紫外激光器研究进展及其关键技术讲解
紫外激光器研究进展及其关键技术
黄川2120160620
摘要：本文详细介绍了利用LD泵浦的紫外激光器产生紫外激光的非线性原理，并在此基础上介绍了在全固态紫外激光器中用到的倍频晶体的种类和各自的应用场景；介绍了近年来高功率固体紫外激光器研制的国内外进展情况，最后展望了高功率全固体紫外激光器研制的未来。
关键词：紫外激光；非线性光学；相位匹配
1、引言
因为紫外激光具有的短波长和高光子的能量特点，所以紫外激光在工业领域内具有非常广泛的应用。在工业微加工领域内，相较于红外激光的热熔过程，紫外激光加工时的“冷蚀效应”可以使加工的尺寸更小，达到提高加工精度的目的。另
外，紫外激光器在生物技术，医疗设备加工，大气探测等领域也有广泛的应用。
一般而言，可以将紫外激光器划分为三类：固体紫外激光器，气体紫外激光器，半导体紫外激光器。其中固体紫外激光器应用最为广泛的是激光二极管泵浦全
固态激光器。而利用激光二极管抽运的固体UV 激光器相较于其他类型的紫外激光器而言，具有效率高，性能可靠，硬件结构简单的特点，因此应用最为广泛，基于LD抽运的全固态UV激光器也得到了迅猛的发展。
在实际的应用当中，实现紫外连续激光输出的方法一般是利用晶体材料的非线性效应实现变频的方法来产生。产生全固态紫外激光的方法一般有两种：一是直接对全固体激光器进行3倍频或4倍频来得到紫外激光；另一种方法是先利用倍频技术得到二次谐波，然后再利用和频技术得到紫外激光。相较于前一种方法，后者利用的是二次非线性极化率，其转换效率要高很多。最常见的是通过三倍频和四倍频技术产生355nm和266nm的紫外激光。下文将简单介绍紫外激光产生的非线性原理。
2、非线性频率转换原理
2.1介质的非线性极化
激光作用在非线性介质上会引起介质的非线性极化，这是激光频率变换的非线性基础。在单色的电磁波作用下，介质的内部原子，离子等不会发生本征能级的跃迁，但是这些离子的电荷分布以及运动状态都会发生一些变化，引起光感应的电偶极矩，这个电偶极矩作为新的辐射源辐射电磁波。
一般来说，我们用介质的电极化矢量 P 描述介质的极化，在入射光较弱的情
况下，P 与入射光场E 成线性关系：
其中，E 为电场强度，X ( 1为线性极化系数，￡ 0为真空中的介电常数。
如果入射光强很大时，电极化矢量 P 与电场强度E 不再成简单的线性关系, 而是呈现出一种非线性关系：
上式中，X (2，X (3分别为为二阶非线性极化率和三级非线性极化率。非 线性极化项的引入会导致广播的频率发生改变。在这里假设有两书入射光，光波方 程如下所示：
当两束光入射到介质上，会引起介质的非线性极化，产生的极化强度 为： Z 1 |f, AM - + E cos (呼-
由于电场强度具有二次项，因此会引入很多新的频率成分。
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从上式可以看出，上述的频率成分中包括倍频，和频，差频等。因此 当不同频率的两束光波入射到非线性介质上时，极化产生的光波中不 仅包括基频光，还存在倍频，和频以及差频的成分。下面简述了光倍 频和和频，差频的原理。
2.2非线性晶体选择
(2-1 )
P =
+ 即：磋+上门'1磁十 (2-2)
非线性是实现激光非线性频率变换的物质基础，满足实际应用场景的非线性晶体应该具备几个条件：透明波段宽，有效非线性光学习书大，最佳相位匹配角恰当，性能稳定，大的接收角度以及大带宽，生长工艺简单，价格较低。基于这些条件下，非线性晶体也得到了广泛的研究。下面介绍几种常用的高功率紫外激光非线性晶体。
2.2.1LBO 晶体
LBO(L B3O5晶体是由中科院研制的一种新型非线性光学晶体。属于正交晶系，负双轴晶体。这种晶体具有不易潮解，透明波段范围宽的特点，其光学均匀性高，接受角度宽，离散角小，激光损伤阈值高，可以实现非临界相位匹配，因此被广泛应用于和频和差频等领域。
2.2.2BBO 晶体
BBO( B aB2O4晶体是中科院研发的一种激光晶体。该晶体具有大的双折射效率以及较低的色散，具有较高的激光损伤阈值，相位匹配范围宽，温度稳定性好，接收角较小，而相对的离散角大，因其轻微的潮解特性通常需要镀膜保护。同样广泛应用于紫外激光倍频，三倍频以及四倍频
2.2.3CLBO 晶体
CLBO(CsLiB6O10晶体是由日本大阪大学研制的一种优良的紫外激光非线性晶体。该晶体属四方晶系，负单轴晶体，相对于LBO和BBO晶体而言，CLBO警惕的
生长较为容易，但是同样具有易潮解的特点，因此需要长期保存在温度高的干燥环境下或者是密封使用，因此在商业领域中还没有得到应用。
2.2.4CBC晶体
CBO(CsB3O晶体是中科院研制的一种紫外激光非线性晶体。这种晶体具有激光损伤高阈值的特点，并且较高的透过率，其非线性光学系数相较于其他类型的晶体而言较大同时离散角较小，满足紫外激光频率变换的基本条件，但是目前还没有在商业领域内广泛投入使用。
2.2.5KBBF晶体
KBBF(KBe2BO3F)晶体是中科院研制的一种性能优异的非线性晶体，负单轴晶体。其紫外透光范围宽，可以输出六倍频深紫外激光，在实现深紫外激光输出的领域中具有非常重要的应用前景、
2.3非线性频率变换方式
倍频有两种方式：腔内倍频以及腔外倍频。
腔内倍频是顾名思义是晶体置于腔内的倍频方式，腔内倍频的方式相对而言可以获得较高的转换效率。腔内倍频的方式对非线性晶体具有一定的要求，倍频晶体需要具有好的光学均匀性，较高的透过率以及良好的导热性，同时要求采用适当的方式来进行温控。
另一种倍频方式腔外倍频是将晶体放在谐振腔外进行倍频的方式。在这种倍频方式中，可以通过调Q来提高倍频转换效率。当激光脉冲的长度越短，其产生的峰值功率密度越高，因此采用小的光脉冲宽度会提高倍频转换效率。
3、全固态紫外激光器的研究进展
产生全固态紫外激光的方法一般有两种：一是直接对全固体激光器进行3倍频或4倍频来得到紫外激光；另一种方法是先利用倍频技术得到二次谐波，然后再利用和频技术得到紫外激光。相较于前一种方法，后者利用的是二次非线性极化率，其转换效率要高很多。而目前市场研发的全固态紫外激光器主要才用的是后一种方式，产生
355nm和266nm的激光，下文中将重点介绍这两种紫外激光器的发展现状。
3.1 355nm全固态紫外激光器
2001年，美国Spectra-physics 公司采用LD双端面抽运，腔内倍频的方式，采用Nd: YVO4双棒串接作为基频源，采样I类和II类相位匹配的LBO作为三倍频以及和频晶体，在104W的功率条件下，获得了功率为12W脉宽为17-75ns 的355nm紫外激光输出。
2005年，中科院理化研究所和物理研究合作研发了一套紫外激光器。才用的是外腔倍频的方式，利用LBC作为倍频晶体，CBO乍为三倍频晶体，其中CBO晶体才用的是II类相位匹配，通过140W 70ns的基频光波和频，获得了最高输出位17W的355nm 的紫外激光输出，比同尺寸的LBO晶体拥有更好的性能，但是其转换效率略低，约为12%。
2006年，Cohere nt公司采用同样端面抽运Nd: YVO4的结构，波长为1064nm 的基频激光通过放大后输出，利用I类相位匹配LBg频产生532nm的倍频激光，该倍频光经过II类相位匹配LBO和频得到355nm的三倍频光输出。最后获得了3
最高输出功率为36W脉宽为31ns的355nm激光，并且具有很高的转换效率，达到了
44%
2008年，日本大阪大学研发了大于100W的最高输出功率的355nm紫外激光输出。通过利用MOPAS构的Nd: YAG激光器，得到了300W勺基频光，。在此基础
上，通过I类相位匹配的LBO背叛，II类相位匹配的CBO和频，最后得到了输出功率为103V y脉宽为58ns的355nm紫外激光输出，其转换效率约为34.9%。
2009年，Cohere nt公司研发了一款平均功率为160W勺355nm的紫外激光输出。该激光器为内腔倍频结构，腔内还有两组侧面抽运的Nd: YAG双棒串接，同时腔内插入两个Q开关实现调Q。采用I类非临界相位匹配LBO进行倍频，之后采用II类相位匹配LBO1行和频得到三倍频激光。在 2..7KW抽运下，得到了160W平均功率的355nm紫外激光输出。
2010年，山东大学晶体材料国家重点实验室采用LD端面泵浦YAG S体并通过声光调Q腔内三倍频获得高功率准连续355nm激光输出。在泵浦功率180W寸, 获得平均功率7.8W的355nm激光输出，其光一光转化效率为 4.3%。
同年，清华大学精密仪器系摩擦学国家重点实验室光子与电子技术研究中心柳强、闰兴鹏等报道了平均功率为43 W,脉冲宽度为10.7 ns，峰值功率和单脉冲能量高达67kW和0.716mJ,激光光束质量MZ<1.5的355nmUV t光。
2012年，华北光电技术研究所采用大功率LD端面泵浦Nd:YV04晶体，声光
调Q及腔外和频方式获得稳定的355 nm紫外激光。在泵浦功率为32.3W时，得到15.9 W 1064 nm连续基频激光输出，光一光转化效率49% 在20 kHz调制频率下，得到
1.45W 355 nm紫外激光。
3.2 266nm全固态紫外激光器
2000年，日本三菱公司和大阪大学合作研发了输出功率为20W的266nm的紫外激光器。该激光器采用532nm激光器作为基频光，在100W俞出功率，80ns脉宽
下，通过I类相位匹配CLBC晶体进行倍频得到266nm紫外激光输出。105.8W功率的532绿光倍频得到了输出功率为20.5W的266nm的紫外激光输出，其转换效率为
19.4%。2003年，同样是该小组利用同样的结构将输出功率提升到了23W 2007
年，该小组利用CLBC晶体作为倍频晶体，得到了27.9W输出功率的266nm紫外激光。
2006年，中科院物理研究所研发了输出功率为28.4W的266nm紫外激光输出。采用功率为120W脉宽为80ns的532nm绿光激光作为基频光，采用I类相位匹配CLBC晶体倍频，最后得到了输出功率为28.4W的266nm紫外激光输出，转换效率达到了24.7%。
4、总结与展望
随着工业市场对高功率的全固态紫外激光器的性能的需求不断加深，作为其中关键技术部分的新型非线性材料不断涌现，性能也是日新月异，就目前而言，其最高输出功率已经达到了100W的量级，而这个数字同时在不断的刷新。在输出功率不断提高的同时，带来的一些问题也就亟待解决：非线性光学晶体的抗损伤问题，紫外激光的转换效率，光束质量以及光学晶体的寿命等问题。想要进一步提高高功率的全固态紫外激光器的性能，这些问题都是未来的研究工作中必须要解决的。
4、参考文献
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半导体激光器原理
半导体激光器原理 一、半导体激光器的特征 半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器,由于物质结构上的差异,产生激光的具体过程比较特殊。常用材料有砷化镓:GaAs:、硫化镉:CdS:、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。 半导体激光器件,可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件,而双异质结激光器室温时可实现连续工作。 半导体激光器具有体积小、效率高等优点,广泛应用于激光通信、印刷制版、光信息处理等方面。 二、半导体激光器的结构与工作原理 现以砷化镓:GaAs:激光器为例,介绍注入式同质结激光器的工作原理。 1〃注入式同质结激光器的振荡原理。由于半导体材料本身具有特殊晶体结构和电子结构,故形成激光的机理有其特殊性。 :1:半导体的能带结构。半导体材料多是晶体结构。当大量原子规则而紧密地结合成晶体时,晶体中那些价电子都处在晶体能带上。价电子所处的能带称价带:对应较低能量:。与价带最近的高能带称导带,能带之间的空域称为禁带。当加外电场时,价带中电子跃迁到导带中去,在导带中可以自由运动而起导电作用。同时,价带中失掉一个电子,则相当于出现一个带正电的空穴,这种空穴在外电场的作用下,也能起导电作用。因此,价带中空穴和导带中的电子都有导电作用,统称为载流子。 :2:掺杂半导体与p-n结。没有杂质的纯净半导体,称为本征半导体。如果在本征半导体中掺入杂质原子,则在导带之下和价带之上形成了杂质能级,分别称为施主能级和受主能级:见图19,24:。
图19,24 有施主能级的半导体称为n型半导体;有受主能级的半导体称这p型半导体。在常温下,热能使n型半导体的大部分施主原子被离化,其中电子被激发到导带上,成为自由电子。而p型半导体的大部分受主原子则俘获了价带中的电子,在价带中形成空穴。因此,n型半导体主要由导带中的电子导电;p型半导体主要由价带中的空穴导电。 半导体激光器中所用半导体材料,掺杂浓度较大,n型杂质原子数一般 为:2,5:×1018cm-1;p型为:1,3:×1019cm-1。 在一块半导体材料中,从p型区到n型区突然变化的区域称为p-n结。其交界面处将形成一空间电荷区。n型半导体带中电子要向p区扩散,而p型半导体价带中的空穴要向n区扩散。这样一来,结构附近的n型区由于是施主而带正电,结区附近的p型区由于是受主而带负电。在交界面处形成一个由n区指向p区的电场,称为自建电场。此电场会阻止电子和空穴的继续扩散:见图19,25:。 图19,25 :3:p-n结电注入激发机理。若在形成了p-n结的半导体材料上加上正向偏压,p 区接正极,n区接负极。显然,正向电压的电场与p-n结的自建电场方向相反,它削
紫外激光器研究进展及其关键技术讲解
紫外激光器研究进展及其关键技术 黄川 2120160620 摘要：本文详细介绍了利用LD泵浦的紫外激光器产生紫外激光的非线性原理，并在此基础上介绍了在全固态紫外激光器中用到的倍频晶体的种类和各自的应用场景；介绍了近年来高功率固体紫外激光器研制的国内外进展情况，最后展望了高功率全固体紫外激光器研制的未来。 关键词：紫外激光；非线性光学；相位匹配 1、引言 因为紫外激光具有的短波长和高光子的能量特点，所以紫外激光在工业领域内具有非常广泛的应用。在工业微加工领域内，相较于红外激光的热熔过程，紫外激光加工时的“冷蚀效应”可以使加工的尺寸更小，达到提高加工精度的目的。另外，紫外激光器在生物技术，医疗设备加工，大气探测等领域也有广泛的应用。 一般而言，可以将紫外激光器划分为三类：固体紫外激光器，气体紫外激光器，半导体紫外激光器。其中固体紫外激光器应用最为广泛的是激光二极管泵浦全固态激光器。而利用激光二极管抽运的固体UV激光器相较于其他类型的紫外激光器而言，具有效率高，性能可靠，硬件结构简单的特点，因此应用最为广泛，基于LD抽运的全固态UV激光器也得到了迅猛的发展。 在实际的应用当中，实现紫外连续激光输出的方法一般是利用晶体材料的非线性效应实现变频的方法来产生。产生全固态紫外激光的方法一般有两种：一是直接对全固体激光器进行3倍频或4倍频来得到紫外激光；另一种方法是先利用倍频技术得到二次谐波，然后再利用和频技术得到紫外激光。相较于前一种方法，后者利用的是二次非线性极化率，其转换效率要高很多。最常见的是通过三倍频和四倍频技术产生355nm和266nm的紫外激光。下文将简单介绍紫外激光产生的非线性原理。 2、非线性频率转换原理 2.1 介质的非线性极化 激光作用在非线性介质上会引起介质的非线性极化，这是激光频率变换的非线性基础。在单色的电磁波作用下，介质的内部原子，离子等不会发生本征能级的跃迁，但是这些离子的电荷分布以及运动状态都会发生一些变化，引起光感应的电偶极矩，这个电偶极矩作为新的辐射源辐射电磁波。
半导体激光器的研究
半导体激光器的研究 半导体激光器是近年来应用非常广泛的一种激光器。在本实验中我们将对半导体激光器的主要发光器件——激光二极管（LD）进行全面的实验研究。 【实验内容】 1．激光二极管（LD）的伏安特性测量。 2．LD的发光强度与电流的关系曲线测量。 3*．LD发光光谱分布测量。 4*．LD发光偏振特性分析。 【实验仪器】 激光二极管，电压表，电流表，激光功率计，分光计，格兰—泰勒棱镜等
阅读材料 半导体激光器件 按照半导体器件功能的基本结构可分为：注入复合发光，即电—光转换；光引起电动势效应，即光—电变换。这里主要讨论前者。 半导体激光光源是半导体激光器发射的激光。它是以半导体材料作为激光工作物质的一类激光器，亦称激光二极管，英文缩写为LD。与其相对应的非相干发光二极管，英文缩写为LED。它具有工作电压低、体积小、效率高、寿命长、结构简单、价格便宜以及可以高速工作等一系列优点。可采用简单的电流注入方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而有可能与之单片集成；并且还可用高达吉赫(109 Hz)的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点，LD在激光通信、光纤通信、光存储、光陀螺、激光打印、光盘录放、测距、制导、引信以及光雷达等方面已经获得了广泛应用，大功率LD 可用于医疗、加工和作为固体激光器的泵浦源等。 半导体激光器自1962年问世以来，发展极为迅速。特别是进入20世纪80年代，借用微电子学制作技术(称为外延技术)，现已大量生产半导体激光器。以半导体LD条和LD堆为代表的高功率半导体激光器品种繁多，应有尽有。 1 概述 1）半导体激光器的分类 从半导体激光器的发射的激光看，可分为半导体结型二极管注入式激光器和垂直腔表面发射半导体激光器两种类型；而从结型看，又可分为同质结和异质结两类；从制造工艺看，又可为一般半导体激光器、分布反馈式半导体激光器和量子阱半导体激光器激光器；另外，为了提高半导体激光器的输出功率，增大有源区，将其做成列阵式，又可分为单元列阵、一维线列阵、二维面阵等。 2）半导体激光器的工作原理 半导体激光器与其它激光器没有原则区别，只是因工作物质不同，而有其自身的特点。图示给出了GaAs激光器的外形及其管芯结构，在激光器的外壳上有一个输出激光的小窗口，激光器的电极供外接电源用，外壳内是激光器管芯，管芯形状有长方形、台面形、电极条形等多种。它的核心部分是PN结。半导体激光器PN结的两个端面是按晶体的天然晶面剖切开的，称为解理面，这两个表面极为光滑，可以直接用作平行反射镜面，构成激光谐振腔。激光可以从某一侧解理面输出，也可由两侧输出。 半导体材料是一种单晶体，各原子最外层的轨道互相重叠，导致半导体能级不再是分
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半导体激光器研究的依据及意义 信息技术已成为当今全球性战略技术。以光电技术和微电子技术为基础所支持的通信和网络技术已成为高技术的核心，正在深刻影响国民经济、国建设的各个领域。其中，半导体激光器起着举足轻重的作用 半导体激光器 ，其转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制以及与其它半导体器件集成的能力强等特点而成为信息技术的关键器件。在光谱技术、光外差探测、医疗、加工等领域得到愈来愈广泛的应用。目前，它已是固体激光器泵浦、光纤放大器泵浦中不可替代的重要光源。 但是，半导体激光器正常工作时，需要稳定的环境温度。环境温度的变化以及激光器运转时器件发热而导致其温度起伏，将直接影响激光器输出功率的稳定性和运行的安全可靠性，甚至造成半导体激光器的损坏。因此，半导体激光器的驱动电源温度控制问题越来越受到人们的重视。 阀值是所有激光器所具有的特性，它标志着激光器的增益与损耗的平衡点。由于半导体激光器是直接注入电流的电子—光子转换器件，因此其阀值是常用电流密度或者电流来表示的。温度是影响半导体激光器阀值特性的主要因素。温度对阈值电流密度的影响由下面公式 J th （T ）=J th （T r ）exp[(T-T r )/T 0] 1. (1) 给出。T 为半导体激光器的工作温度，T r 为室温，J th （T ）为工作温度 下的阈值电流密度，J th （T r ）为室温下的阈值电流密度，T 0是表征半导 体激光器温度稳定性的特征温度，它与激光器所使用的材料及结构有关。 温度的变化也影响半导体激光器的激光波长，λ=2nL/m 1.(2) 中，n 为折射率，m 是模数，波长λ随折射率n 和长度L 较大程度的影响。波长λ对T 微分，这里，折射率是温度和波长的函数，即： (1/λ)(d λ/dT)=(1/n)(аn/аλ)T (d λ/dT)
半导体激光器特性测量
半导体激光器特性测量实验 摘要：激光器的三个基本组成部分是：增益介质、谐振腔、激励能源。本实验通过测量半导体激光器的输出特性、偏振度和光谱特性，进一步了解半导体激光器的发光原理，并掌握半导体激光器性能的测试方法。 关键字：半导体激光器偏振度阈值光谱特性 一、引言 半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器，常用工作物质有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。半导体激光器发射激光必须具备三个基本条件：（1）产生足够的粒子数反转分布；（2）合适的谐振腔起反馈作用，使受激辐射光子增生，从而产生激光震荡；（3）满足阀值条件，使光子的增益≥损耗。半导体激光器工作原理是用某种激励方式，将介质的某一对能级间形成粒子数反转分布，在自发辐射和受激辐射的作用下，将有某一频率的光波产生（用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔），在腔内传播，并被增益介质逐渐增强、放大，输出激光。 二、实验仪器 半导体激光器装置、WGD-6型光学多道分析器、电脑、光功率指示仪等。 三、实验原理 3.1半导体激光器的基本结构 半导体激光器大多数用的是GaAs或Gal-xAlxAs材料，p-n结激光器的基本结构如图1所示，p-n结通常在n型衬底上生长p型层而形成。在p区和n区都要制作欧姆接触，使激励电流能够通过，这电流使结区附近的有源区内产生粒子数反转，还需要制成两个平行的端面其镜面作用，为形成激光模提供必须的光反馈。图1中的器件是分立的激光器结构，它可以与光纤传输连成线，如果设计成更完整的多层结构，可以提供更复杂的光反馈，更适合单片集成光电路。
简述气体激光器讲解
简述气体激光器 这是一类以气体为工作物质的激光器。此处所说的气体可以是纯气体，也可以是混合气体；可以是原子气体，也可以是分子气体；还可以是离子气体、金属蒸气等。多数采用高压放电方式泵浦。最常见的有氦-氖激光器、氩离子激光器、二氧化碳激光器、氦-镉激光器和铜蒸气激光器等。氦-氖激光器是最早出现也是最为常见的气体激光器之一。它于1961年由在美国贝尔实验室从事研究工作的伊朗籍学者佳万(Javan)博士及其同事们发明，工作物质为氦、 这是一类以气体为工作物质的激光器。此处所说的气体可以是纯气体，也可以是混合气体；可以是原子气体，也可以是分子气体；还可以是离子气体、金属蒸气等。多数采用高压放电方式泵浦。最常见的有氦-氖激光器、氩离子激光器、二氧化碳激光器、氦-镉激光器和铜蒸气激光器等。 氦-氖激光器是最早出现也是最为常见的气体激光器之一。它于1961年由在美国贝尔实验室从事研究工作的伊朗籍学者佳万(Javan)博士及其同事们发明，工作物质为氦、氖两种气体按一定比例的混合物。根据工作条件的不同，可以输出5种不同波长的激光，而最常用的则是波长为632.8纳米的红光。输出功率在0.5～100毫瓦之间，具有非常好的光束质量。氦-氖激光器是当前应用最为广泛的激光器之一，可用于外科医疗、激光美容、建筑测量、准直指示、照排印刷、激光陀螺等。不少中学的实验室也在用它做演示实验。 比氦-氖激光器晚3年由帕特尔(Patel)发明的二氧化碳激光器是一种能量转换效率较高和输出最强的气体激光器。目前准连续输出已有400千瓦的报导，微秒级脉冲的能量则达到10千焦，经适当聚焦，可以产生1013瓦／米2的功率密度。这些特性使二氧化碳激光器在众多领域得到广泛应用。工业上用于多种材料的加工，包括打孔、切割、焊接、退火、熔合、改性、涂覆等；医学上用于各种外科手术；军事上用于激光测距、激光雷达，乃至定向能武器。 与发明二氧化碳激光器同年，发明了几种惰性气体离子激光器，其中最常见的是氩离子激光器。它以离子态的氩为工作物质，大多数器件以连续方式工作，但也有少量脉冲运转。氩离子激光器可以有35条以上谱线，其中25条是波长在408.9～686.1纳米范围的可见光，10条以上是 275～363.8纳米范围的紫外辐射，并以488.0纳米和514.5纳米的两条谱线为最强，连续输出功率可达100瓦。氩离子激光器的主要应用领域包括眼疾治疗、血细胞计数、平版印刷及作为染料激光器的泵浦源。 1968年发明的氦-镉激光器以镉金属蒸气为发光物质，主要有两条连续谱线，即波长为325.0纳米的紫外辐射和441.6纳米的蓝光，典型输出功率分别为1～25毫瓦和1～100毫瓦。主要应用领域包括活字印刷、血细胞计数、集成电路芯片检验及激光诱导荧光实验等。 另一种常见的金属蒸气激光器是1966年发明的铜蒸气激光器。一般通过电子碰撞激励，两条主要的工作谱线是波长510.5纳米的绿光和 578.2纳米的黄光，
紫外激光器研究进展及其关键技术
紫外激光器研究进展及其 关键技术 Last revision on 21 December 2020
紫外激光器研究进展及其关键技术 黄川 摘要：本文详细介绍了利用LD泵浦的紫外激光器产生紫外激光的非线性原理，并在此基础上介绍了在全固态紫外激光器中用到的倍频晶体的种类和各自的应用场景；介绍了近年来高功率固体紫外激光器研制的国内外进展情况，最后展望了高功率全固体紫外激光器研制的未来。 关键词：紫外激光；非线性光学；相位匹配 1、引言 因为紫外激光具有的短波长和高光子的能量特点，所以紫外激光在工业领域内具有非常广泛的应用。在工业微加工领域内，相较于红外激光的热熔过程，紫外激光加工时的“冷蚀效应”可以使加工的尺寸更小，达到提高加工精度的目的。另外，紫外激光器在生物技术，医疗设备加工，大气探测等领域也有广泛的应用。 一般而言，可以将紫外激光器划分为三类：固体紫外激光器，气体紫外激光器，半导体紫外激光器。其中固体紫外激光器应用最为广泛的是激光二极管泵浦全固态激光器。而利用激光二极管抽运的固体UV激光器相较于其他类型的紫外激光器而言，具有效率高，性能可靠，硬件结构简单的特点，因此应用最为广泛，基于LD抽运的全固态UV激光器也得到了迅猛的发展。 在实际的应用当中，实现紫外连续激光输出的方法一般是利用晶体材料的非线性效应实现变频的方法来产生。产生全固态紫外激光的方法一般有两种：一是直接对全固体激光器进行3倍频或4倍频来得到紫外激光；另一种方法是先利用倍频技术得到二次谐波，然后再利用和频技术得到紫外激光。相较于前一种方法，后者利用的是二次非线性极化率，其转换效率要高很多。最常见的是通过三倍频和四倍频技术产生355nm和266nm 的紫外激光。下文将简单介绍紫外激光产生的非线性原理。 2、非线性频率转换原理
激光器的分级标准及激光安全管理讲解
激光器的分级标准及激光安全管理 激光器按波长分各种类型，由于不同波长的激光对人体组织器官伤害不同。因而在各类型的激光器中按其功率输出大小及对人体伤害分以下四级。 第一级激光器：即无害免控激光器。这一级激光器发射的激光，在使用过程中对人体无任何危险，即使用眼睛直视也不会损害眼睛。对这类激光器不需任何控制。 第二级激光器：即低功率激光器。输出激光功率虽低，用眼睛偶尔看一下不至造成眼损伤，但不可长时间直视激光束。否则，眼底细胞受光子作用而损害视网膜。但这类激光对人体皮肤无热损伤。 第三级激光器：即中功率激光器。这种激光器的输出功率如聚焦时，直视光束会造成眼损伤，但将光改变成非聚焦，漫反射的激光一般无危险，这类激光对皮肤尚无热损伤。 第四级激光器：即大功率激光器，此类激光不但其直射光束及镜式反射光束对眼和皮肤损伤，而且损伤相当严重，并且其漫反射光也可能给人眼造成损伤。 根据上述激光器的分级来看，对人眼睛及皮肤损害最大的是第四级激光器。前述了激光对人体的危害，尤其是对眼睛的损伤，其损伤程度可以使眼睛视力降低，甚至完全失明。但这种损伤并非所有量级激光能引起，而是有一最低限度——即致伤阈值，只有当激光能量密度或功率密度超过此阈值时才能对眼睛造成伤害。激光器的级别分类给我们提供了一个安全的参考值。 激光安全管理措施 使用不同级别激光器的管理措施 1．使用第一级激光器的管理 由于第一级激光器是无害免控激光器，因此不需任何控制措施。激光器不必使用警告标记，但须避免不必要长久地直视第一级激光束。 2．第二级激光器的使用安全措施
第二级激光器为低水平激光器，如偶尔照射到人眼还不至于引起伤害，可连续观察激光束时能损伤眼睛。因此，不能长时间地直视激光束，此是对第二级激光器的最重要控制措施。此外，还应该在安放第二级激光器的房门上及激光的外壳及其操作面板上张贴警告标记。3．第三级激光器的使用安全措施 由于第三级激光器是中等功率激光器，可能对眼有损伤，必须对这一级激光器定出措施，确保安全：（1）对操作激光器的工作人员进行教育和培训，使他（她）们明白操作此级激光器时可能出现的潜在危险，并对他（她）们进行恰当的激光安全训练，以及出现危险时紧急处理方法。由于激光对眼睛的损伤均为不可逆性，培训教育了解和掌握激光器的安全运用实属必要。 （2）工程技术管理 管理使用激光器必须由专业（职）人员来进行，未经培训教育人员不得擅自开启使用激光机。如激光器上的触发系统上装设联锁钥匙开关，确保只有用钥匙打开联锁开关以后才能触发启动，拔出钥匙就不能启动。对于安放激光器的房间要有明亮的光线，人在明亮光线的环境中，眼睛的瞳孔缩小，以防在激光光束射入眼睛时可减少透射到视网膜上的进光量。对于安放激光器的高度，激光束路径应避开正常人站立或坐着时的眼睛的水平位置，视轴不能与出光口平行对视。 （3）激光器应严格控制 在存放使用的激光器房间内不要无故地把激光束对准人体，尤其是眼睛。因为激光对眼睛的损伤要恢复极其困难，均为永久性损害，而且每一个人的一生中只有一双眼睛，大家务必时刻牢记，在开动激光器之前，必须告诫现场中人员可能出现的危害，并戴上安全防护眼镜。在有强激光器的工作区内外明显的位置上及激光手术室、实验室的房门上张贴出危险标记。 （4）激光受控区 第三级激光器必须只能在一定的区域内使用激光设备。按一般要求设立门卫及安全的弹簧锁、联锁等，以确保外人与未受保护人员不得进入受控区，即使意外门被打开时，激光器的激励也能立即停止。房间不应透光，以阻止有害
深紫外全固态激光源
文章点评： 深紫外全固态激光源 实用化的深紫外全固态激光设备出现之前，获取小于200nm的深紫外波段，主要依靠同步辐射和气体放电等非相干光源。这些光源虽有波长短、波段宽的优势，但设备造价高昂，而且存在能量分辨率低、光子通量小、密度低等不足，不能满足深紫外波段前沿科学装备发展的需求。深紫外全固态激光器(DUV-DPL) 不仅仪器成本降低、结构紧凑，而且具有更加优异的性能。 许祖彦院士2009年7月在《中国激光》V ol. 36. No. 7发表的“深紫外全固态激光源”一文中，对DUV-DPL的历史、发展和应用进行了详细的描述。他们利用陈创天院士团队在国际上首次生长出的深紫外激光非线性光学晶体KBBF，创新性地提出氟化钙棱镜耦合专利技术，巧妙地克服了KBBF匹配角切割难题，研制成功实用化、精密化的深紫外固态激光源装备，并成功地应用在周兴江博士所研制的深紫外激光高能量分辨、角分辨光电子能谱仪上，引起国际科仪界的强烈关注。全固态深紫外激光器的研制成功，不仅使得我国激光科技研究突破了200nm以下的深紫外壁垒，实现了仪器的实用化、精密化，而且极大推进了我国科研人员在激光科技研究领域的继续深入，促进了我国前沿科学、光电子产业发展，为这一技术研究领域在国际上持续保持优势地位奠定了坚实的基础。 从上述文章发表到今天，正如许院士在文中所预言，DUV-DPL已经拓展出更多的应用。近几年，他们研制了5类共7台应用深紫外全固态激光器的国际首创的大型科学仪器，提供给物理、化学和材料学家。目前，我国科学家已应用该系列装备在光谱学、石墨烯材料、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等领域获得了一系列重要研究成果，使我国深紫外激光领域的科研水平处于国际领先地位。例如: 周兴江博士研发的同时具有自旋分辨和角分辨的深紫外激光光电子能谱仪、光子能量可调谐深紫外激光光电子能谱仪，用来进行电子参数测量，包括电子能量、动量、自旋等；李灿院士研发的深紫外激光拉曼光谱仪，检测范围最低限降至177.3nm，拉曼光谱大大增加；包信和研究员研发的深紫外激光发射电子显微镜，其精确度将提高到5nm；王占国院士研发的深紫外光致发光光谱仪，用于超宽带隙半导体材料方面的研究，使这类新材料的基础参数检测成
紫外激光器及其分类
紫外激光的波长短，能量聚集集中，分辨率高，特别是具有“冷加工”的特性，能直接破坏连接物质的化学键，而不产生对外围的加热，因此成为加工脆弱物质的理想工具，并能对多种材料进行打孔、切割、烧蚀，在微加工领域中具有广泛的应用。 紫外激光器主要有三种。 第一种是固态、调Q Nd:YAG激光器，其中特殊的晶体被用来把红外1064 nm 波长的光转变成紫外353 nm波长的光。光束形状是高斯型，所以光斑是圆形的，能量从中心到边缘逐渐下降。由于短波长和光束质量限制，光束可以聚焦的大小在10 μm量级。大体上，像全固化激光器一样，紫外激光器对温度变化是很敏感的。在冷启动后，需要长达30分钟来达到足够的稳定性。因此，这些激光器通常有特殊的待机条件，这样所有关键的元件保持在工作温度。高重复频率和小的聚焦光斑使得激光器很适合进行小尺寸的加工。 第二种紫外激光器是气体激光器，准分子激光器。该激光器的波长依赖于所使用的气体混合物类型（如表格所示）。产生的光束不是圆的而是矩形的，光束截面上强度大体上是一致的，在边缘上忽然下降。可以使用掩膜技术来产生不同的几何形状的光斑。加工的细节可以小到几个微米，而聚焦的光学期间和工件之间的距离可以大到50到100 mm。也可使用全息术来产生具体的光束能量图样。 第三种紫外激光器是金属蒸汽激光器。虽然几种其它金属蒸汽也可以用，但是主要使用铜蒸汽。铜蒸汽激光器产生波长为511 nm和578 nm的辐射。此外，还利用混频和倍频来产生波长为255 nm，271 nm，289 nm的紫外辐射。光束分布是高斯分布，这使得该激光器很适用于和其他固态紫外激光器的一样的适用范围。 和其他类型的激光器一样，紫外激光器适合于一个特定的应用领域。它们很适合用在小尺寸、高质量的场合。该技术也开辟了尚无可用技术的新应用领域。可以肯定的是，将来我们会看到大量我们今天想都没有想过的新应用。与可见可红外激光相比，该技术相对较低的处理率将促使激光器制造商开发具有更高平均功率的激光器。这将降低该技术的成本。
半导体激光器实验报告
半导体激光器实验报告 课程：_____光电子实验_____ 学号： 姓名： 专业：信息工程 南京大学工程管理学院
半导体激光器 一．实验目的 （1）通过实验熟悉半导体激光器的光学特性 （2）掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节 （3）根据半导体激光器的光学特性考察其在光电技术方面的应用 二．实验原理 1.半导体激光器的基本结构 半导体激光器大多数用的是GaAs或Gal-xAlxAs材料。P-n结通常在n 型衬底上生长p型层而形成，在p区和n区都要制作欧姆接触，使激励 电流能够通过，电流使结区附近的有源区产生粒子数反转。 2.半导体激光器的阈值条件 当半导体激光器加正向偏置并导通时，器件不会立刻出现激光震荡，小电流时发射光大都来自自发辐射，随着激励电流的增大，结区大量粒 子数反转，发射更多的光子，当电流超过阈值时，会出现从非受激发射 到受激发射的突变。这是由于激光作用过程的本身具有较高量子效率的 缘故，激光的阈值对应于：由受激发射所增加的激光模光子数（每秒） 正好等于平面散射，吸收激光器的发射所损耗的光子数（每秒）。 3.横模和偏振态 半导体激光器的共振腔具有介质波导的结构，所以在共振腔中传播光以模的形式存在。每个模都由固有的传播常数和横向电场分布，这些 模就构成了激光器中的横模。横模经端面射出后形成辐射场，辐射场的 角分布沿平行于结面方向和垂直于结面方向分别成为侧横场和正横场。 共振腔横向尺寸越小，辐射场发射角越大，由于共振腔平行于结面方向 的宽度大于垂直于结面方向的厚度，所以侧横场小于正横场的发散角。 激光器的GaAs晶面对TE模的反射率大于对TM模的反射率，因而TE模需要的阈值增益低，TE模首先产生受激发射，反过来又抑制了TM 模，另一方面形成半导体激光器共振腔的波导层一般都很薄，这一层越
常用激光器简介
几种常用激光器的概述 一、CO2激光器 1、背景 气体激光技术自61年问世以来，发展极为迅速，受到许多国家的极大重视。特别是近两年，以二氧化碳为主体工作物质的分子气体激光器的进展更为神速，已成为气体激光器中最有发展前途的器件。 二氧化碳分子气体激光器不仅工作波长(10.6微米)在大气“窗口”，而且它正向连续波大功率和高效率器件迈进。1961年，Pola-nyi指出了分子的受激振动能级之间获得粒子反转的可能性。在1964年1月美国贝尔电话实验室的C.K.N.Pate 研制出第一支二氧化碳分子气体激光器，输出功率仅为1毫瓦，其效率为0.01%。不到两年，现在该类器件的连续波输出功率高达1200瓦，其效率为17 %，电源激励脉冲输出功率为825瓦，采用Q开关技术已获得50千瓦的脉冲功率输出。最近，有人认为，进一步提高现有的工艺水平，近期可以达到几千瓦的连续波功率输出和30~40% 的效率。 2、工作原理 CO2激光器中，主要的工作物质由CO?，氮气，氦气三种气体组成。其中CO?是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。加入其中的氦，可以加速010能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020的抽空。氮气加入主要在CO?激光器中起能量传递作用，为CO?激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。CO?分子激光跃迁能级图CO?激光器的激发条件：放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。这时受到激发的氮分子便和CO?分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO?分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。 3、特点 二氧化碳分子气体激光器不但具有一般气体激光器的高度相干性和频率稳定性的特点,而且还具有另外三个独有的特点： （1）工作波长处于大气“窗口”，可用于多路远距离通讯和红外雷达。 （2）大功率和高效率( 目前，氩离子激光器最高连续波输出功率为100瓦，其效率为0.17 %，原子激光器的连续波输出功率一般为毫瓦极,其效率约为0.1%，而二氧化碳分子激光器连续波输出功率高达1200瓦,其效率为17%）。 （3）结构简单，使用一般工业气体，操作简单，价格低廉。由此可见,随着研究工作的进展、新技术的使用，输出功率和效率会不断提高,寿命也会不断增长,将会出现一系列新颖的应用。例如大气和宇宙通讯、相干探测和导航、超外
实验一-半导体激光器系列实验
实验一-半导体激光器系列实验
实验一半导体激光器系列 实验
一、实验设备介绍 2．配套仪器的使用 WGD-6光学多道分析器的使用参考WGD-6光学多道分析器的使用说明书。 3．激光器概述 光电子器件和技术是当今和未来高技术的基础，引起世界各国的极大关注。其中半导体激光器的生产和应用发展特别迅猛，它已经成功地用于光通讯和光学唱片系统；还可以作为红外高分辨率光谱仪光源，用于大气测污和同位素分离等；同时半导体激光器可以成为雷达，测距，全息照相和再现、射击模拟器、红外夜视仪、报警器等的光源。半导体激光器，调频器，放大器集成在一起的集成光路将进一步促进光通 - 1 -
讯，光计算机的发展。 激光器一般包括三个部分： （1）激光工作介质 激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体或半导体。在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。显然亚稳态能级的存在，对实现粒子数反转是非常有利的。现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括从真空紫外到远红外，非常广泛。 （2）激励源 为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。 （3）谐振腔 有了合适的工作物质和激励源后，可实现粒子数反转，但这样产生的受激辐射强度很弱，无法实际应用。于是人们就想到了用光学谐振腔进行放大。所谓光学谐振腔，实际是在激光器两端，面对面装上两块反射率很高的镜。一块几乎全反射，一块大部分反射、 - 2 -
半导体激光器输出特性的影响因素
半导体激光器输出特性的影响因素
半导体激光器输出特性的影响因素 半导体激光器是一类非常重要的激光器，在光通信、光存储等很多领域都有广泛的应用。下面我将探讨半导体激光器的波长、光谱、光功率、激光束的空间分布等四个方面的输出特性，并分析影响这些输出特性的主要因素。 1． 波长 半导体激光器的发射波长是由导带的电子跃迁到价带时所释放出的能量决定的，这个能量近似等于禁带宽度Eg(eV)。 hf = Eg f (Hz)和λ(μm)分别为发射光的频率和波长 且c=3×108m/s ， h=6.628×10?34 J ·s ，leV=1.60×10?19 J 得 决定半导体激光器输出光波长的主要因素是半导体材料和温度。 λ c =f ) ( )(24.1m eV Eg μλ=
不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg ，因而有不同的发射波长λ：GaAlAs-GaAs 材料适用于0.85 μm 波段， InGaAsP-InP 材料适用于 1.3~1.55 μm 波段。 温度的升高会使半导体的禁带宽度变小，导致波长变大。 2． 光功率 半导体激光器的输出光功率 其中I 为激光器的驱动电流，P th 为激光器的阈值 功率；I th 为激光器的阈值电流；ηd 为外微分量 子效率；hf 为光子能量；e 为电子电荷。 hf 、e 为常数，Pth 很小可忽略。由此可知，输出光功率主要取决于驱动电流I 、阈值电流I th 以及外微分量子效率ηd 。驱动电流是可随意调节 的，因此这里主要讨论后两者。除此之外，温度也是影响光功率的重要因素。 1）阈值电流 半导体激光器的输出光功率通常用P-I 曲线 ) (th d th I I e hf P P -+=η
紫外激光器研究进展及其关键技术讲解
紫外激光器研究进展及其关键技术 黄川2120160620 摘要：本文详细介绍了利用LD泵浦的紫外激光器产生紫外激光的非线性原理，并在此基础上介绍了在全固态紫外激光器中用到的倍频晶体的种类和各自的应用场景；介绍了近年来高功率固体紫外激光器研制的国内外进展情况，最后展望了高功率全固体紫外激光器研制的未来。 关键词：紫外激光；非线性光学；相位匹配 1、引言 因为紫外激光具有的短波长和高光子的能量特点，所以紫外激光在工业领域内具有非常广泛的应用。在工业微加工领域内，相较于红外激光的热熔过程，紫外激光加工时的“冷蚀效应”可以使加工的尺寸更小，达到提高加工精度的目的。另 外，紫外激光器在生物技术，医疗设备加工，大气探测等领域也有广泛的应用。 一般而言，可以将紫外激光器划分为三类：固体紫外激光器，气体紫外激光器，半导体紫外激光器。其中固体紫外激光器应用最为广泛的是激光二极管泵浦全 固态激光器。而利用激光二极管抽运的固体UV 激光器相较于其他类型的紫外激光器而言，具有效率高，性能可靠，硬件结构简单的特点，因此应用最为广泛，基于LD抽运的全固态UV激光器也得到了迅猛的发展。 在实际的应用当中，实现紫外连续激光输出的方法一般是利用晶体材料的非线性效应实现变频的方法来产生。产生全固态紫外激光的方法一般有两种：一是直接对全固体激光器进行3倍频或4倍频来得到紫外激光；另一种方法是先利用倍频技术得到二次谐波，然后再利用和频技术得到紫外激光。相较于前一种方法，后者利用的是二次非线性极化率，其转换效率要高很多。最常见的是通过三倍频和四倍频技术产生355nm和266nm的紫外激光。下文将简单介绍紫外激光产生的非线性原理。 2、非线性频率转换原理 2.1介质的非线性极化 激光作用在非线性介质上会引起介质的非线性极化，这是激光频率变换的非线性基础。在单色的电磁波作用下，介质的内部原子，离子等不会发生本征能级的跃迁，但是这些离子的电荷分布以及运动状态都会发生一些变化，引起光感应的电偶极矩，这个电偶极矩作为新的辐射源辐射电磁波。
紫外激光的刻蚀应用讲解
紫外激光的刻蚀应用 摘要：文章介绍了紫外激光的产生机理，以及紫外激光加工的特点和优势，举例说明了紫外激光刻蚀的应用及优势。 关键词：紫外；激光；刻蚀 随着对小型电子产品和微电子元器件需求的日益增长，紫外激光是加工微电子元器件中被普遍使用的塑料和金属等材料的理想工具。固态激光器最新技术推动了新一代结构紧凑、全固态紫外激光器的发展，从而使之成为这个领域中更经济有效的加工手段。 1、 紫外激光的产生[1-2] 355nm 紫外激光由 1064nm Nd ∶ YAG 激光的三次谐波获得 ,具体技术途径是用二次谐波晶体腔内倍频1064nm 基波产生 532nm 二次谐波, 基波和谐波再经三次谐波晶体腔内混频产生 355nm 三次谐波。 1、1简单理论 三次谐波的产生分为两个部分，在第一个晶体中，部分 1064nm 基波辐射转换为二次谐波(532nm)；接着，在第二个晶体中，未转换的基波辐射与二次谐波和频产生三次谐波。在非线性晶体中混频的方程式为： *1132111exp()2 dE jK E E j k z E dz γ=--??- *2231221exp()2 dE jK E E j k z E dz γ=--??- *3312331exp()2 dE jK E E j k z E dz γ=-??- 此处的 E j 项为以频率 ωj 在 z 方向上传播的波的综合电矢，ω3=ω1+ω2，波 j 的电场是 E j exp(i ωj t-ik j z)的实数部分，相位失配?k =k 3-(k 1+k 2)正比于相位匹配方向上光路的偏离量?θ，γ1 项为吸收系数。对于三倍频，有 ω2=2ω1，ω3=3ω1，K 2≈2K 1，K 3≈3K 1。为了提高倍频效率及和频光的功率输出，我们要尽量满足位相匹配条件：?k =0。令参量 S 为三倍频晶体中二次谐波功率与总功率之比： 22/()S P P P ωωω=+ 如果以 ω 和 2ω 输入的光子匹配为 1:1，则有 P ω+P2ω 及 S=0.67，理论上在小信号近似情况下，输入光束都能转换为三次谐波。 1、2实验装置 实验装置如图 1 所示。Nd:YVO4 晶体采用 a 轴切割，掺钕浓度为1%，尺寸为3mm ×3mm ×2mm ，一面镀1064nm/532nm 双波长高反膜作为输入镜，另一面镀 808nm 增透膜。输出镜 M 曲率半径为 100mm ，凹面镀 1064nm/532nm 高反膜及 355nm 增透膜，平面镀355nm 高透膜。
全固态激光器
全固态激光器全固态激光器（DPL）具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长、光束质量高等优点，市场需求十分巨大。全固态激光技术是目前我国在国际上为数不多的从材料源头直到激光系统集成拥有整体优势的高技术领域之一，具备了在部分领域加速发展的良好基础。引言高功率、小型化的全固态蓝绿激光器在海洋探测、水下通信等军事领域或者医学方面都具有重要的地位,这些应用一般都需要高功率蓝绿激光。目前,常用的1064 nm Nd∶Y AG激光器的倍频效率一般只有50%左右[1~4],因此通过提高倍频效率来提高整机的电光效率显得非常重要。如何提高非线性光学频率变换的效率一直是激光技术界的研究热点。David Eimerl[5]提出了正交频率变换的概念受到关注,他们按照正交频率变换的方式使用两块KD*P晶体,对于基波是Nd∶YLF激光输出经掺Nd磷酸盐玻璃放大器放大后的1053 nm激光脉冲,在基波功率密度为200 MW/c…半导体激光泵浦的全固态激光器是20世纪80年代末期出现的新型激光器。全固态激光器的总体效率至少要比灯泵浦高10倍,由于单位输出的热负荷降低，可获取更高的功率，系统寿命和可靠性大约是闪光灯泵浦系统的100倍,因此，半导体激光器泵浦技术为固体激光器注入了新的生机和活力，使全固态激光器同时具有固体激光器和半导体激光器的双重特点，它的出现和逐渐成熟是固体激光器的一场革命，也是固体激光器的发展方向。并且，它已渗透到各个学科领域，例如：激光信息存储与处理、激光材料加工、激光医学及生物学、激光通讯、激光印刷、激光光谱学、激光化学、激光分离同位素、激光核聚变、激光投影显示、激光检测与计量及军用激光技术等，极大地促进了这些领域的技术进步和前所未有的发展。这些交叉技术与学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。全固态激光器是其应用技术领域中关键的、基础的核心器件，因此一直倍受关注。近年来，由于大功率半导体激光器迅速发展，促成全固态激光器的研发工作得以卓有成效地展开，并取得了诸多显赫成果。已经确认，传统灯泵浦固体激光器的赖以占据世界激光器市场主导地位的所有运转方式，均可以通过半导体激光器泵浦成功地加以实现。通常应用在激光打标机、激光划片机、激光切割机、激光焊接机、激光去重平衡、激光蚀刻等系统中。由于全固态激光器具有高光电转换效率、高功率、高稳定性、高可靠性、寿命长、体积小等优势，采用全固态激光器已成为激光加工设备的趋势和主流方向。全固态激光器的研发与应用概况近几年，美国、德国、特别是日本都在加大力量发展全固态紫外激光器，特别是中大功率全固态紫外激光器的开发应用。由于1064nm或532nm波长激光对材料的加工主要是产生气化或熔融等热作用，所以加工出的产品往往很难达到精细、光滑，甚至有些材料（如陶瓷、硅片等）在加工时会引起碎裂，因此，全固态紫外激光器在激光微加工、激光精密加工有着广泛推广应用的趋势。目前国外工业发达国家，全固态紫外激光器已开始成为工业用标准激光器。据文献报道：日本M.Nishioka公司已研发出40W的266nm全固态紫外激光器；三菱公司也在市场上推出了18W 355nm 25kHz全固态紫外激光器产品；另外相干公司的A VIV系列激光器已做到在266nm,30kHz时，平均功率大于3W，在355nm,40kHz时，平均功率大于10W；光谱物理公司的YHP-series系列激光器也达到在266nm,20kHz时，平均功率大于1.5W，在355nm,20kHz 时，平均功率大于3.5W；Lightwave electronics公司所推出的Q301-SM激光器也达到了在355nm,10kHz时，平均功率大于10W的技术指标。总体来说，国外全固态紫外激光器技术及应用设备已趋向成熟，但价格昂贵。高功率半导体激光列阵单光纤耦合模块可直接作为光源广泛应用于激光医疗、信息产业、激光加工、国防工业、激光武器和战术装备等领域。作为泵浦光源将是泵浦全固态激光器的核心器件，是一种高光－光转换效率（大于30％）的高功率泵浦全固态激光器的商用半导体激光光源模块，是替代灯泵浦激光器的理想产品。目前，国外半导体激光器单根光纤耦合模块的最高研究水平是耦合进入1个芯径400μm，输出功率200W。耦合进入1根800μm的光纤，输出功率700W；耦合进入1根1.5mm的光纤，输出功率超过2000W。国外出售的单光纤耦合模块产品水平如：Apollo公司产品为
紫外绿光激光器
紫外、绿光激光器 张成兵、曾海东2013 7.30~8.1 一、激光器原理 1、紫外激光器 下图为紫外激光器的结构图 红外脉冲激光是由半导体激光器（LD）产生中心波长为808nm的激光，经过扩束、准直、聚焦成高质量光斑入射到Nd:Y AG晶体上吸收泵浦功率，利用Cr4+：Y AG饱和吸收晶体为被动调Q元件产生1064nm的激光。激光经透镜1聚焦在其焦点处f1的两端面镀有1064nm和532nm双增透膜的KTP晶体上，倍频出的532nm倍频光和1064nm基频光经f2后聚焦在三硼酸锂（LBO）晶体上和频，LBO晶体入射面镀有1064nm和532nm的增透膜，另一面镀有355nm的增透膜。输出光经石英棱镜把基频光、倍频光、紫光分开。 2、绿光激光器 下图为绿光激光器的结构图 半导体激光器（LD）产生中心波长为808nm的激光，经光纤耦合输出到聚焦透镜后聚焦到Nd:YVO4激光晶体上，晶体尽可能的靠近镀有808nm增透和1064nm高反双色模的M1镜，将KTP倍频晶体放在基波束腰位置可提高1064nm基频光转换为532nm绿光的转换效率，M2是R=100mm的平凹镜，内侧镀有1064nm高反和532nm高透的双色膜，M3是滤色片，从M3出来的既是绿光。（说明：以上所述原理为网上资料查询，本人在海目星学习所获得的信息基本和它是一致的，激光也是通过倍频产生，只不过激光器内部结构会有所不同） 二、激光参数
说明：其它参数无法直接获得，在此就没有列出来。 紫外激光器电流与功率的关系，绿光的与之类似但是功率值要稍高（8~10W） 三、加工材料 绿光激光器适合加工的材质： PCB板、五金、陶瓷、眼镜钟表、电子器件、仪表、控制面板、铭牌展板、塑料等 紫外激光器适合加工的材质： 善长打UV膜的材料、塑料打标、FPC柔性电路切割、玻璃打标、白色按键打标、宝石打孔、金属或非金属镀层去除、盲孔加工等 四、打样实例 样品：热缩管、橡胶、PCB板、UV胶壳、金属名片（蓝、金、红紫） 1)热缩管 激光参数：24A、20k、800mm、10μs、0.05mm 45度双向填充，f=160mm； 下图(1)、(2)分别是放大60倍和210倍的效果图