本发明专利技术属于激光技术领域，具体公开了一种高光束质量和宽波长范围的全半导体紫外激光器，包括边发射半导体激发光源、面发射半导体增益介质以及基频振荡和频率转换部件，面发射半导体增益介质以及基频振荡和频率转换部件形成谐振腔；边发射半导体激发光源发出的激发光能够投射到面发射半导体增益介质上；面发射半导体增益介质能够吸收边发射半导体激发光源所发出的激发光的光子能量，并产生激光波长的受激辐射；受激辐射在谐振腔中形成基频激光振荡，并完成频率转换，最终输出为紫外激光。所用的激发光源及增益介质均为半导体材料，即激光器为全半导体激光器，从而使得激光器的转换效率高、功耗低、寿命长、体积小，具有技术优势和应用价值。和应用价值。和应用价值。
【技术实现步骤摘要】
一种高光束质量和宽波长范围的全半导体紫外激光器
[0001]本专利技术属于激光
，尤其涉及一种高光束质量和宽波长范围的全半导体紫外激光器。
技术介绍
[0002]紫外激光器具有激光波长短，单光子能量大，能聚焦到很小光斑等独特优点，在集成电路工艺、精细激光加工、生命科学等众多方面具有独特的应用价值。比如在集成电路的光刻工艺中，波长越短的紫外激光，可以获得越高的分辨率；在激光精细加工中，紫外光的单光子能量大，可以直接破坏材料的分子健或原子间连接，对材料的加工属于冷加工，不会产生熔融、碎屑、裂纹等热加工中经常出现的缺陷，因而加工质量极高。
[0003]目前获得紫外激光的途径主要包括：固体紫外激光器、气体紫外激光器和半导体紫外激光器。其中，固体紫外激光器由于可供使用的固体激活离子有限，所以固体紫外激光器能够获得的波长极其有限，最常见和最成熟的就是355nm和266nm紫外波长；此外，固体紫外激光器的转换效率普通偏低，典型值在1％左右，因此其能耗相当高。气体紫外激光器的不足之处是它需要高压放电激励，设备的体积庞大，功耗高，寿命短，使用很不方便；气体紫外激光器的另外一个缺点是它的掩膜损耗很大，光束的指向性不好，功率的稳定性也一直是一个问题。相比而言，半导体紫外激光器的体积小，寿命长，转换效率高，但是由于半导体紫外激光器所使用的GaN系列材料的外延生长非常困难，激光器的内部光损耗很大，从而导致激光器的阈值电流增大，斜率效率降低；由于相关材料外延生长的问题，目前半导体紫外激光器所能够发射的激光波长也非常有限；此外，和其它边发射半导体激光器一样，目前的半导体紫外激光器本身不可克服的一大缺点就是它的光束质量很差，在光刻等众多紫外激光器的应用中，目前的半导体紫外激光器的光束都不能符合要求。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种高光束质量和宽波长范围的全半导体紫外激光器，以解决现有的固体紫外激光器存在的发射波长极其有限、转换效率低能耗高的问题，气体紫外激光器存在的体积庞大、功耗高、功率不稳定的问题，半导体紫外激光器存在的发射波长有限、光束质量不好的问题。本专利技术能够提升紫外激光器的光束质量，扩展紫外激光器的发射波长，扩大紫外激光器的应用领域。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种高光束质量和宽波长范围的全半导体紫外激光器，包括边发射半导体激发光源、面发射半导体增益介质以及基频振荡和频率转换部件，所述面发射半导体增益介质以及基频振荡和频率转换部件形成谐振腔；所述边发射半导体激发光源发出的激发光能够投射到面发射半导体增益介质上；所述面发射半导体增益介质能够吸收边发射半导体激发光源所发出的激发光的光子能量，并产生激光波长的受激辐射；所述受激辐射在所述谐振腔中形成基频激光振荡，并完成频率转换，最终输出为紫外激光。
[0006]进一步，所述基频振荡和频率转换部件包括偏振及滤波器、第一反射镜、频率转换组件和第二反射镜；
[0007]所述偏振及滤波器用于将基频激光变成线偏振光并对基频激光进行滤波；
[0008]所述第一反射镜用于将所述偏振及滤波器发出的线偏振光反射至所述频率转换组件；
[0009]所述频率转换组件用于将基频激光转换为紫外波段的紫外激光；
[0010]所述第二反射镜用于输出紫外激光。
[0011]进一步，所述频率转换组件包括第一非线性晶体、第三反射镜、第四反射镜和第二非线性晶体；
[0012]所述第一反射镜用于将所述偏振及滤波器发出的线偏振光反射至所述第一非线性晶体；
[0013]所述第一非线性晶体用于将基频激光波长转换为可见光激光波长并能够透过所述基频激光和可见光激光；
[0014]所述第三反射镜用于将第一非线性晶体发出的可见光激光反射至所述第四反射镜；
[0015]所述第四反射镜用于将第三反射镜反射的激光反射至所述第二非线性晶体；
[0016]所述第二非线性晶体用于将所述第一非线性晶体中转换产生的可见光激光再次转换，产生紫外波段的紫外激光；
[0017]所述第二反射镜用于输出紫外激光并用于反射所述基频激光和可见光激光；
[0018]所述第二反射镜反射的基频激光和可见光激光经过第二非线性晶体、第一非线性晶体后从所述第一反射镜输出。
[0019]进一步，所述频率转换组件包括第三非线性晶体；所述第三非线性晶体用于将基频激光波长转换为紫外激光。
[0020]进一步，所述边发射半导体激发光源和面发射半导体增益介质之间设有光束重整器，所述光束重整器用于将边发射半导体激发光源发出的激发光的光束进行重整，使其投射在面发射半导体增益介质上的光斑大小与激光模式相匹配。
[0021]进一步，所述第三反射镜与第一反射镜之间的光束束腰、第四反射镜与第二反射镜之间的光束束腰能够通过调节第三反射镜和第四反射镜的位置进行调节。
[0022]进一步，所述面发射半导体增益介质包括集成反射镜、激光波长增益区和载流子限制层；
[0023]所述集成反射镜能对激光波长增益区发射的激光波长进行反射；所述集成反射镜包括多个激光波长反射单元，每个所述激光波长反射单元包括高反射率层和低反射率层，入射光的激光波长在层与层之间的界面上的反射光的相位相同；
[0024]所述激光波长增益区能对基频激光波长提供增益；所述激光波长增益区包括多个激光波长发射单元，每个所述激光波长发射单元包括依次设置的第一激发光吸收层、激光波长发射层和第二激发光吸收层；所述第一激发光吸收层和第二激发光吸收层的带隙能大于激光波长发射层的带隙能；所述第一激发光吸收层和第二激发光吸收层均能吸收所述边发射半导体激发光源所发出的光子能量并产生自由载流子；所述激光波长发射层能够俘获第一激发光吸收层和第二激发光吸收层中的自由载流子，并发射出激光波长；
[0025]所述载流子限制层的带隙能大于激发光的光子能量。
[0026]进一步，所述面发射半导体增益介质还包括保护层，所述保护层(16)用于防止所述面发射半导体增益介质的表面发生氧化和退化。
[0027]进一步，所述第一反射镜上镀有对基频激光进行反射、对可见光激光进行透射的第一膜层；所述第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜均镀有对基频激光和可见光激光进行反射的第二膜层；所述第二反射镜上还设有对紫外激光波长进行透射的第三膜层。
[0028]进一步，所述第一非线性晶体两端的通光面上均镀有对基频激光和可见光激光进行透射的第四膜层；所述第二非线性晶体两端的通光面上均镀有对基频激光、可见光激光和紫外激光进行透射的第五膜层。
[0029]本技术方案的工作原理在于：
[0030]从边发射半导体激发光源发出的激发光，经过光束重整器后投射在面发射半导体增益介质上，形成与激光模式匹配的激发光斑。面发射半导体增益介质中的激光波长增益区吸收激发光的能量，并发射基频激光波长。谐振腔由面发射半导体增益介质中的集成反射镜，以及后续的偏振及滤波器、第一反射镜、第一非线性晶体、第三反射镜、第四本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高光束质量和宽波长范围的全半导体紫外激光器，其特征在于：包括边发射半导体激发光源(1)、面发射半导体增益介质(3)以及基频振荡和频率转换部件，所述面发射半导体增益介质(3)以及基频振荡和频率转换部件形成谐振腔；所述边发射半导体激发光源(1)发出的激发光能够投射到面发射半导体增益介质(3)上；所述面发射半导体增益介质(3)能够吸收边发射半导体激发光源(1)所发出的激发光的光子能量，并产生激光波长的受激辐射；所述受激辐射在所述谐振腔中形成基频激光振荡，并完成频率转换，最终输出为紫外激光。2.根据权利要求1所述的一种高光束质量和宽波长范围的全半导体紫外激光器，其特征在于：所述基频振荡和频率转换部件包括偏振及滤波器、第一反射镜(5)、频率转换组件和第二反射镜(10)；所述偏振及滤波器用于将基频激光变成线偏振光并对基频激光进行滤波；所述第一反射镜(5)用于将所述偏振及滤波器发出的线偏振光反射至所述频率转换组件；所述频率转换组件用于将基频激光转换为紫外波段的紫外激光；所述第二反射镜(10)用于输出紫外激光。3.根据权利要求2所述的一种高光束质量和宽波长范围的全半导体紫外激光器，其特征在于：所述频率转换组件包括第一非线性晶体(6)、第三反射镜(7)、第四反射镜(8)和第二非线性晶体(9)；所述第一反射镜(5)用于将所述偏振及滤波器发出的线偏振光反射至所述第一非线性晶体(6)；所述第一非线性晶体(6)用于将基频激光波长转换为可见光激光波长并能够透过所述基频激光和可见光激光；所述第三反射镜(7)用于将第一非线性晶体(6)发出的可见光激光反射至所述第四反射镜(8)；所述第四反射镜(8)用于将第三反射镜(7)反射的激光反射至所述第二非线性晶体(9)；所述第二非线性晶体(9)用于将所述第一非线性晶体(6)中转换产生的可见光激光再次转换，产生紫外波段的紫外激光；所述第二反射镜(10)用于输出紫外激光并用于反射所述基频激光和可见光激光；所述第二反射镜(10)反射的基频激光和可见光激光经过第二非线性晶体(9)、第一非线性晶体(6)后从所述第一反射镜(5)输出。4.根据权利要求2所述的一种高光束质量和宽波长范围的全半导体紫外激光器，其特征在于：所述频率转换组件包括第三非线性晶体(24)；所述第三非线性晶体(24)用于将基频激光波长转换为紫外激光；。5.根据权利要求1所述的一种高光束质量和宽波长范围的全半导体紫外激光器，其特征在于：所述边发射半导体激发光源(1)和面发射半导体增益介质(3)之间设有光束重整器(2)，所述光束重整器(2)用于将边发射半导体激发光源(1)发出的激发光的光束进行重整，使其投射在面...
【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，朱仁江，王涛，蒋丽丹，
申请(专利权)人：重庆师范大学，
类型：发明
国别省市：
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