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1、(10)申请公布号 CN 102944963 A (43)申请公布日 2013.02.27 C N 1 0 2 9 4 4 9 6 3 A *CN102944963A* (21)申请号 201210444292.9 (22)申请日 2012.11.08 G02F 1/35(2006.01) G02B 1/02(2006.01) H01S 3/109(2006.01) (71)申请人北京国科世纪激光技术有限公司 地址 100192 北京市海淀区西小口路66号 东升科技园北领地C区7号楼2层 (72)发明人石朝辉 樊仲维 王培峰 (74)专利代理机构北京泛华伟业知识产权代理 有限公司 11280 。
2、代理人王勇 王博 (54) 发明名称 一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体 组件 (57) 摘要 本发明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。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种非线性晶体组件，包括： 非线性晶体，具有第一入射端面和第一出射端面； 。
3、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。 2.根据权利要求1所述的组件，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。 3.根据权利要求2所述的组件，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。 4.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一入射端面垂直于激光束。 5.根据权利要求1所述的组件，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。
4、光束。 6.根据权利要求1所述的组件，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。 7.根据权利要求1所述的组件，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。 8.根据权利要求1所述的组件，其中所述补偿块可相对于非线性晶体而平移。 9.根据权利要求1所述的组件，其中所述补偿块的材料为紫外石英材料。 10.根据权利要求1所述的组件，其中所述补偿块可更换。 权 利 要 求 书CN 102944963 A 1/4页 3 一种用于外腔倍频紫外激光器的非线性晶体组件 技术领域 0001 本发明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。。
5、 背景技术 0002 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。 0003 其中三倍频技术产生紫外激光原理如图1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。
6、一 个三倍频晶体（例如LBO），和频后变成355nm的三倍频激光。 0004 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LBO，KTP，BBO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BBO）变成266nm的四倍频激光。 0005 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。
7、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：AR355nm&532nm&1064nm；S14面 一般镀膜为：AR266nm&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。
8、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。 发明内容 0006 因此，本发明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。 0007 本发明提供一种非线性晶体组件，包括： 0008 非线性晶体，具有第一入射端面和第一出射端面； 0009 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。 说 明 书CN 102944963 A 2/4页 4 0010 根据本发明提供的组件，其中第二入射端面和第二出射端面与激光束之。
9、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。 0011 根据本发明提供的组件，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。 0012 根据本发明提供的组件，其中所述第一入射端面垂直于激光束。 0013 根据本发明提供的组件，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。 0014 根据本发明提供的组件，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。 0015 根据本发明提供的组件，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。 0016 根据。
10、本发明提供的组件，其中所述补偿块可相对于非线性晶体而平移。 0017 根据本发明提供的组件，其中所述补偿块的材料为紫外石英材料。 0018 根据本发明提供的组件，其中所述补偿块可更换。 0019 本发明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 0020 以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中： 0021 图1为三倍频技术产生紫外激光的原理示意图； 0022 图2为四倍频技术产生紫外激光的原理示意图； 0023 图3为根据本发明的一个实施例的非线性。
11、晶体组件的结构示意图； 0024 图4为根据本发明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。 具体实施方式 0025 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本 发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。 0026 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： 0027 非线性晶体，其具有入射端面S1和出射端面S2，其中入射端面S1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N 1 之间的角度 1等于布儒斯特角，当入射的激光束。
12、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； 0028 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N 2 与轴向A之间的角度5使得激光L以角度4入射到端面S4，并在入射 说 明 书CN 102944963 A 3/4页 5 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。 0029 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，。
13、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。 0030 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： 0031 由光学材料手册可以查得355nm紫外。
14、激光在LBO中的折射率n 1 =1.597054，355nm 紫外激光在石英中的折射率n 2 =1.47607。 0032 根据折射定律可知： 0033 n 1 sin 1 =1sin 2 ； （1） 0034 当满足布儒斯特条件时： 1 + 2 =90 （2） 0035 利用上述n 1 数据可知，LBO晶体端面S2的法线N 1 与轴向A之间的角度 1=32.05，激光束L从端面S2出射的出射角2=57.95。 0036 对于补偿块来说，同样地根据折射定律可知： 0037 1sin 4 =n 2 sin 5 （3） 0038 当出射激光束L仍为轴向A方向时，应满足条件： 0039 4 - 5 。
15、= 2 - 1 （4） 0040 利用上述n 2 、1、2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N 2 与轴向A之间的夹角5=37.15，激光束L入射到补偿块端面S3 的入射角4=63.05。 0041 根据本发明的一个实施例，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5和1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。 0042 根据本发明的一个实施例，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N 1 之间的角度1也可以不等于布儒斯特角。 0043 根据本发明。
16、的一个实施例，其中还可以使激光束L入射到补偿块的入射端面S3的 入射角为布儒斯特角，从而降低补偿块入射端面产生的反射损耗，这时激光束L在补偿块 中的传播方向不再平行于轴向A，如果要使激光束L以轴向A出射到端面S4以外，则需要使 端面S4与轴向A呈一定的夹角。也可以使出射端面S4为其他角度从而使激光束L以所需 的方向出射。本领域技术人员可通过简单的几何知识计算得到出射端面S4与轴向A之间 的夹角。 0044 根据本发明的一个实施例，其中非线性晶体的入射端面S1也可以是倾斜的，例如 可使激光束L入射到端面S1的入射角为布儒斯特角，同时端面S2的倾斜角度被设计为使 得激光束L穿过非线性晶体入射到端面。
17、S2的入射角为布儒斯特角。通过设计补偿块的入 说 明 书CN 102944963 A 4/4页 6 射端面S3与出射端面S4的倾斜角度，可使得激光束L以所需的方向出射。本领域技术人 员可通过简单的几何知识计算得到S1、S2、S3和S4各自的倾斜角度。 0045 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。 说 明 书CN 102944963 A 1/2页 7 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102944963 A 2/2页 8 图4 说 明 书 附 图CN 102944963 A 。