本發(fā)明屬于激光領域，具體涉及一種單向循環(huán)腔內倍頻激光器。

背景技術：

紫外激光器在工業(yè)微加工領域具有廣泛應用，如應用于工業(yè)零部件的打標、鉆孔、劃片、焊接、切割，以及應用于醫(yī)療器械的微加工，電子元件的封裝，微型部件立體成型領域。另外，在微電子學，光譜分析，光數(shù)據(jù)存儲，光盤控制，大氣探測，光化學，光生物學，空間光通信，激光誘發(fā)的物質原子熒光和紫外吸收及醫(yī)療領域有著廣泛的應用前景。

實現(xiàn)激光的核心主要是激光器中可以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉的激光工作物質，即含有亞穩(wěn)態(tài)能級的工作物質。如工作物質為晶體狀的或者玻璃的激光器分別稱為體激光器和玻璃激光器通常把這兩類激光器統(tǒng)稱為固體激光器。固定激光器結構的主要部分組成分別是激光工作物質、光學諧振腔和泵浦系統(tǒng)。固體激光工作物質是把具有能產生受激發(fā)射作用的金屬離子摻入晶體而制成的。這些摻雜到固體基質中的金屬離子的主要特點是：具有比較寬的有效吸收光譜帶，比較高的熒光效率，比較長的熒光壽命和比較窄的熒光譜線，因而易于產生粒子數(shù)反轉和受激發(fā)射。固定激光器中的電源為泵浦源供電，以對激光器晶體提供泵浦光，以使激光晶體產生上能級粒子數(shù)積累，進而提供增益，產生受激輻射，其中，光學諧振腔由全反射鏡和輸出鏡構成。

調Q技術的出現(xiàn)和發(fā)展，是激光發(fā)展史上的一個重要突破，它是將激光能量壓縮到寬度極窄的脈沖中發(fā)射，而使光源的峰值功率可提高幾個數(shù)量級的一種技術。普通的脈沖激光器,光脈沖的寬度約在ms級,峰值功率也只有幾十kW，而調Q激光器的光脈沖的寬度可以壓到ns，峰值功率也已達到MW。聲光調Q開關的開關時間一般小于光脈沖建立時間,屬快開關類型，主要由一塊對激光波長透明的聲光介質及換能器組成,常用的聲光介質有熔融石英、錮酸鉛及重火石玻璃等，聲光介質表面粘接有由銀酸鋰、石英等壓電材料薄片制成的換能器,換能器的作用是將高頻信號轉換為超聲波。聲光開關置于激光器中,在超聲場作用下發(fā)生衍射,由于一級衍射光偏離諧振腔而導致?lián)p耗增加,從而使激光振蕩難 以形成,激光高能級大量積累粒子，若這時突然撤除超聲場,則衍射效應即刻消失,諧振腔損耗突然下降,激光巨脈沖遂即形成。

理想情況下，激光器的輸出應是單縱模，其頻率在增益曲線中心頻率附近，其他的縱模逐漸被抑制而熄滅，即是在模的競爭過程中，頻率越遠離中心頻率的光越先熄滅，然而由于空間縱向燒孔效應的存在，即由于頻率中心處附近寬度范圍內引起反轉粒子數(shù)飽和，但是對在燒孔范圍外的反轉粒子數(shù)沒有影響，以及在固體工作物質中，激活粒子被束縛在晶格上，借助粒子和晶格的能量變換形成激發(fā)態(tài)粒子的空間轉移，激發(fā)態(tài)粒子在空間轉移半個波長所需的時間要遠遠長于激光形成所需的時間，所以激光器的激發(fā)越強，達到閾值從而參與競爭而振蕩的縱模數(shù)越多，因此激光器普遍為多縱模振蕩，不能達到理想情況下的穩(wěn)定輸出，因此激光器的工作不夠穩(wěn)定。除空間燒孔效應導致激光器的不穩(wěn)定輸出之外，現(xiàn)有的激光器還存在跳模效應也是造成激光器工作不穩(wěn)定的因素之一，即激光射出的頻率會隨著時間有不斷的起伏。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有激光器因存在燒孔效應和跳模效應導致激光器工作不穩(wěn)定等問題，提供了一種單向循環(huán)腔內倍頻激光器，旨在提供一種穩(wěn)定、損耗小的、可循環(huán)的單向循環(huán)腔內倍頻激光器。

本發(fā)明提供一種單向循環(huán)腔內倍頻激光器，包括增強型倍頻環(huán)形腔，所述增強型倍頻環(huán)形腔包括：第一晶體、第一反射鏡、聲光調Q開光、第二晶體、第二反射鏡、SHG特性晶體、THG特性晶體、第三反射鏡、偏振片、第五晶體和第四反射鏡，其中，所述第一晶體輸出第一偏振光，所述第一偏振光的輸出方向正對的垂著平面建立x-y軸坐標系，所述第一偏正光的偏振方向屬于二四象限，且與所述x-y軸的夾角成45°；所述聲光調Q開光用于產生激光脈沖，所述第一偏振光經過所述第二晶體后輸出偏振方向為水平方向的第二偏振光，所述水平方向平行于所述x軸，所述第二偏振光通過所述第二反射鏡反射后，作為基頻光進入所述SHG特性晶體進行I類相位匹配，以產生輸出方向為豎直方向的第一倍頻光，并輸出所述第一倍頻光和所述基頻光進入所述THG特性晶體進行Ⅱ類相位匹配的和頻，以產生及分束輸出紫外光，所述豎直方向垂直于所述x軸，所述THG特性晶體的紫外光出光面切割為布儒斯特角平面；

所述第三反射鏡用于反射從所述THG特性晶體的所述布儒斯特角平面分束射出的所述基頻光，所述偏振片用于單向傳輸所述基頻光，所述第五晶體用于對所述基頻光進行變換，以輸出偏振狀態(tài)與所述第一偏振光相同的第三偏振光，所述第三偏振光通過所述第四反射鏡反射后進入所述第一晶體，形成所述增強型倍頻環(huán)形腔。

作為一種可選的實施方式，所述單向循環(huán)腔內倍頻紫外激光器還包括泵浦系統(tǒng)，所述泵浦系統(tǒng)包括半導體激光泵浦源和泵浦電源，所述泵浦電源用于供電給所述泵浦系統(tǒng)進行工作。

作為一種可選的實施方式，所述聲光調Q開光包括驅動器和驅動電源，所述驅動電源用于供電給所述驅動器，所述驅動器用于驅動所述聲光調Q開光進行開關控制，進而產生激光脈沖。

作為一種可選的實施方式，所述泵浦系統(tǒng)還包括泵浦耦合裝置，用于使所述半導體激光泵浦源產生的光斑耦合后經過所述第一反射鏡進入到所述第一晶體中。

作為一種可選的實施方式，所述泵浦耦合裝置的耦合比根據(jù)紫外光的光斑與所述半導體激光泵浦源的光斑的比值確定，所述泵浦耦合裝置的耦合比為1:1.3，所述半導體激光泵浦源為光源波長是808nm的泵浦。

作為一種可選的實施方式，所述第一反射鏡、所述第二反射鏡、所述第三反射鏡和所述第四反射鏡為平面鏡。

作為一種可選的實施方式，所述第一晶體為線性偏振輸出的激光晶體。

作為一種可選的實施方式，所述第一晶體為Nd:YVO4晶體或者Nd:YLF晶體或者Nd:YAG晶體。

作為一種可選的實施方式，所述第二晶體為左旋45°的石英轉子，用于對所述第一偏振光進行逆時針旋轉45°。

作為一種可選的實施方式，所述第五晶體為右旋45°的石英轉子，用于對所述基頻光進行變換，以輸出偏振狀態(tài)與所述第一偏振光相同的第三偏振光。

作為一種可選的實施方式，所述SHG特性晶體和所述THG特性晶體為三硼酸鋰晶體。

本發(fā)明提供一種單向循環(huán)腔內倍頻紫外激光器，包括增強型倍頻環(huán)形腔， 所述增強型倍頻環(huán)形腔包括：第一晶體、第一反射鏡、聲光調Q開光、第二晶體、第二反射鏡、SHG特性晶體、THG特性晶體、第三反射鏡、偏振片、第五晶體和第四反射鏡，其中，所述第一晶體輸出第一偏振光，所述第一偏振光的輸出方向正對的垂著平面建立x-y軸坐標系，所述第一偏正光的偏振方向屬于二四象限，且與所述x-y軸的夾角成45°；所述聲光調Q開光用于產生激光脈沖，所述第一偏振光經過所述第二晶體后輸出偏振方向為水平方向的第二偏振光，所述水平方向平行于所述x軸，所述第二偏振光通過所述第二反射鏡反射后，作為基頻光進入所述SHG特性晶體進行I類相位匹配，以產生輸出方向為豎直方向的第一倍頻光，并輸出所述第一倍頻光和所述基頻光進入所述THG特性晶體進行Ⅱ類相位匹配的和頻，以產生及分束輸出紫外光，所述豎直方向垂直于所述x軸，所述THG特性晶體的紫外光出光面切割為布儒斯特角平面；所述第三反射鏡用于反射經所述THG特性晶體的所述布儒斯特角平面分束射出的所述基頻光，所述偏振片用于單向傳輸所述基頻光，所述第五晶體用于對所述基頻光進行變換，以輸出偏振狀態(tài)與所述第一偏振光相同的第三偏振光，所述第三偏振光通過所述第四反射鏡反射后進入所述第一晶體，形成所述增強型倍頻環(huán)形腔，該環(huán)形腔通過一次經過SHG特性晶體、THG特性晶體后就可以有效的實現(xiàn)紫外光輸出，消除了傳統(tǒng)的軸向激光器的空間燒孔效應，能夠使該激光器在更穩(wěn)定的狀態(tài)下進行工作；另外當THG特性晶體進行和頻之后，從THG特性晶體的布儒斯特角平面分束射出的基頻光通過第三反射鏡進行反射后可有效利用，減少了多余的損耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種單向循環(huán)腔內倍頻激光器結構圖。

具體實施方式

下面闡述的實施例代表允許本領域技術人員實踐本發(fā)明的必要信息，并且示出實踐本發(fā)明的最佳方式。一旦根據(jù)附圖閱讀了以下的描述，本領域技術人員就將理解本發(fā)明的構思并且將認識到此處未特別闡明的這些構思的應用。應當理解，這些構思和應用落入本公開和所附權利要求書的范圍。下面結合實施例對本發(fā)明進一步說明。

請參見圖1,圖1為本發(fā)明實施例提供的一種單向循環(huán)腔內倍頻紫外激光器 結構圖。如圖1所示，本實施例提供的單向循環(huán)腔內倍頻紫外激光器包括增強型倍頻環(huán)形腔110，增強型倍頻環(huán)形腔110包括：第一晶體111、第一反射鏡112、聲光調Q開光113、第二晶體114、第二反射鏡115、SHG特性晶體116、THG特性晶體117、第三反射鏡118、偏振片119、第五晶體120和第四反射鏡121，其中，第一晶體111輸出第一偏振光，第一偏振光的輸出方向正對的垂著平面建立x-y軸坐標系，第一偏正光的偏振方向屬于二四象限，且與x-y軸的夾角成45°；聲光調Q開光113用于產生激光脈沖，第一偏振光經過第二晶體114后輸出偏振方向為水平方向的第二偏振光，水平方向平行于x軸，第二偏振光通過第二反射鏡115反射后，作為基頻光進入SHG特性晶體116進行I類相位匹配，以產生輸出方向為豎直方向的第一倍頻光，并輸出第一倍頻光和基頻光進入THG特性晶體117進行Ⅱ類相位匹配的和頻，以產生及分束輸出紫外光，豎直方向垂直于x軸，THG特性晶體117的紫外光出光面切割為布儒斯特角平面；第三反射鏡118用于反射從THG特性晶體117的布儒斯特角平面分束射出的基頻光，偏振片119用于單向傳輸基頻光，第五晶體120用于對基頻光進行變換，以輸出偏振狀態(tài)與第一偏振光相同的第三偏振光，第三偏振光通過第四反射鏡121反射后進入第一晶體111，以再利用基頻光，形成增強型倍頻環(huán)形腔110。

作為一種可選的實施方式，單向循環(huán)腔內倍頻紫外激光器還包括泵浦系統(tǒng)130，泵浦系統(tǒng)130包括半導體激光泵浦源131和泵浦電源133，泵浦電源133用于供電給泵浦系統(tǒng)130進行工作。

作為一種可選的實施方式，聲光調Q開光113包括驅動器和驅動電源，驅動電源用于供電給聲光調Q開光113，驅動器用于驅動聲光調Q開光113進行開關控制，進而產生激光脈沖。

作為一種可選的實施方式，泵浦系統(tǒng)130還包括泵浦耦合裝置132，用于使半導體激光泵浦源131產生的光斑耦合后經過第一反射鏡112進入到第一晶體111中，泵浦耦合裝置132包括兩個泵浦耦合頭。

作為一種可選的實施方式，泵浦耦合裝置132的耦合比根據(jù)紫外光的光斑與半導體激光泵浦源131的光斑的比值確定，泵浦耦合裝置132的耦合比為1:1.3，半導體激光泵浦源131為光源波長是808nm的泵浦。

作為一種可選的實施方式，第一反射鏡112、第二反射鏡115、第三反射鏡118和第四反射鏡121為平面鏡。

作為一種可選的實施方式，第一晶體111為線性偏振輸出的激光晶體。

作為一種可選的實施方式，第一晶體111為Nd:YVO4晶體或者Nd:YLF晶體或者Nd:YAG晶體。

作為一種可選的實施方式，第二晶體114為左旋45°的石英轉子，用于對第一偏振光進行逆時針旋轉45°。

作為一種可選的實施方式，第五晶體120為右旋45°的石英轉子，用于對基頻光進行變換，以輸出偏振狀態(tài)與第一偏振光相同的第三偏振光。

作為一種可選的實施方式，SHG特性晶體116和THG特性晶體117為三硼酸鋰晶體。

本發(fā)明提供一種單向循環(huán)腔內倍頻紫外激光器，包括增強型倍頻環(huán)形腔110110，增強型倍頻環(huán)形腔110包括：第一晶體111、第一反射鏡112、聲光調Q開光113、第二晶體114、第二反射鏡115、SHG特性晶體116、THG特性晶體117、第三反射鏡118、偏振片119、第五晶體120和第四反射鏡121，其中，第一晶體111輸出第一偏振光，第一偏振光的輸出方向正對的垂著平面建立x-y軸坐標系，第一偏正光的偏振方向屬于二四象限，且與x-y軸的夾角成45°；聲光調Q開光113用于產生激光脈沖，第一偏振光經過第二晶體114后輸出偏振方向為水平方向的第二偏振光，水平方向平行于x軸，第二偏振光通過第二反射鏡115反射后，作為基頻光進入SHG特性晶體116進行I類相位匹配，以產生輸出方向為豎直方向的第一倍頻光，并輸出第一倍頻光和基頻光進入THG特性晶體117進行Ⅱ類相位匹配的和頻，以產生及分束輸出紫外光，豎直方向垂直于x軸，THG特性晶體117的紫外光出光面切割為布儒斯特角平面；第三反射鏡118用于反射經THG特性晶體117的布儒斯特角平面分束射出的基頻光，偏振片119用于單向傳輸基頻光，第五晶體120用于對基頻光進行變換，以輸出偏振狀態(tài)與第一偏振光相同的第三偏振光，第三偏振光通過第四反射鏡121反射后進入第一晶體111，以再利用基頻光，形成增強型倍頻環(huán)形腔110，該環(huán)形腔通過一次經過SHG特性晶體116、THG特性晶體117后就可以有效的實現(xiàn)紫外光輸出，消除了傳統(tǒng)的軸向激光器的空間燒孔效應，經過測試可以明 顯推斷出該環(huán)形腔可以明顯減少激光器的縱模跳模效應，能夠使該激光器在更穩(wěn)定的狀態(tài)下進行工作；另外當THG特性晶體117進行和頻之后，從THG特性晶體117的布儒斯特角平面分束射出的基頻光通過第三反射鏡118進行反射后可有效再利用，減少了多余的損耗。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。