二次谐波产生的晶体制造技术

光学器件(10)从可见激光辐射束产生紫外激光辐射束，并在空间上将紫外激光束与可见激光束分开。光学器件(10)包括沿着平面界面(16)接触结合的两个由相同的光学非线性材料制成的晶体(12,14)。一个晶体(12)具有主晶体轴，其取向用于I型二次谐波产生。紫外激光束通过另一个晶体(14)的未涂覆表面(26)离开光学器件(10)。两种晶体(12,14)的主晶体轴具有不同的取向，并且围绕平面界面(16)具有反射对称性。并且围绕平面界面(16)具有反射对称性。并且围绕平面界面(16)具有反射对称性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二次谐波产生的晶体
[0001]优先权
[0002]本申请要求于2020年2月26日提交的美国专利申请序列No.16/801,857的优先权，其公开内容全部并入本文。


[0003]本专利技术一般涉及用于产生二次谐波辐射的光学器件。本专利技术特别涉及用于通过可见波长辐射的谐波转换产生紫外波长辐射、并将紫外辐射与残余可见辐射分离的光学非线性晶体。

技术介绍

[0004]在用于提供紫外波长辐射的激光装置中，通常通过光学非线性晶体中的可见波长辐射的谐波转换来产生紫外(UV)辐射。通常，可见光辐射是由固态激光器(例如光泵半导体(OPS)激光器)中产生的近红外(NIR)波长辐射的二次谐波转换产生的。
[0005]举例来说，在用于产生连续波UV辐射的一种常见布置中，通过固态激光器内的NIR辐射的腔内二次谐波转换来产生可见辐射。可见辐射被耦合到用于可见辐射的阻抗匹配的谐振增强腔中。谐振腔内的光学非线性晶体然后通过I型二次谐波转换将可见辐射转换为UV辐射。使用OPS固态激光器，可以产生波长为266纳米(nm)或更小的UV辐射。I型二次谐波转换的困难在于产生的UV辐射和残余可见辐射之间没有固有的空间分离。
[0006]通常，UV辐射由具有薄膜介电涂层的分色镜引导出谐振腔。该分色镜可以用作谐振镜之一，反射可见辐射并透射UV辐射。或者，分色镜可以是单独的腔内元件，透射可见辐射并将UV辐射反射出谐振腔。
[0007]上述激光装置的特定限制是由UV辐射引起的对薄膜介电涂层的损坏。对于较短波长的UV辐射，这种限制变得更成问题。虽然腔内元件可以平移，将受损区域移出辐射并暴露原始区域，但这种平移增加激光装置的显著复杂性和成本。此外，即使是尚未损坏的涂层，由于层厚度的制造差异或涂层材料的吸收，通常也会有损失。这种损耗降低了使用腔内谐波产生的谐振腔的效率，并最终降低了这些谐振腔的使用寿命。
[0008]美国专利No.10,474,004中描述了一种克服这些限制的装置，该专利分配给本专利技术的受让人，其完整公开通过引用并入本文。未涂覆的双折射棱镜接收由光学非线性晶体产生的可见辐射和UV辐射。可见辐射和UV辐射具有正交线性偏振。双折射晶体具有内表面，该内表面对于可见辐射以布鲁斯特角取向，并且对于UV辐射以全内反射取向。双折射晶体是具有必须以相对高的精度定向的光学表面的附加元件。可见光辐射和紫外辐射都必须穿过双折射晶体的两个表面，具有一些不可避免的反射损耗。
[0009]需要一种产生UV辐射并将UV辐射与可见辐射分离的激光装置，其不将任何涂层暴露于UV辐射。优选地，生成和分离将在向激光装置添加最小光学器件元件、光学器件表面、复杂性和成本的同时完成。
[0010]专利技术概述
[0011]在一个方面，根据本专利技术的用于将具有基波波长的辐射转换为具有二次谐波波长的辐射的光学器件包括第一晶体，由具有主晶体轴的光学非线性材料制成。所述第一晶体的主晶体轴取向为通过二次谐波产生将基波辐射转换为二次谐波辐射。提供第二晶体，由与是第一晶体相同的光学非线性材料制成。所述第一和第二晶体沿第一平面界面结合在一起。所述第一平面界面相对于所述基波辐射倾斜。所述第一和第二晶体的主晶体轴具有相互角分离并且具有围绕所述第一平面界面的反射对称性。因此所述第一和第二晶体的热膨胀系数沿所述第一平面界面匹配。
[0012]在另一方面，根据本专利技术的用于以二次谐波波长产生激光辐射束的激光装置包括：以二次谐波波长两倍的基波波长递送激光辐射束的激光器。提供接收基波激光束的阻抗匹配的谐振增强腔。所述谐振增强腔由多个腔镜限定，所述腔镜在基波波长处具有高反射性，并布置成沿所述谐振增强腔内的封闭路径引导基波激光束。提供光学器件，位于所述谐振增强腔的闭合光束路径内。所述光学器件包括由相同光学非线性材料制成的第一晶体和第二晶体。所述光学非线性材料具有主晶体轴。所述第一晶体的主晶体轴取向为通过二次谐波产生将所述基波波长处的激光辐射转换为二次谐波波长处的激光辐射。所述第一和第二晶体沿着相对于所述基波激光束倾斜的平面界面结合在一起。所述第一和第二晶体的主晶体轴相互分离角度至少2
°
。所述第一和第二晶体的主晶体轴围绕所述平面界面具有反射对称性。因此所述第一和第二晶体的热膨胀系数沿所述平面界面匹配。
[0013]在又一方面，根据本专利技术的用于将具有第一基波波长的辐射和具有第二基波波长的辐射转换为具有总频率波长的辐射的光学器件包括第一晶体，由具有主晶体轴的光学非线性材料制成。所述第一晶体的主晶体轴取向为通过总频率产生将所述第一基波辐射和所述第二基波辐射转换为总频率辐射。提供第二晶体，由与是第一晶体相同的光学非线性材料制成。所述第一和第二晶体沿平面界面结合在一起。所述平面界面相对于所述第一和第二基波辐射倾斜。所述第一和第二晶体的主晶体轴具有相互角分离并且具有围绕所述平面界面的反射对称性。因此所述第一和第二晶体的热膨胀系数沿所述平面界面匹配。
[0014]附图简述
[0015]包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示意性地示出了本专利技术的优选实施例，并且与上面给出的一般描述和下面给出的优选实施方式的详细描述一起用于解释本专利技术的原理。
[0016]图1A是透视图，图1B是平面图，并且图1C是示意性地示出根据本专利技术的光学器件的一个优选实施例的侧视图，该光学器件用于将基波辐射束转换成二次谐波辐射束并分离两个光束，包括沿平面界面结合到第二晶体的第一晶体，分离的光束通过未涂覆的输出表面离开光学器件。
[0017]图2A是横截面平面图，并且图2B是示意性地示出图1A
‑
1C的光学器件的进一步细节的横截面侧视图。
[0018]图3是示出图1A
‑
1C的光学器件的进一步细节的放大横截面侧视图。
[0019]图4A是横截面平面图，并且图4B是示意性地示出根据本专利技术的光学器件的另一优选实施例的横截面侧视图，类似于图1A
‑
1C的光学器件，但包括沿另一平面界面结合到第一晶体的第三晶体。
[0020]图5是示意性地示出根据本专利技术制造图4A和4B的光学器件的方法的侧视图。
[0021]图6A是图1A
‑
1C的光学器件的一个示例，其具有主晶体轴和以选定角度倾斜的平面界面，以最大化输出表面上的基波辐射束和二次谐波辐射束之间的分离。
[0022]图6B是图1A
‑
1C的光学器件的一个示例，其具有主晶体轴和以选定角度倾斜的平面界面，以最大化输出表面上的基波辐射束和二次谐波辐射束的重叠。
[0023]图7A是透视图，图7B是平面图，并且图7C是示意性地示出根据本专利技术的光学器件的又一优选实施例的侧视图，类似于图1A
‑
1C的光学器件，但是基波辐射束通过一个未涂覆的输出表面离开光学器件，而二次谐波辐射束通过另一个未涂覆的输出表面离开。
[0024]图8示意性地示出了根据本专利技术的激光系统的一个实施例，包括激光器、谐振增强腔和图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于将具有基波波长的辐射转换为具有二次谐波波长的辐射的光学器件，包括：第一晶体，由具有主晶体轴的光学非线性材料制成，所述第一晶体的主晶体轴取向为通过二次谐波产生将基波辐射转换为二次谐波辐射；第二晶体，由与是第一晶体相同的光学非线性材料制成，所述第一和第二晶体沿第一平面界面结合在一起，所述第一平面界面相对于所述基波辐射倾斜；其中，所述第一和第二晶体的主晶体轴具有相互角分离并且具有围绕所述第一平面界面的反射对称性，因此所述第一和第二晶体的热膨胀系数沿所述第一平面界面匹配。2.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述第一和第二晶体的主晶体轴取向为使得所述基波辐射不被折射并且所述二次谐波辐射在所述第一平面界面处被折射。3.根据权利要求1或2所述的光学器件，其中，所述基波辐射通过相对于所述基波辐射的无涂覆输入表面以布鲁斯特角进入所述光学器件。4.根据前述任一权利要求所述的光学器件，其中，所述基波辐射通过相对于所述基波辐射的无涂覆输出表面以布鲁斯特角离开所述光学器件。5.根据权利要求4所述的光学器件，其中，所述第一平面界面相对于所述基波辐射的倾斜角度以及所述第一平面界面与所述输出表面之间的距离被选择为以将所述基波辐射与所述输出表面上的二次谐波辐射分离。6.根据权利要求4所述的光学器件，其中，所述第一平面界面相对于所述基波辐射的倾斜角度以及所述第一平面界面与所述输出表面之间的距离被选择为将所述基波辐射与所述输出表面上的二次谐波辐射重叠。7.根据权利要求4至6所述的光学器件，其中，所述二次谐波辐射通过相对于所述二次谐波辐射的另外未涂覆输出表面以布鲁斯特角离开所述光学器件。8.根据前述任一权利要求所述的光学器件，其中，所述基波辐射通过相对于所述基波辐射的平行未涂覆的表面以布鲁斯特角进入和离开所述光学器件。9.根据前述任一权利要求所述的光学器件，其中，所述第一和第二晶体通过光学接触结合而结合在一起。10.根据前述任一权利要求所述的光学器件，还包括由与所述第一和第二晶体相同的光学非线性材料制成的第三晶体，所述第三晶体沿第二平面界面结合所述第一晶体，所述第二平面界面平行于所述第一平面界面，所述第一和第三晶体的主晶体轴具有相互角分离并围绕所述第二平面界面具有反射对称性，因此所述第一和第三晶体的热膨胀系数沿所述第二平面界面匹配。11.根据权利要求10所述的光学器件，其中，所述第二和第三晶体的各自主晶体轴具有相同的取向。12.根据权利要求10所述的光学器件，其中，所述第一和第三晶体通过光学接触结合而结合在一起。13.根据前述任一权利要求所述的光学器件，其中，所述第一和第二晶体的主晶体轴相互间隔至少5
°
。14.根据权利要求13所述的光学器件，其中，所述第一和第二晶体的主晶体轴相互间隔至少12
°
。15.根据前述任一权利要求所述的光学器件，其中，所述二次谐波产生为I型二次谐波
产生。16.根据前述任一权利要求所述的光学器件，其中，所述光学非线性材料选自由β
...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：相干激光系统有限公司，
类型：发明
国别省市：