一种单纵模紫外全固态激光器的制作方法

1.本实用新型涉及激光器技术领域，更具体的说是涉及一种单纵模紫外全固态激光器。


背景技术：

2.紫外激光器波长355nm，输出激光光斑小，所以紫外激光打标雕刻的物品能获得更加精细的打标效果图纹，最小线宽可达0.04mm。标记清楚、持久、美观。激光印标能满足在极小的塑料制件上印制大量数据的需要。而单纵模激光具有极高的光谱响应度和信噪比，单纵模激光器又叫单频激光器，特点是输出的激光模式既满足单横模又满足单纵模，其谐振腔内部只有单一纵模进行震荡，并且输出光强呈现高斯分布。除了激光本身良好的单色性和方向性外，单频激光器拥有普通激光器难以达到的相干长度长、谱线宽度窄的特点。
3.通过现有技术cn101764348b可以看出，现有技术中存在着不能实现单纵模紫外激光输出的问题，且现有技术没有对激光器中的易碎器件进行抗损伤保护，也不具有对高敏器件进行抗污染保护的能力。
4.本实用新型提供一种单纵模紫外激光器以解决外力对晶体或镜片等易碎器件的损伤、避免外界环境因素对晶体或反光镜等器件的污染问题，且本技术单纵模的高斯分布特点可以达到柔化打印边界的效果。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种单纵模紫外全固态激光器，达到了晶体或镜片等精密且易损伤的工作器件进行抗损伤保护和抗污染保护的目的。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种单纵模紫外全固态激光器，包括谐振腔、紫外光输出模块、壳体、外壳、第一泵浦耦合聚焦模块、第二泵浦耦合聚焦模块；
8.第一泵浦耦合聚焦模块、第二泵浦耦合聚焦模块分别光信号连接所述谐振腔，所述谐振腔光信号连接所述紫外光输出模块；
9.所述第一泵浦耦合聚焦模块、所述第二泵浦耦合聚焦模块分别位于所述谐振腔两侧，所述泵浦耦合聚焦模块、所述第二泵浦耦合聚焦模块分别用于输出泵浦光进入所述谐振腔，所述谐振腔用于将所述泵浦光谐振为红外光，所述谐振腔还用于将所述红外光放大为紫外光，紫外光输出模块用于将所述紫外光输出为单纵模紫外光；
10.所述谐振腔、所述紫外光输出模块、所述第一泵浦耦合聚焦模块、所述第二泵浦耦合聚焦模块分别嵌于所述壳体的腔内；
11.所述壳体与所述外壳通过弹簧固定连接，所述外壳为密封壳。
12.所述第一泵浦耦合聚焦模块包括第一泵浦源、第一平凸准直镜、第一平凸聚焦镜、第一平面折反镜；所述第二泵浦耦合聚焦模块包括第二泵浦源、第二平凸准直镜、第二平凸聚焦镜、第二平面折反镜；
13.所述第一泵浦源的输出端设于所述第一平凸准直镜的焦点，所述第一平凸准直镜设于所述第一泵浦源与所述第一平面折反镜之间，所述第一平凸准直镜的光轴与所述第一平面折反镜的镜面呈45
°
夹角，所述第一平凸聚焦镜的光轴与所述第一平面折反镜的镜面呈45
°
夹角，所述第一平凸准直镜的光轴与所述第一平凸聚焦镜的光轴垂直；
14.所述第二泵浦源的输出端设于所述第二平凸准直镜的焦点，所述第二平凸准直镜设于所述第二泵浦源与所述第二平面折反镜之间，所述第二平凸准直镜的光轴与所述第二平面折反镜的镜面呈45
°
夹角，所述第二平凸聚焦镜的光轴与所述第二平面折反镜的镜面呈45
°
夹角，所述第二平凸准直镜的光轴与所述第二平凸聚焦镜的光轴垂直。
15.所述谐振腔包括第一斜反镜、第二斜反镜、被动调q晶体、激光工作晶体、二倍频晶体、三倍频晶体、第一平面镜、第二平面镜；所述第一平面镜与所述第二平面镜分别为所述谐振腔的前后腔镜；
16.所述第一斜反镜、所述激光工作晶体、所述第二斜反镜依次设于所述第一平凸聚焦镜与所述第二平凸聚焦镜之间，所述第一平凸聚焦镜、所述第二平凸聚焦镜的焦点均位于所述激光工作晶体的中心处；所述第一斜反镜、所述被动调q晶体、所述第一平面镜组成为调q腔，所述被动调q晶体设于所述第一斜反镜与所述第一平面镜之间，所述调q腔与所述激光工作晶体的光轴垂直；所述第二斜反镜、所述二倍频晶体、所述三倍频晶体、所述第二平面镜组成为倍频腔，所述二倍频晶体、所述三倍频晶体依次设于所述第二斜反镜与所述第二平面镜之间，所述倍频腔与所述激光工作晶体的光轴垂直；所述第一斜反镜的法线为所述调q腔与所述激光工作晶体间夹角的角平分线，所述第二斜反镜的法线为所述倍频腔与所述激光工作晶体间夹角的角平分线；
17.所述第一平面镜镀有对基频光、二次谐波光和三次谐波光全反射的膜层，所述第二平面镜镀有对基频光全反射的膜层，所述泵浦光为基频光，所述第一斜反镜、所述第二斜反镜皆镀有对基频光高反射、对泵浦光高透射的膜层。
18.所述紫外光输出模块包括布儒斯特片、紫外反射镜、激光增益介质、小孔光阑、f-p标准具、主动调q晶体、激光输出镜；
19.所述布儒斯特片设于所述二倍频晶体与所述三倍频晶体之间，所述布儒斯特片的法线与所述第一平面镜的法线之间形成夹角，所述夹角为布儒斯特角；紫外激光透过所述布儒斯特片后射在设有所述激光增益介质的所述紫外反射镜，由紫外反射镜反射后输出，剩余的基频光与二次谐波光透过所述布儒斯特片后反射回激光工作晶体中，继续进行受激辐射放大；激光增益介质、小孔光阑、f-p标准具、主动调q晶体和激光输出镜依次沿紫外反射镜反射后输出的紫外线光路设置。
20.所述外壳设有散热孔，所述散热孔贯穿所述外壳。
21.还包括风扇，所述风扇嵌设于所述壳体，所述风扇贯穿所述壳体。
22.第二外壳设有水冷装置，所述水冷装置固定连接所述第二外壳的腔内。
23.还包括散热片，所述水冷装置固定连接有散热片。
24.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种单纵模紫外全固态激光器，从而可以得到以下有益效果：
25.1、通过弹簧连接壳体与外壳，通过弹簧进行缓冲减少了外力对晶体或镜片等易碎器件的损伤。
26.2、通过双端面泵浦激光工作晶体，增加了激光工作晶体的泵浦速度，进而激光的转换效率。
27.3、通过第二平面镜、布儒斯特片、紫外反射镜、激光增益介质、小孔光阑、f-p标准具、主动调q晶体、激光输出镜形成的紫外谐振腔实现单纵模紫外激光的输出。
28.4、通过水冷装置、散热片、散热孔、风扇对壳体的腔内进行降温，且由于外壳为密闭壳，防止外界的灰尘或水蒸气等杂物进入外壳的腔内，避免了外界环境因素对晶体或反光镜等器件的污染，提高了激光器的使用寿命。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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。
30.图1为本实用新型单纵模紫外全固态激光器的光路结构示意图。
31.图中：11-第一泵浦源，12-第一平凸准直镜，13-第一平面折反镜，14-第一平凸聚焦镜，21-第二泵浦源，22-第二平凸准直镜，23-第二平面折反镜，24-第二平凸聚焦镜，31-第一平面镜，32-被动调q晶体，33-第一斜反镜，34-激光工作晶体，35-第二斜反镜，36-二倍频晶体，37-三倍频晶体，38-第二平面镜，41-布儒斯特片，42-紫外反射镜，43-激光增益介质，44-小孔光阑，45-f-p标准具，46-主动调q晶体，47-激光输出镜。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
33.一种单纵模紫外全固态激光器，包括：谐振腔、紫外光输出模块、壳体、外壳、第一泵浦耦合聚焦模块、第二泵浦耦合聚焦模块；
34.第一泵浦耦合聚焦模块、第二泵浦耦合聚焦模块分别光信号连接谐振腔，谐振腔光信号连接紫外光输出模块；
35.第一泵浦耦合聚焦模块、第二泵浦耦合聚焦模块分别位于谐振腔两侧，泵浦耦合聚焦模块、第二泵浦耦合聚焦模块分别用于输出泵浦光进入谐振腔，谐振腔用于将泵浦光谐振为红外光，谐振腔还用于将红外光放大为紫外光，紫外光输出模块用于将紫外光输出为单纵模紫外光；
36.谐振腔、紫外光输出模块、第一泵浦耦合聚焦模块、第二泵浦耦合聚焦模块分别嵌于壳体的腔内；
37.壳体与外壳通过弹簧固定连接，外壳为密封壳。
38.进一步的，通过弹簧连接壳体与外壳，通过弹簧进行缓冲减少了外力对晶体或镜片等易碎器件的损伤。
39.第一泵浦耦合聚焦模块包括第一泵浦源11、第一平凸准直镜12、第一平凸聚焦镜
14、第一平面折反镜13；第二泵浦耦合聚焦模块包括第二泵浦源21、第二平凸准直镜22、第二平凸聚焦镜24、第二平面折反镜23；
40.第一泵浦源11的输出端设于第一平凸准直镜12的焦点，第一平凸准直镜12设于第一泵浦源11与第一平面折反镜13之间，第一平凸准直镜12的光轴与第一平面折反镜13的镜面呈45
°
夹角，第一平凸聚焦镜14的光轴与第一平面折反镜13的镜面呈45
°
夹角，第一平凸准直镜12的光轴与第一平凸聚焦镜14的光轴垂直；
41.第二泵浦源21的输出端设于第二平凸准直镜22的焦点，第二平凸准直镜22设于第二泵浦源21与第二平面折反镜23之间，第二平凸准直镜22的光轴与第二平面折反镜23的镜面呈45
°
夹角，第二平凸聚焦镜24的光轴与第二平面折反镜23的镜面呈45
°
夹角，第二平凸准直镜22的光轴与第二平凸聚焦镜24的光轴垂直。
42.进一步的，泵浦源发出的泵浦光经过平凸准直镜准直后形成平行泵浦光，平面镜将平行泵浦光折射到平凸聚焦镜，平凸聚焦镜对平行泵浦光进行聚焦，聚焦后的泵浦光进入谐振腔。
43.谐振腔包括第一斜反镜33、第二斜反镜35、被动调q晶体32、激光工作晶体34、二倍频晶体36、三倍频晶体37、第一平面镜31、第二平面镜38；第一平面镜31与第二平面镜38分别为谐振腔的前后腔镜；
44.第一斜反镜33、激光工作晶体34、第二斜反镜35依次设于第一平凸聚焦镜14与第二平凸聚焦镜24之间，第一平凸聚焦镜14、第二平凸聚焦镜24的焦点均位于激光工作晶体34的中心处；第一斜反镜33、被动调q晶体32、第一平面镜31组成为调q腔，被动调q晶体32设于第一斜反镜33与第一平面镜31之间，调q腔与激光工作晶体34的光轴垂直；第二斜反镜35、二倍频晶体36、三倍频晶体37、第二平面镜38组成为倍频腔，二倍频晶体36、三倍频晶体37依次设于第二斜反镜35与第二平面镜38之间，倍频腔与激光工作晶体34的光轴垂直；第一斜反镜33的法线为调q腔与激光工作晶体34间夹角的角平分线，第二斜反镜35的法线为倍频腔与激光工作晶体34间夹角的角平分线；
45.第一平面镜31镀有对基频光、二次谐波光和三次谐波光全反射的膜层，第二平面镜38镀有对基频光全反射的膜层，泵浦光为基频光，第一斜反镜33、第二斜反镜35皆镀有对基频光高反射、对泵浦光高透射的膜层。
46.进一步的，第一泵浦耦合聚焦模块、第二泵浦耦合聚焦模块发出的泵浦光射入谐振腔内双端面泵浦谐振腔内的激光工作晶体34。
47.泵浦源为光纤耦合半导体激光器，由于光纤耦合半导体激光器的光纤接头位于平凸准直镜的焦点上，光纤耦合半导体激光器发出的发散的泵浦光经过平凸准直镜后被准直为平行光，经过平面折反镜反射后平行进入平凸聚焦镜，两组泵浦耦合聚焦系统(第一泵浦耦合聚焦模块、第二泵浦耦合聚焦模块)的泵浦光分别透过第一斜反镜33、第二斜反镜35从激光工作晶体34的两个端面入射并聚焦在激光工作晶体34的中心处，双端面泵浦激光工作晶体34，并产生波长为1064nm的红外基频光，通过被动调q晶体32调q，实现高重复频率窄脉宽的1064nm红外基频光脉冲式振荡。通过第一斜反镜33、第二斜反镜35及第二平面镜38的反射，基频光第一次通过二倍频晶体36，基频光为线偏振光，偏振方向为s方向(即偏振矢量的振动方向垂直于入射面)，在二倍频晶体3625内一部分基频光经过倍频作用转换成波长为532nm的激光，匹配方式为i类相位匹配(即o光 o光＝e光的匹配方式)，此处o光与e光的
定义为：光束入射到各向异性晶体中时，分解为两束光并沿不同方向折射，其中一束遵守折射定律的光称为o光(ordinary ray)或寻常光，o光的偏振方向与光轴和传播矢量形成的平面垂直，另一束不遵守折射定律的光称为e光(extraordinary ray)或非常光。e光的偏振方向位于光轴和传播矢量形成的平面内，532nm激光为线偏振光，偏振方向为p方向(即偏振矢量的振动方向平行于入射面)，通过二倍频晶体36的532nm激光和剩余未发生倍频效应的1064nm基频光透过布儒斯特片41进入三倍频晶体37，在三倍频晶体37内发生和频效应，产生波长为355nm的紫外激光，匹配方式为ii类相位匹配(即o光 e光＝o光的匹配方式)，355nm紫外激光为线偏振光，偏振方向为s方向(即偏振矢量的振动方向垂直于入射面)，355nm紫外激光与532nm激光及未发生倍频效应的1064nm基频光被第一平面镜31反射回三倍频晶体37，其中532nm激光与1064nm基频光再次发生和频效应，产生355nm紫外激光，剩余的532nm激光与1064nm基频光透过布儒斯特片41反射回激光工作晶体34中，继续进行受激辐射放大。由于紫外激光比532nm激光与1064nm基频光的波长短，在布儒斯特片41中的折射率大，因此透过布儒斯特片41的折射角更大，有效的将紫外激光同532nm激光与1064nm基频光分离，紫外激光透过布儒斯特片41后射在紫外反射镜42，由紫外反射镜42反射后输出。
48.激光工作晶体34采用对泵浦光有较高的吸收系数和较大的受激发射截面的掺钕钒酸钇(nd:yvo4)晶体，其掺杂浓度小于0.5at％；激光工作晶体34或采用掺钕钇铝石榴石(nd:yag)晶体、掺钕氟化钇锂(nd:ylf)晶体、掺钕钒酸钆(nd:gdvo4)晶体、掺镱钇铝石榴石(yb:yag)晶体或掺铒钇铝石榴石(er:yag)晶体中的一种。二倍频晶体3625采用i类临界相位匹配(即o光 o光＝e光的匹配方式)的三硼酸锂(lbo)晶体，工作温度为室温，其相位匹配角为90
°
，方位角为11.4
°
；二倍频晶体36或采用六硼酸锂铯(clbo)或偏硼酸钡(bbo)等非线性晶体中的一种；三倍频晶体37采用ii类临界相位匹配(即o光 e光＝o光的匹配方式)的三硼酸锂(lbo)晶体，工作温度为室温，其相位匹配角为42
°
，方位角为90
°
；三倍频晶体37或采用六硼酸锂铯(clbo)或偏硼酸钡(bbo)等非线性晶体中的一种。
49.由于本实用新型中采用两组泵浦耦合聚焦系统共同进行双端面泵浦激光工作晶体34，能获得大功率的紫外激光。同时由于使用i类相位匹配实现二倍频变换及ii类相位匹配实现三倍频变换，避免了谐振腔内插入半波片引起的额外插入损耗，提高了紫外激光的转换效率。
50.紫外光输出模块包括布儒斯特片41、紫外反射镜42、激光增益介质43、小孔光阑44、f-p标准具45、主动调q晶体46、激光输出镜47；
51.布儒斯特片41设于二倍频晶体36与三倍频晶体37之间，布儒斯特片41的法线与第一平面镜31的法线之间形成夹角，夹角为布儒斯特角；紫外激光透过布儒斯特片41后射在设有激光增益介质43的紫外反射镜42，由紫外反射镜42反射后输出，剩余的基频光与二次谐波光透过布儒斯特片41后反射回激光工作晶体34中，继续进行受激辐射放大；激光增益介质43、小孔光阑44、f-p标准具45、主动调q晶体46和激光输出镜47依次沿紫外反射镜42反射后输出的紫外线光路设置。
52.进一步的，在小孔光阑44的作用下，进行横模选模，最终形成单纵模种子光；在单纵模种子光形成的时刻，完全打开q开关，剩余反转粒子对单纵模种子光进行放大，并在第二平面镜38、激光增益介质43、小孔光阑44、f-p标准具45、主动调q晶体46和激光输出镜47之间的紫外激光谐振腔中振荡形成单纵模紫外激光。
53.外壳设有散热孔，散热孔贯穿外壳。
54.还包括风扇，风扇嵌设于壳体，风扇贯穿壳体。
55.进一步的，风扇与散热孔用于流动壳体和外壳的空气形成循环风。
56.第二外壳设有水冷装置，水冷装置固定连接第二外壳的腔内。
57.还包括散热片，水冷装置固定连接有散热片。
58.进一步的，通过水冷装置、散热片、散热孔、风扇对壳体的腔内进行降温，且由于外壳为密闭壳，防止外界的灰尘或水蒸气等杂物进入外壳的腔内，避免了外界环境因素对晶体或反光镜等器件的污染，提高了激光器的使用寿命。
59.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。
60.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实用新型。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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型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。