开云优惠体育网页版入口

专利名称：基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光器

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202010480146.6

专利申请（专利权）人：海南师范大学
权利人地址：海南省海口市龙昆南路99号

专利发明（设计）人：赵志斌,曲轶,彭鸿雁,谢琼涛,徐东昕,沈振江,刘国军

专利摘要：本发明公开了一种基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光器，该激光器沿光路方向依次包括：泵浦源、第一耦合光学系统、V型腔以及环形腔；其中：所述V型腔包括：第一分臂、第二分臂以及第一分臂与第二分臂相交处的镜片M；所述第一分臂上设有激光晶体；所述第二分臂上依次设有镜片M2和LBO倍频晶体。该激光器利用V型腔对基频光进行腔内二倍频，提高了基频光的功率密度和倍频效率，同时利用环形腔对二倍频光进行腔内谐振四倍频，提高了二倍频光在倍频晶体内的功率密度和倍频效率，同时环形腔为行波腔，利于单频激光在腔内谐振提高了倍频效率，最终获得了高功率228.5nm深紫外激光。

主权利要求：
1.一种基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光器，其特征在于，沿光路方向依次包括：泵浦源、第一耦合光学系统、V型腔以及环形腔；
其中：所述V型腔包括：第一分臂、第二分臂以及第一分臂与第二分臂相交处的镜片M；
所述第一分臂上设有激光晶体；所述第二分臂上依次设有镜片M2和LBO倍频晶体；
所述泵浦源发出泵浦光，经所述第一耦合光学系统进行整形；入射至所述激光晶体上产生光谱线；所述光谱线在所述V型腔内振荡，并经所述LBO倍频晶体进行二倍频处理，得到二倍频激光；所述二倍频激光输入至所述环形腔，在所述环形腔内进行谐振四倍频处理，输出228.5nm脉冲激光；
还包括滤光整形组件，所述滤光整形组件设于所述V型腔与所述环形腔之间；
所述滤光整形组件沿光路方向依次包括：滤光片、反光片以及第二耦合光学系统，所述二倍频激光经所述滤光片滤除杂光，并经所述反光片调整光路传播方向后，射入所述第二耦合光学系统进行整形；
3
其中，所述激光晶体为Nd:YVO4激光晶体，所述Nd:YVO4激光晶体的尺寸为4×4×5mm ，
3+
Nd 的掺杂浓度为0.1%；
所述Nd:YVO4激光晶体的输入端面上镀有介质膜M1，其输出端面上镀有介质膜S2，所述介质膜M1的光学参数为AR@808nm&1064nm，HR@914nm；所述介质膜S2的光学参数为AR@
914nm&1064nm&1342nm；
所述环形腔包括镜片M3、镜片M4、镜片M5、镜片M6以及BBO倍频晶体，所述镜片M3与镜片M4以及所述镜片M5与镜片M6分别相对于同一竖直中心线镜像设置，所述BBO倍频晶体设于所述镜片M5与镜片M6之间；
所述镜片M3与所述镜片M4的间距为40 50mm；所述镜片M5与镜片M6的间距为70 90mm；
~ ~
所述镜片M3与镜片M5的间距为30mm。
2.根据权利要求1所述的一种基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光器，其特征在于，所述第一分臂的长度为60mm 70mm，所述第二分臂的长度为30mm 35mm。
~ ~
3.根据权利要求1所述的一种基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光器，其特征在于，所述镜片M的材质为石英，直径为12.7mm，所述镜片M的入光面为凹面或平面，所述凹面的曲率半径为500mm、200mm、100mm或50mm；
所述镜片M的入光面和出射面上均镀有介质膜，入光面所镀介质膜的光学参数为
10degHR@914nm，10degAR@1064nm&1342&457nm；出射面所镀介质膜的光学参数为10degAR@
457nm&914nm&1064nm&1342nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光器，其特征在于，所述镜片M2的材质为石英，直径为12.7mm，所述镜片M2的入光面为凹面或平面，所述凹面的曲率半径为600mm、300mm或200mm；
所述镜片M2的入光面和出射面上均镀有介质膜，入光面所镀介质膜的光学参数为：HR@
914&457nm，AR@1064&1342nm；出射面所镀介质膜的光学参数为：AR@457nm&914nm&
1064nm&1342nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光3
器，其特征在于，所述LBO倍频晶体的尺寸为4×4×15mm ，相位匹配角θ=90°,方位角φ=
21.7°，所述LBO倍频晶体的两个端面均镀有介质膜，且两个端面所镀介质膜的光学参数均为AR@457nm&914nm&1064nm。
6.根据权利要求1所述的一种基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光器，其特征在于，所述镜片M3、镜片M4、镜片M5以及镜片M6的材质均为石英且直径均为
12.7mm，所述镜片M3和镜片M4均为平面镜；
所述镜片M3的入光面镀膜，所镀膜的光学参数为T=3%@914nm；
所述镜片M4的入光面镀膜，所镀膜的光学参数为HR@914nm；
所述镜片M5的曲率半径为100mm，所述镜片M5的入光面镀膜，所镀膜的光学参数为HR@
914nm；
所述镜片M6的曲率半径为100mm，所述镜片M6的入光面镀膜，所镀膜的光学参数为HR@
914&AR@228.5nm。
7.根据权利要求1所述的一种基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光3
器，其特征在于，所述BBO倍频晶体的尺寸为4×4×10mm，相位匹配角为θpm=61.4°，方位角φ=0°，所述BBO倍频晶体的两个端面镀膜，所镀膜的光学参数均为AR@228nm&457nm。 说明书 : 基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光器技术领域[0001] 本发明涉及全固态准三能级激光器技术领域，更具体的说是涉及一种基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光器。背景技术[0002] 目前，随着人们对不同波段的深紫外激光的需求日益增加，全固态准三能级深紫外激光器成为激光器领域研究的重点，由于与四能级系统的激光性能相比，准三能级光谱线存在重吸收和受激发射截面小等劣势，采用常规直腔结构的深紫外全固态激光器中倍频效率较低，准三能级激光系统很难实现深紫外输出，无法满足实际需求。[0003] 因此，如何提供一种能够输出高功率深紫外激光的全固态准三能级深紫外激光器是本领域技术人员亟需解决的问题。发明内容[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光器，该激光器采用V型腔和环形腔联结结构，能够提高基频光输出及其二倍频和四倍频的效率，解决了常规直腔结构的深紫外全固态激光器中倍频效率较低，准三能级激光系统很难实现深紫外输出的问题。[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：[0006] 一种基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光器，该激光器沿光路方向依次包括：泵浦源、第一耦合光学系统、V型腔以及环形腔；[0007] 其中：所述V型腔包括：第一分臂、第二分臂以及第一分臂与第二分臂相交处的镜片M；所述第一分臂上设有激光晶体；所述第二分臂上依次设有镜片M2和LBO倍频晶体；[0008] 所述泵浦源发出泵浦光，经所述第一耦合光学系统进行整形；入射至所述激光晶体上产生光谱线；所述光谱线在所述V型腔内振荡，并经所述LBO倍频晶体进行二倍频处理，得到二倍频激光；所述二倍频激光输入至所述环形腔，在所述环形腔内进行谐振四倍频处理，输出228.5nm脉冲激光。[0009] 本发明的有益效果是：该激光器利用V型腔对基频光进行腔内二倍频，提高了基频光的功率密度和倍频效率，同时利用环形腔对二倍频光进行腔内谐振四倍频，提高了二倍频光在倍频晶体内的功率密度和倍频效率，同时环形腔为行波腔，利于单频激光在腔内谐振，提高了倍频效率，最终获得了高功率228.5nm深紫外激光。[0010] 进一步地，上述的一种基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光器还包括滤光整形组件，所述滤光整形组件设于所述V型腔与所述环形腔之间；[0011] 所述滤光整形组件沿光路方向依次包括：滤光片、反光片以及第二耦合光学系统，所述二倍频激光经所述滤光片滤除杂光，并经所述反光片调整光路传播方向后，射入所述第二耦合光学系统进行整形。[0012] 采用上述进一步方案的有益效果是：由于从V形腔射出的二倍频激光包含多种波段的光，设置滤光镜，可以对从V形腔输出的激光进行过滤，可以过滤808nm、914nm、1064nm和1342nm波段，仅剩457nm波段透过，再经过光传输方向调整和整形后，可以减少射入环形腔的激光光束数量，提高四倍频处理的效率。[0013] 进一步地，所述第一分臂的长度为60mm～70mm，所述第二分臂的长度为30mm～35mm。[0014] 进一步地，所述激光晶体为Nd:YVO4激光晶体，所述Nd:YVO4激光晶体的尺寸为4×3 3+4×5mm，Nd 的掺杂浓度为0.1％；[0015] 所述Nd:YVO4激光晶体的输入端面上镀有介质膜M1，其输出端面上镀有介质膜S2，所述介质膜M1的光学参数为AR@808nm&1064nm，HR@914nm；所述介质膜S2的光学参数为AR@914nm&1064nm&1342nm。[0016] 进一步地，所述镜片M的材质为石英，直径为12.7mm，所述镜片M的入光面为凹面或平面，所述凹面的曲率半径为500mm、200mm、100mm或50mm；[0017] 所述镜片M的入光面和出射面上均镀有介质膜，入光面所镀介质膜的光学参数为10degHR@914nm，10degAR@1064nm&1342&457nm；出射面所镀介质膜的光学参数为10degAR@457nm&914nm&1064nm&1342nm。[0018] 进一步地，所述镜片M2的材质为石英，直径为12.7mm，所述镜片M2的入光面为凹面或平面，所述凹面的曲率半径为600mm、300mm或200mm；[0019] 所述镜片M2的入光面和出光面上均镀有介质膜，入光面所镀介质膜的光学参数为：HR@914&457nm，AR@1064&1342nm；出光面所镀介质膜的光学参数为：AR@457nm&914nm&1064nm&1342nm。[0020] 进一步地，所述LBO倍频晶体的尺寸为4×4×15mm3，相位匹配角(θ,φ)＝(90,21.7)，所述LBO倍频晶体的两个端面均镀有介质膜，且两个端面所镀介质膜的光学参数均为AR@457nm&914nm&1064nm。[0021] 进一步地，所述环形腔包括镜片M3、镜片M4、镜片M5、镜片M6以及BBO倍频晶体，所述镜片M3与镜片M4以及所述镜片M5与镜片M6分别相对于同一竖直中心线镜像设置，所述BBO倍频晶体设于所述镜片M5与镜片M6之间；[0022] 所述镜片M3与所述镜片M4的间距为40～50mm；所述镜片M5与镜片M6的间距为70～90mm；所述镜片M3与镜片M5的间距为30mm。[0023] 进一步地，所述镜片M3、镜片M4、镜片M5以及镜片M6的材质均为石英且直径均为12.7mm，所述镜片M3和镜片M4均为平面镜；[0024] 所述镜片M3的入光面镀膜，所镀膜的光学参数为T＝3％@914nm；[0025] 所述镜片M4的入光面镀膜，所镀膜的光学参数为HR@914nm；[0026] 所述镜片M5的曲率半径为100mm，所述镜片M5的入光面镀膜，所镀膜的光学参数为HR@914nm；[0027] 所述镜片M6的曲率半径为100mm，所述镜片M6的入光面镀膜，所镀膜的光学参数为HR@914&AR@228.5nm。[0028] 进一步地，所述BBO倍频晶体的尺寸为4×4×10mm3，相位匹配角为θpm＝61.4°，方位角φ＝0°，所述BBO倍频晶体的两个端面镀膜，所镀膜的光学参数均为AR@228nm&457nm。附图说明[0029] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。[0030] 图1附图为本发明提供的一种基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光器的结构示意图。具体实施方式[0031] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0032] 参见附图1，本发明实施例公开了一种基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光器，该激光器沿光路方向依次包括：泵浦源1、第一耦合光学系统2、V型腔以及环形腔；[0033] 其中：V型腔包括：第一分臂、第二分臂以及第一分臂与第二分臂相交处的镜片M；第一分臂上设有激光晶体3；第二分臂上依次设有镜片M2和LBO倍频晶体4；[0034] 泵浦源1发出泵浦光，经第一耦合光学系统2进行整形；入射至激光晶体3上产生光谱线；光谱线在V型腔内振荡，并经LBO倍频晶体4进行二倍频处理，得到二倍频激光；二倍频激光输入至环形腔，在环形腔内进行谐振四倍频处理，输出228.5nm脉冲激光。[0035] 在一些实施例中，上述的一种基于V型腔和环形腔结构的全固态准三能级228.5nm激光器还包括滤光整形组件，滤光整形组件设于V型腔与环形腔之间；[0036] 滤光整形组件沿光路方向依次包括：滤光片5、反光片6以及第二耦合光学系统7，二倍频激光经滤光片5滤除杂光，并经反光片6调整光路传播方向后，射入第二耦合光学系统7进行整形。[0037] 具体地，第一分臂的长度L1＝60mm～70mm，第二分臂的长度L2＝30mm～35mm。[0038] 在本实施例中，V型腔两个分臂上具有两个独立的光腰，即914nm激光在M1?M构成的谐振腔中的光腰，914nm激光在M1?M2构成的谐振腔中的光腰，自由选择激光晶体和倍频晶体上的光斑大。购玫哪Ｊ狡ヅ浜透叩谋镀敌柿秸呒娴，从而有效的解决了模式匹配和高效率倍频两者之间的矛盾。[0039] 具体地，激光晶体3为Nd:YVO4激光晶体，Nd:YVO4激光晶体的尺寸为4×4×5mm3，3+Nd 的掺杂浓度为0.1％；[0040] Nd:YVO4激光晶体的输入端面上镀有介质膜M1，其输出端面上镀有介质膜S2，介质膜M1的光学参数为AR@808nm&1064nm，HR@914nm；介质膜S2的光学参数为AR@914nm&1064nm&1342nm。[0041] 在本实施例中，Nd:YVO4的中文名称为掺钕钒酸钇，是一种性能优良的激光晶体，适于制造激光二极管泵浦，特别是中低功率的激光器。与Nd:YAG相比，Nd:YVO4对泵浦光有较高的吸收系数和更大的受激发射截面。激光二极管泵浦的Nd:YVO4晶体与LBO、BBO、KTP等高非线性系数的晶体配合使用，能够达到较好的倍频转换效率，可以制成输出近红外、绿色、蓝色到紫外线等类型的全固态激光器。现在Nd:YVO4激光器已在机械、材料加工、波谱学、晶片检验、显示器、医学检测、激光印刷、数据存储等多个领域得到广泛的应用。Nd:YVO4与Nd:YAG比较，优势主要为：在808nm左右的泵浦带宽，约为Nd:YAG的5倍，在1064nm处的受激发射截面是Nd:YAG的3倍，光损伤阈低，高斜率效率，双轴晶体，输出为线偏振。[0042] 具体地，镜片M的材质为石英，直径为12.7mm，镜片M的入光面为凹面或平面，凹面的曲率半径为500mm、200mm、100mm或50mm；[0043] 镜片M的入光面和出射面上均镀有介质膜，入光面所镀介质膜的光学参数为10degHR@914nm，10degAR@1064nm&1342&457nm；出射面所镀介质膜的光学参数为10degAR@457nm&914nm&1064nm&1342nm。[0044] 具体地，镜片M2的材质为石英，直径为12.7mm，镜片M2的入光面为凹面或平面，凹面的曲率半径为600mm、300mm或200mm；[0045] 镜片M2的入光面和出射面上均镀有介质膜，入光面所镀介质膜的光学参数为：HR@914&457nm，AR@1064&1342nm；出射面所镀介质膜的光学参数为：AR@457nm&914nm&1064nm&1342nm。[0046] 具体地，LBO倍频晶体4的尺寸为4×4×15mm3，相位匹配角(θ,φ)＝(90,21.7)，LBO倍频晶体4的两个端面均镀有介质膜，且两个端面所镀介质膜的光学参数均为AR@457nm&914nm&1064nm。[0047] 具体地，环形腔包括镜片M3、镜片M4、镜片M5、镜片M6以及BBO倍频晶体8，镜片M3与镜片M4以及镜片M5与镜片M6分别相对于同一竖直中心线镜像设置，BBO倍频晶体8设于镜片M5与镜片M6之间；[0048] 镜片M3到镜片M4的距离L3＝40～50mm；镜片M5到镜片M6的距离L4＝70～90mm，镜片M3到镜片M5的距离L5＝30mm。[0049] 具体地，镜片M3、镜片M4、镜片M5以及镜片M6的材质均为石英且直径均为12.7mm，镜片M3和镜片M4均为平面镜；[0050] 镜片M3的入光面镀膜，所镀膜的光学参数为T＝3％@914nm；[0051] 镜片M4的入光面镀膜，所镀膜的光学参数为HR@914nm；较优地，为了达到更优的效果，本实施例中在M4上还安装有频率锁定控制器PZT；[0052] 镜片M5的曲率半径为100mm，镜片M5的入光面镀膜，所镀膜的光学参数为HR@914nm；[0053] 镜片M6的曲率半径为100mm，镜片M6的入光面镀膜，所镀膜的光学参数为HR@914&AR@228.5nm。[0054] 具体地，BBO倍频晶体8的尺寸为4×4×10mm3，相位匹配角为θpm＝61.4°，方位角φ＝0°，BBO倍频晶体的两个端面镀膜，所镀膜的光学参数均为AR@228nm&457nm。[0055] 在本实施例中，环形腔采用行波腔结构，由于行波腔结构只允许光束在腔内单方向通过，利于单频激光在腔内谐振，提高了倍频效率，同时消除了光束在腔内形成的驻波场和空间非均匀效应。[0056] 下面对上述激光器的工作原理做具体说明：[0057] (1)泵浦源提供808nm泵浦光(即基频光)；[0058] (2)第一耦合光学系统对808nm泵浦光进行整形，射到Nd：YVO4激光晶体的M1面上；[0059] (3)Nd：YVO4激光晶体产生914nm光谱线；[0060] (4)914nm光谱线在M1、M和M2之间振荡形成激光；[0061] (5)LBO倍频晶体对914nm激光倍频，得到457nm激光输出；[0062] (6)滤光片对输出激光进行过滤，可以过滤808nm、914nm、1064nm和1342nm波段，仅剩457nm波段透过；[0063] (7)第二耦合光学系统对457nm激光光光束进行整形，通过镜片M3射入环形腔内部；[0064] (8)由M3、M4、M5和M6构成的环形腔体使457nm激光稳定在腔内环绕一周自再现；[0065] BBO倍频晶体对457nm激光进行倍频，获得228.5nm激光从镜片M6输出。[0066] 本发明实施例公开的新型结构的全固态准三能级228.5nm激光器，可用来检测土壤中的重金属污染，检测抗癌药物紫杉酮、白鲜皮和格列齐特等药物。[0067] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。[0068] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

专利地区：海南

专利申请日期：2020-05-30

专利公开日期：2024-11-19

专利公告号：CN111509532B