使三次谐波达到很高的效率和很高的功率。另一腔内三次谐波产生方法为振荡基波+多程二倍频→多程三倍频美专利PATENT NO5278852、5943351，即在基波振荡器中加进二次谐波子谐振腔或反射镜，使基波和二次谐波在三倍频晶体内多次往返混频转换为三次谐波光，这种方法在直线腔结构可达到很高的转换效率和很高功率的三倍频激光输出，因为0°入射的镜往对各种偏振光都有良好的耦合，这种方法使全部二倍频光都转换为三次谐波光。问题是为了得到高功率三倍频光输出，必须插入三倍频反射镜，使双向混频的三倍频光变为单向输出，因此输出的三次谐波为双光束。虽然可以通过调节反射镜尽量使双光束重叠，但是在激光精细加工应用中，会出现微偏离的双光斑焦点，影响加工精度。为了克服这个缺点，美国专利PANTENT NO5943351也设计了45°反射折叠腔结构，可以得到单光束输出。同样，由于采用了I类二倍频晶体和II类三倍频晶体组合，也存在线偏振光耦合损耗问题。该设计的45°反射折叠镜是按有利于基波垂直偏振光方位安置，对水平偏振的二倍频光反射，存在偏振反射损耗，对垂直偏振的三倍频光透射，也存在偏振耦合损耗。因此，该设计是以牺牲效率来达到单次三次谐波输出。
技术实现思路
本专利技术目的是针对以上各技术存在的不足，充分利用腔内强基波光，利用二次谐波功率进行多次混频、减少偏振光耦合损耗得到单束光输出等技术，设计一种高效率、高功率、稳定和优良光束质量的三次谐波紫外固体激光产生方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现一种高效率、高功率三次谐波激光产生技术，包括用红外激光产生技术作为光源，输出的红外激光作为基波射入倍频非线性晶体产生二次谐波光，此倍频光与未被转换的基波光一起作用到三次谐波非线性晶体上进行混频，产生三倍频激光输入；所述基波与二次谐波在激光谐振腔内同方向、同偏振态、多次往返在三倍频晶体中混频，产生高效率三次谐波光。采用双波长波片改变二次谐波线偏振光的偏振态方向。所述二次谐波偏振光通过布鲁斯特角折叠光路形成低损耗偏振耦合，使二次谐波光构成闭路多次内全反射。所述激光产生技术采用双方向混频，单方向反射和布鲁斯特角偏振耦合，输出单束三次谐波光。所述红外基波谐振腔设计为与激光介质热透镜平衡高功率密度稳定腔结构，并采用多次布鲁斯特角的的内全反射折叠光路，形成高线偏振度激光振荡。红外基波谐振腔设计为与激光介质热透镜平衡高功率密度稳定腔结构，并用多次布鲁斯特角的内全反射折叠光路，形成高线偏振度激光振荡。红外激光产生技术为固体激光棒，固体激光棒为两根串接的高功率密度激光谐振腔中，两根棒分别置于正交线偏振状态，两棒间设有半波片达到切向、横向应力补偿。做为红外激光产生技术的固体激光棒为两根相互串接的高功率密度激光谐振腔中，两根棒分别置于应交线偏振状态，在两棒间设有半波片达到切向、横向应力补偿。所使用的三倍频晶体为I类LBD，或I类BBO、I类CLBO或其它I类非线性晶体，如LiNb3O4。所使用的三倍频晶体为I类LBD，或I类BBO、I类CLBO或其它I类非线性晶体，如LiNb3O4。所使用的二倍频晶体为I类LBO，或I类BBO或I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效率、高功率三次谐波激光产生技术，包括用红外激光产生技术作为光源，输出的红外激光作为基波射入倍频非线性晶体产生二次谐波光，此倍频光与未被转换的基波光一起作用到三次谐波非线性晶体上进行混频，产生三倍频激光输出；其特征在于：所述基波与二次谐波在激光谐振腔内同方向、同偏振态、多次往返在三倍频晶体中混频，产生高效率三次谐波光。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高云峰，杨少辰，周朝明，
申请(专利权)人：深圳市大族激光科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]