全固态紫外激光器研究进展

本文总结了国内外紫外激光技术发展的现状及技术水平。通过与传统紫外激光实现技术的比较,提出全固态紫外激光器是未来紫外激光技术发展的重点的预测。

LD泵浦全固态紫外激光器

研究总结了激光二极管泵浦全固态紫外激光器的最新进展,为紫外激光器的研究提供了参考依据。主要从工作物质,非线性频率变换晶体和腔型结构等三个方面对激光二极管泵浦全固态紫外激光产生的关键技术进行了讨论,并简述其发展历史、现状及未来发展方向。

可调谐紫外激光器研究进展

介绍了调谐紫外激光器的应用及各种产生调谐紫外激光输出的原理和方法 ,并对其进行对比 ,指出紫外调谐激光器向全固体化、小型化发展的趋势 .

全固态355nm连续紫外激光器的优化设计

通过优化腔型设计,实现了LD端面抽运Nd:YVO4腔内三次谐波转换全固态连续355 nm紫外激光器高效率输出。选用平-凹腔结构并考虑到Nd:YVO4晶体的热透镜效应、模式匹配、倍频晶体位相匹配等因素对输出功率的影响,对谐振腔长进行了详细的分析计算。在激光谐振腔内,1 064 nm的基频波经KTP晶体倍频产生532 nm激光,二者再经LBO晶体和频获得了355 nm紫外激光。当LD抽运功率为3 W时,355 nm连续紫外激光输出功率达6.4 mW。与折叠腔进行比较,发现在小功率抽运情况下,直腔结构紧凑、易于调节、输出功率较大。

二极管泵浦Nd∶GdVO_4晶体紫外激光器的研究

报道了用BBO晶体对激光二极管泵浦Nd∶GdVO4晶体声光调Q1064nm激光进行四倍频,在泵浦功率为12.5W时,获得平均功率196mW准连续波266nm紫外激光输出,1064nm^266nm光-光转换效率为10.1%,532nm^266nm转换效率为30.1%。

Cr^(4+)∶YAG被动调Q4倍频全固态紫外激光器的研究

设计了LD泵浦Cr4 + ∶YAG被动调Q的全固态Nd∶YAG脉冲红外激光器。腔外首先经过焦距为10 0mm的聚焦透镜 ,将 10 6 4nm的红外激光耦合到长为 9mm的KTP 2倍频晶体中 ,得到平均功率为 2 9mW的脉冲绿光。然后将 5 32nm的脉冲绿光经过焦距为 30mm的聚焦透镜 ,耦合到长为 4mm的BBO 4倍频晶体上 ,获得了峰值功率为 7.3W ,平均功率为 1.1mW ,重复频率为 12 .5kHz,脉冲宽度为 12ns的 2 6 6nm紫外激光 ,其绿光 紫外光的转换效率为 3.8%,红外光 紫外光的转换效率为 0 .7%。

氟硼铍酸钾晶体及深紫外全固态激光

深紫外(DUV)全固态相干光源(λ<200 nm)在前沿科学、高技术等领域有着重要应用。将商业化的高功率可见/近红外全固态激光通过非线性光学晶体进行多级变频是实现该光源的有效途径。从双折射和色散两个方面阐述了满足深紫外非线性光学晶体的基本条件,介绍了深紫外非线性光学晶体的探索和实用化所需克服的技术困难;重点以氟硼铍酸钾(KBBF)和氟硼铍酸铷(RBBF)晶体为代表,介绍其发现过程、晶体生长技术、棱镜耦合器件技术、光学性质以及深紫外波段倍频能力;还详细介绍了相关的深紫外全固态激光的研究进展,以及该光源在先进科学仪器上的应用,尤其是在超高分辨率光电子能谱仪方面的应用和取得的重要成果。最后展望了深紫外非线性光学晶体及深紫外全固态激光技术的发展方向。

高能量全固态355nm紫外激光器

为满足脉冲激光沉积镀膜技术对激光光源的要求,研制了低重频、高能量全固态紫外激光器。采用凹凸非稳谐振腔结构,使用高速电光Q开关进行调制,通过氙灯泵浦Nd:YAG激光晶体产生1064 nm脉冲种子光,经腔外两级单通放大,得到能量大于1J的1064 nm基频光。采用LBO晶体进行倍频与和频,在重频10Hz时得到紫外光最高能量170 m J,峰值功率22 MW,脉宽7.7 ns。

全固态和频激光器的研究进展

非线性和频转换技术,可以使可用激光波长数目获得成倍的增加,并为激光应用领域提供更多的实用性强的激光波长。论文分析了和频激光器谐振腔内双波长振荡的产生及最佳非线性转换效率的条件,重点介绍了黄光、蓝光波段全固态和频激光器的研究现状,对其实验方案进行了分析和比较。其次,简单介绍了紫外波段全固态和频激光器的研究现状及实现方法。最后指出了全固态和频激光器的未来发展趋势。

全固态飞秒激光高光束质量三倍频研究(特邀)

对全固态飞秒激光三倍频产生高光束质量343 nm飞秒激光进行了系统研究。基频光源为脉冲宽度为105 fs、重复频率为76 MHz、中心波长为1030 nm的商用Yb:KGW锁模激光器,利用1.7 mm长LBO晶体获得60%的二倍频转换效率,然后分别研究了基于BBO晶体Ⅱ类相位匹配和Ⅰ类相位匹配的三倍频产生。在基频光功率为5 W的条件下,利用Ⅱ类相位匹配的BBO晶体,获得的最大平均功率为0.71 W,三倍频转换效率约为14%;利用Ⅰ类相位匹配的BBO晶体,获得平均功率为1.01 W的紫外激光输出,三倍频转换效率为20.2%。获得的343 nm紫外激光的光束质量优于1.3。

全固态连续228 nm深紫外激光器研究

采用V型腔腔内二倍频和透镜聚焦方式腔外四倍频结构,基于Nd:YVO_(4)准三能级激光系统914 nm基频光级联非线性光学频率变换获得连续波228 nm激光输出。在通常情况下,与脉冲运转方式相比,连续运转激光实现透镜聚焦腔外倍频需要较高的平均功率和较好的光束质量。为了获得较高457 nm连续激光输出性能,理论计算V型腔分臂的长度变化对腔内不同位置光斑大小的影响;实验研究了V型腔不同分臂长度对LD端泵Nd:YVO_(4)/LBO产生457 nm激光输出性能的影响。最终,在泵浦功率为26 W时,获得功率为2.2 W的TEM_(00)模连续波457 nm激光输出,利用I类临界相位匹配BBO晶体对其进行腔外倍频,获得功率为6 mW的228 nm连续波深紫外激光,激光光斑呈椭圆形,一小时内功率稳定性为1.8%。

基于国产商用CLBO晶体的高转换效率、高功率深紫外266 nm激光

深紫外激光具有光子能量高、波长短等特点,在激光加工、半导体光刻等领域中具有重要的应用价值。固体激光非线性频率变换是实现高功率、高相干性深紫外激光输出的主要方式之一。采用全固态532 nm激光作为基频光、国产商用CsLiB_(6)O_(10)(CLBO)晶体作为频率变换晶体,在基频光功率为34.2 W时,实现了平均功率为14 W、重复频率为100 kHz、脉冲宽度为1.8 ns的266 nm深紫外激光输出,光-光转换效率达到41%。该深紫外光源具有效率高、结构紧凑的优点,验证了国产商用CLBO晶体的实用性,可进一步获得更稳定、更高功率的深紫外激光输出。

355 nm全固态紫外纳秒激光加工蓝宝石通孔研究

采用355 nm全固态紫外纳秒脉冲激光器对蓝宝石(Al_(2)O_(3))进行打孔实验。通过控制变量法,对蓝宝石样品进行了打孔加工,研究了激光能量密度、重复频率和扫描速度对蓝宝石通孔质量的影响。实验结果表明,通孔边缘熔融物堆积形成的重凝区随着激光单脉冲能量的升高而减小,但是激光能量过高时,通孔附近出现沉积物,影响通孔的质量;通孔边缘的重凝区随着激光重复频率的降低而减小;通孔附近的沉积物随着激光扫描速度的降低而减少,但是速度过低时,激光脉冲的重叠率过高,导致高斯激光外围孵化效应明显,且其能量不足以使材料气化,因此扫描速度过小时孔道边缘再次出现熔融物堆积形成的重凝区。研究结果表明,采用纳秒脉冲激光加工高质量蓝宝石微通孔是可行的。

激光二极管抽运全固态355nm连续波紫外激光器

通过优化设计激光谐振腔,实现了激光二极管(LD)抽运腔内三次谐波转换355 nm紫外激光器的高效率输出.实验中采用复合腔结构,利用BIBOⅠ类临界相位匹配进行腔内和频,当注入到Nd∶YAG和Nd∶YVO4晶体的抽运功率分别为20 W和8 W时,获得最大功率为114 mW的TEM00连续波355 nm的紫外激光输出,光-光转换效率为0.4%,4 h功率稳定度优于±3.2%.

大功率准连续355nm紫外全固态激光器的研究

报道了一台激光二极管(LD)侧面抽运Nd:YAG腔内倍频与和频准连续355 nm紫外激光器。采用双头Q开关调制的LD侧面抽运Nd:YAG激光器,通过在腔内置入I类非临界相位匹配的三硼酸锂(LBO)晶体进行倍频获得532 nm波长准连续激光,置入两块II类相位匹配的LBO晶体对基频光和倍频光进行两次和频,从而获得了大功率准连续355 nm紫外激光输出。在注入电功率为939.6 W、重复频率为8 kHz时,355 nm激光最大输出功率为15.3 W,脉宽为90 ns,总转换效率为1.63%,其光束质量M2x,M2y分别为4.23和4.56,功率不稳定度为±2.7%。

BBO四倍频全固态Nd:YVO_4紫外激光器

报道了用BBO晶体对激光二极管抽运Nd :YVO4 晶体声光调Q产生的 1 0 6 4μm激光进行四倍频 ,实现平均功率为 6 3mW准连续波 2 6 6nm紫外激光运转 ,重复频率为 12 5kHz、单脉冲能量 5 μJ、峰值功率达 2 5 2W ,绿光 紫外光转换效率达 11% .

高效率高功率全固态紫外激光器

报道了采用大功率国产光纤束模块端面抽运Nd∶YVO4激光晶体的腔外三倍频紫外激光器,用声光调Q技术实现了高功率高光束质量基频光输出。采用LBOⅠ类相位匹配和LBOⅡ类相位匹配的腔外倍频方法,并利用凹面反射镜的方式进行聚焦,避免了1064nm和532nm激光聚焦时由于波长的不同而产生的色差效应,有效地提高了三倍频的倍频效率。最终在注入抽运光功率为23.3W,声光调Q激光器的调制频率为20kHz的工作条件下,基频光输出功率为7.28W时,得到紫外激光输出功率为1.86W,1064nm基频光到355nm紫外激光的光-光转换效率为25.5%,此外,对紫外激光光束质量的测试表明,该紫外激光器具有高功率输出的同时仍有很好的光束质量。

实用化全固态266nm激光器的研究

报道了W级实用化全固态266nm紫外激光器的设计和应用。在简单紧凑的平平直腔内,使用声光Q进行调制,通过LD端面抽运Nd:YVO4激光晶体产生平均功率8W的1064nm近红外光。采用Ⅱ类临界相位匹配的KTP晶体进行腔内倍频,产生平均功率5W的532nm绿光。然后,采用Ⅰ类临界相位匹配CsLiB6O10(CLBO)晶体进行腔外四倍频,产生平均功率1.3W、脉宽约11ns和重复频率20kHz的266nm紫外激光。用该紫外激光器清洗发光二极管(LED)基板,结果表明:激光器性能稳定,清洗效果良好。

355 nm全固态紫外激光直写刻蚀硼硅玻璃微通道

利用355nm全固态紫外激光对硼硅玻璃进行了直写刻蚀实验,采用单一变量法探究了激光能量密度、重复频率、扫描速度、扫描间距、扫描次数对刻蚀结果的影响。研究结果表明,激光能量密度过大时,玻璃易发生严重的崩边裂损现象;等离子体屏蔽效应随激光能量密度的增大而增强,刻蚀深度减小;随着重复频率的减小,通道边缘碎裂的现象减轻,刻蚀深度增大;减小扫描间距可有效改善沟道底面的平整度;刻蚀深度随扫描次数的增多而增大,同时沟道锥度增大。在较优的加工参数下,实现了宽度为84.8μm,刻蚀深度为178μm,底面较平整,沟道垂直度达89.580°的L型微通道的直写刻蚀。

温度补偿角度相位失配355nm紫外激光器

为研制高稳定、高转换效率的实用化小型紫外激光器,采用LD端面泵浦Nd:YVO4激光晶体,Ⅰ类角度相位匹配LiB3O5(LBO)晶体进行腔内倍频,Ⅱ类角度相位匹配LBO晶体进行腔内和频,基于比例微分积分(PID,proportion integration differentiation)补偿方式的数字温控模块精确温度调节,补偿非线性晶体角度相位匹配误差,研制了一台输出波长为355nm的小型紫外激光器。研制的激光器在重复频率为15kHz、LD泵浦功率为13.33 W时,355nm激光平均输出功率为1.24 W,LD输出波长为804nm,不在Nd:YVO4晶体吸收峰(808nm),但LD泵浦光到紫外激光的转换效率仍达到9.3%;激光器的输出脉冲宽度为9.8ns,光束质量因子M2x和M2y分别为1.8和1.7,2h内输出功率不稳定度为0.45%。通过调节温度补偿非线性晶体角度相位失配,为实现高稳定、高转换效率的实用化紫外激光器提供了技术参考。