本发明专利技术涉及一种用于延长经受强激光束辐射的频率转换非线性光学系统（１９）的使用寿命的设备，该设备包括具有在光束上倾斜的平坦且平行的表面的两个板（２、３），以及用于横向转动所述板（２、３）的装置，该装置适于在一个角度范围（ｉ２０±δｉ２）内改变第一板的倾角以相对于该光学系统（１９）移动入射光束，同时最小化输出光束（３７、４７）在该第一板的倾角范围（ｉ２０±δｉ２）内的移动幅度。本发明专利技术还涉及该设备在包括一个或多个非线性晶体（１、１６）的非线性光源中的应用。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于延长经受强激光束辐射的一个或多个线性或非线性光学元件的使用寿命的设备。本专利技术特别应用于光频转换器，特别是包括非线性晶体的光学谐波生成器，这种晶体经受到可能是破坏性的辐射，例如强烈集中的UV射线。本专利技术还应用于频率可调的光学参量振荡器(OPO)激光源。
技术介绍
固体激光器已知用于制造具有非常好的光质量的光束并且在许多应用中被使用， 包括半导体微加工、塑料产品标志、太阳能电池蚀刻等等。对于大部分应用来说，有必要将激光器发出的通常为红外线的射线转换成频率较高的射线。制造基本频率的第二、第三、第四或甚至第五谐波以获得高功率高质量的连续或脉冲UV光束是相当令人感兴趣的。脉冲固体激光器能够在持续时间相对较短的脉冲(小于200ns)上产生超过一百瓦特的平均功率。可以列举激光介质，例如Nd:YV04、Nd:YAG、Nd:YLF，以及Nd或％掺杂的玻璃纤维，以用作能够以非常高的频率(通常是10到500kHz)工作的激光脉冲源。第三谐波的制造现在已经工业化了，并且约为20W的功率已经在355nm获得，4W在沈6歷获得，并且人们越来越关注更短的波长。当希望制造高频脉冲激光的谐波时主要困难在于遭受高功率UV的光学元件的使用寿命。已知使得包括光学处理或非线性晶体的元件遭受长时间的强UV辐射会导致该元件在接近于被照亮区域的区域中的不可逆转的降级。这种降级的物理原因仍然有待研究并且难以理解。存在用于延长一个区域的使用寿命的手段，但是它们并不总是能够达到这些源的工业应用所需要的使用寿命。利用入射功率强度所进行的加速以及短波长所造成的损坏是已知的，并且光学元件表面上的瑕疵也会造成这种损坏。所观测到的效应是累积的并且会使得所产生的光束和UV功率的质量逐渐地降级。为了制造UV射线，传统的方法在于将强光束聚焦于非线性晶体中。典型的晶体是 LB0、BB0和CLB0，但是也可以使用任何其他晶体。在以高频工作的激光器的情况下，每个脉冲的低能量必须确保使得光束聚焦于约为100 μ m的直径范围内。功率强度因而达到每平方厘米几十千瓦并且最终造成严重的损坏。用于限制晶体降级的一种已知的方法在于在从几小时到几星期的时期之后将横向平面内的非线性晶体移动至激光束轴线，从而找到还未被破坏的新的晶体区域。光束的大小约为100微米并且晶体大小通常为3X3mm，很容易将晶体表面分解成一百个以上的基本区域，这些基本区域将在进行移动的期间被光束逐一照射。例如，如果考虑光束可以在一个区域停留100小时而损失小于其功率的10%，则晶体使用寿命增加一因数100以达到大约10，000小时。当所有区域已经被一一使用过时，必须更换晶体。这种方法在Marason 的专利US 5，179，562中针对连续激光的情形而被描述，并且在专利US 5，825，562 (Lai等人)中针对脉冲激光的特定情形而被描述。专利US 5，825，562描述了一种平移系统，其包括两个互相垂直并且垂直于激光束的平移板。其他专利公开了对于按照垂直于光束的平面内的晶体的圆形路径的平移或移动系统的改进(专利申请US2003/0147433，“Extended lifetime harmonic generator，，,Kafka等人；专利US 6, 859, 225,"Method of programmed displacement for prolonged usage of optical element under the irradiation of intense laser beam”)。这些方法被用于所有通过生成商业上可获得的第三或第四谐波来进行UV发射的固体激光器。上述方法的主要缺点在于它们需要完美的平移而不会产生晶体围绕与光束轴垂直的轴的任何转动。实际上，非线性晶体中的谐波的生成是基于相位匹配的。相位匹配是通过非常精细地调节晶体轴与激光束之间的角度来获得的。如果这个角度在平移期间变化，则转换效率将改变并且谐波辐射中产生的功率将改变。15mm长的LBO晶体的典型准确度远低于1毫弧度。对于双折射很强的晶体(例如ΒΒ0)或非常短的波长来说会更低。因此有必要确保晶体在垂直于激光束轴的两个方向中的几毫米的平移不会导致大于几毫弧度的转动。这种准确度在几毫米的移动中以及在几年的时期内非常难以维持。此外，可移动元件的存在使得晶体的稳固变得不可能，该晶体的取向因而会在传送事件期间改变。因此有必要每次平移晶体都重新调节相位匹配。这种匹配的重新调节通常通过改变晶体温度来进行，但是它需要复杂的控制回路。此外，根据光学元件移动方法，当激光器包括串行安排于该激光器的光路上并且经受强激光束的几个固体光学元件时，每个元件必须配备一平移系统来修改每个元件上的光束的照射区域，这使得设备更加复杂。这特别是三重、四重或五重谐波生成器的情形，其使用级联的非线性晶体。如后文中所使用的那样，“非线性光学系统”是指包括至少一个非线性光学元件的光学元件集合，其可以是非线性晶体。当光学系统包括几个元件时，这些元件被串行安排在光路上。此外，专利US 5，546, 764描述了一种用于沿着晶体表面上的圆形路径连续转动激光束以避免局部加热晶体的设备。该设备包括具有平坦且平行的表面的两个相同的板， 这两个板被安排在光频转换非线性晶体的两侧。这两个板相对于激光束轴对称地倾斜一固定的角度并且围绕激光束轴连续转动。这个设备使之能够沿着圆形较快地移动(几赫兹) 光束影响点，晶体保持固定。两个板的转动必须相同并且同步以使得能够相当近似地维持方向固定的输出光束。然而，这种两个(由于存在一个或多个晶体而)分离的光元件的转动耦合可能难以实现。此外，光束的圆柱形路径不允许利用晶体的整个表面，并且不能够延长太多晶体的使用寿命。最后，用第二板的偏斜来补偿第一板的偏斜通常是不完善的，这使得输出光束执行了残余的圆形或螺线形移动。这种输出光束的残余移动特别地是由于经过第一和第二板的光束间的波长差以及板的色差而导致的。这种寄生移动比光束大小较小具有更大的阻碍。根据文件US 5，646，764，两个板的偏斜差异是几十微米，这对于小尺寸光束而言无法维持固定的输出光束方向和位置。更具体地，在激光微加工应用中，UV激光束的大小约为100微米。这个UV激光束通常耦合到要准确对焦的光学器件。光束方向和位置必须在几个百分点内(即几微米内)保持稳定。
技术实现思路
本专利技术旨在克服这些缺点，并且具体地涉及一种用于延长经受强激光束辐射的至少一个频率转换非线性光学系统的使用寿命的设备，该光学系统能够将具有基本光频Q1 的入射光束转换成具有光频ω2的输出光束。根据本专利技术，该设备包括具有平坦且平行的表面的第一传输板，其厚度为％并且指数为H2 (ω 1)，并且能够被插入所述入射激光束的光路中并且发射光束，所述第一板的平坦表面的法线H2构成相对于激光束传播轴X的倾角。所述设备包括具有平坦且平行的表面的第二传输板，其厚度为％并且指数为η3(ω 2)， 并且能够在所述光学系统的出口处被插入光束的光路中并且发射光频为ω2的光束，所述第二板的法线η3构成相对于光束传播轴X’的倾角(i3)。本专利技术的设备还包括用于围绕与激光束传播轴(X)垂直的至少一个轴(Y，Z)横向转动所述第一板的装置，本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于延长经受入射激光束（７、２７）辐射的至少一个频率转换非线性光学系统（１９）的使用寿命的设备，所述光学系统（１９）能够将具有基本光频ω１的所述入射激光束（７、２７）转换成具有光频ω２的输出激光束（１７），该设备包括：－第一传输板（２），其具有平坦且平行的表面、厚度为ｅ２并且指数为ｎ２（ω１），并且能够被插在所述入射激光束（７）的光路中并且发射光束（２７），所述第一板（２）的平坦表面的法线η２形成相对于所述激光束（７）的传播轴线Ｘ的倾角（ｉ２），－第二传输板（３），其具有平坦且平行的表面、厚度为ｅ３并且指数为ｎ３（ω２），并且能够被插在所述光学系统（１９）的出口处的所述光束（１７）的光路中并且发射具有光频ω２的光束（３７、４７），所述第二板（３）的法线η３形成相对于所述束（１７）的传播轴线Ｘ’的倾角（ｉ３），其特征在于，包括：－用于围绕与所述激光束（７）的传播轴线（Ｘ）垂直的至少一个轴（Ｙ、Ｚ）横向转动所述第一板（２）的装置，该装置能够在一个角度范围（ｉ２０±δｉ２）内修改所述倾角（ｉ２）以相对于所述光学系统（１９）移动所述光束（７），－用于围绕与所述光束（１７）的传播轴线（Ｘ’）垂直的至少一个轴（Ｙ’、Ｚ’）横向转动所述第二板（３）的装置，该装置能够在一个角度范围（ｉ３０±δｉ３）内修改所述倾角（ｉ３），－所述板（２、３）和用于横向转动所述两个板的所述装置能够在所述第一板的倾角范围（ｉ２０±δｉ２）内在位置和角度方向方面最小化所述输出光束（３７、４７）的移动幅度。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·霍赖恩，
申请(专利权)人：埃奥利特系统公司，
类型：发明
国别省市：FR
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