一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件制造技术

本发明专利技术提供一种非线性晶体组件，包括：非线性晶体，具有第一入射端面和第一出射端面；补偿块，具有第二入射端面和第二出射端面，从非线性晶体出射的激光束通过第二入射端面入射到补偿块中并通过第二出射端面出射，第二出射端面上镀有增透膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非线性晶体组件，尤其涉及一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件。
技术介绍
在外腔倍频紫外激光器中，利用非线性频率变换技术，通过非线性晶体可以获得紫外激光输出，通常需采用三倍频技术、四倍频技术或五倍频技术获得紫外激光。其中三倍频技术产生紫外激光原理如图I所示利用基频光先通过二倍频晶体产生二倍频激光输出，然后二倍频激光和剩余的基频光共同通过三倍频晶体，这时二倍频激光和剩余的基频光将在三倍频晶体内产生和频过程，从而产生三倍频激光。例如要产生 355nm的紫外激光，则使1064nm的基频光首先通过二倍频晶体(例如LBO，KTP, BBO等)，变成532nm的二倍频激光,这时532nm的二倍频激光和剩余的1064nm的基频光再一起通过一个三倍频晶体(例如LB0)，和频后变成355nm的三倍频激光。四倍频技术产生紫外激光原理如图2所示利用基频光先通过二倍频晶体产生二倍频激光输出，然后二倍频激光再通过四倍频晶体，这时二倍频激光再次发生倍频，这就产生了四倍频激光。例如要产生266nm的紫外激光，则使1064nm的基频光首先通过二倍频晶体(例如LB0，KTP，BB0等)变成532nm的二倍频激光，然后使532nm的二倍频激光再通过一个四倍频晶体(例如ΒΒ0)变成266nm的四倍频激光。现有技术中，为了阻止晶体端面的菲涅耳反射损耗，产生紫外激光输出的非线性晶体的出射端面(三倍频中为S4面，四倍频中为S14面)需要对紫外激光波长镀相应的增透膜。仍以上述1064nm的基频激光为例S4面一般镀膜为AR@355nm&532nm&1064nm ；S14面一般镀膜为AR@266nm&532nm ;但是由于目前镀膜技术的限制，紫外激光增透膜的膜层寿命都是有限的，对大功率紫外激光器而言，通常寿命不超过1000小时。这样一套紫外激光器的寿命受到了很大的限制。为了解决这一问题，现有技术中采用运动机构，手动或自动的移动产生紫外激光的非线性晶体，来达到更换出射点位置的方法。但是由于非线性晶体要求严格的匹配角度，通常的运动机构很难做到绝对平行的运动，这造成移动以后晶体的入射角度发生偏移，将导致紫外激光输出功率出现大幅下降，这对后续应用产生巨大的负面影响。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件，使用寿命长，结构简单可靠，且不会使紫外激光输出功率下降。本专利技术提供一种非线性晶体组件，包括非线性晶体，具有第一入射端面和第一出射端面；补偿块，具有第二入射端面和第二出射端面，从非线性晶体出射的激光束通过第二入射端面入射到补偿块中并通过第二出射端面出射，第二出射端面上镀有增透膜。根据本专利技术提供的组件，其中第二入射端面和第二出射端面与激光束之间的夹角使得从所述第二出射端面出射的激光束为所需方向。根据本专利技术提供的组件，其中第二入射端面和第二出射端面与激光束之间的夹角使得从所述第二出射端面出射的激光束平行于入射到非线性晶体的所述第一入射端面的激光束的方向。 根据本专利技术提供的组件，其中所述第一入射端面垂直于激光束。根据本专利技术提供的组件，其中所述第二出射端面垂直于从所述第二出射端面出射的激光束。根据本专利技术提供的组件，其中激光入射到所述第二入射端面的入射角为布儒斯特角。根据本专利技术提供的组件，其中激光束穿过非线性晶体入射到第一出射端面的入射角等于布儒斯特角。根据本专利技术提供的组件，其中所述补偿块可相对于非线性晶体而平移。根据本专利技术提供的组件，其中所述补偿块的材料为紫外石英材料。根据本专利技术提供的组件，其中所述补偿块可更换。本专利技术提供的非线性晶体组件可显著提高非线性晶体的使用寿命，而且出射激光光路仍和入射的激光光路保持平行，这样就不需要复杂的棱镜以及其他折转光路，整套设计结构简单可靠而且成本较低。附图说明以下参照附图对本专利技术实施例作进一步说明，其中图I为三倍频技术产生紫外激光的原理示意图；图2为四倍频技术产生紫外激光的原理示意图；图3为根据本专利技术的一个实施例的非线性晶体组件的结构示意图；图4为根据本专利技术的一个实施例的非线性晶体组件在操作过程中的移动示意图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本实施例提供一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件，其结构如图3所示，包括非线性晶体，其具有入射端面SI和出射端面S2，其中入射端面SI与沿轴向A入射的激光束L垂直，出射端面S2为斜面，且激光束L与出射端面S2的法线N1之间的角度Θ I等于布儒斯特角，当入射的激光束L满足布儒斯特角入射条件的时候，出射时几乎不产生任何的反射损耗，因此出射端面S2可以只抛光，而不镀紫外激光增透膜；补偿块，由紫外石英材料制成，具有入射端面S3和出射端面S4，从非线性晶体出射的激光束从入射端面S3入射并通过出射端面S4出射，其中入射端面S3为斜面，入射端面S3的法线N2与轴向A之间的角度Θ 5使得激光L以角度Θ 4入射到端面S4,并在入射到端面S4后平行于轴向A地在补偿块中传播，出射端面S4与轴向A垂直，且出射端面S4上镀有紫外激光增透膜。由于补偿块的出射端面仍需要镀有寿命有限的紫外激光增透膜，因此可以采用如下图4所示的方案，通过运动机构平移补偿块而更换激光在紫外激光增透膜中的出射位置，从而提高补偿块的使用寿命，补偿块入射端面S3的角度可使入射激光束L保持入射到非线性晶体组件之前的传播方向，且在补偿块的平移过程中，非线性晶体无需位置移动，因此不会影响紫外激光的功率。一旦补偿块损坏，可快速简单地更换补偿块，而无需拆卸线性晶体，紫外激光的功率也不会受到影响，且更换补偿块的材料成本远远低于更换紫外非线性晶体的成本。1064nm的基频激光为例，选择最常使用的LBO晶体作为三倍频晶体，示出图3中所示的各个角度的计算过程由光学材料手册可以查得355nm紫外激光在LBO中的折射率Ii1=L 597054, 355nm紫外激光在石英中的折射率n2=l. 47607。根据折射定律可知Ii1XsinQ1=IXsinQ2;(I)当满足布儒斯特条件时θ 1+ Θ 2=90°(2)利用上述Ii1数据可知，LBO晶体端面S2的法线N1与轴向A之间的角度Θ 1=32. 05°，激光束L从端面S2出射的出射角Θ 2=57.95°。对于补偿块来说，同样地根据折射定律可知I X sin θ 4=n2X sin Θ 5(3)当出射激光束L仍为轴向A方向时，应满足条件Θ 4~ 9 5= 9 2~ 9 I(4) 利用上述η2、Θ1、Θ2的数据，并联立(3)和(4)组成的方程，通过解方程可可得，补偿块端面S3的法线N2与轴向A之间的夹角Θ 5=37. 15°，激光束L入射到补偿块端面S3的入射角Θ4=63·05°。根据本专利技术的一个实施例，其中补偿块的材料优选为折射率与非线性晶体的折射率接近的紫外石英材料。这样Θ5和Θ I更为接近，入射到补偿块的角度接近于布儒斯特角，在补偿块端面入射时产生的反射损耗会较低。根据本专利技术的一个实施例，其中在对激光器性能要求不高时，激光束L与出射端面S2的法线N1之间的角度Θ I也可以不等于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非线性晶体组件，包括：非线性晶体，具有第一入射端面和第一出射端面；补偿块，具有第二入射端面和第二出射端面，从非线性晶体出射的激光束通过第二入射端面入射到补偿块中并通过第二出射端面出射，第二出射端面上镀有增透膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石朝辉，樊仲维，王培峰，
申请(专利权)人：北京国科世纪激光技术有限公司，
类型：发明
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