La 2 CaB 10 O 19 晶体高效紫外激光输出研究
发布时间：2021-12-10 16:33
La2CaB10O19（LCB）为可通过Nd∶YAG激光三倍频产生355 nm紫外激光的非线性光学晶体,其光学性能可与商用化的LiB3O5（LBO）晶体媲美,但抗潮解特性优势明显。本文对用LCB晶体实现355 nm紫外激光输出的三倍频产生过程进行了优化设计,利用走离补偿方法来提高激光输出转换效率。通过在光路中加入沿θ=45°方向切割、厚度为1.2 mm的方解石晶体走离补偿片,在脉冲宽度为60 ns、重复频率10 kHz的激光参数下实现355 nm输出功率由12 W提升至20 W;在脉冲宽度为25 ps、重复频率为10 Hz的激光参数下355 nm转换效率由28.3%提升至35.2%。
【文章来源】：发光学报. 2020,41(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
高重频纳秒激光三倍频实验光路结构图
图2为实验光路图,M1和M2为1 064 nm高反镜,M3～M9为532 nm高反镜,M10为1 064 nm高透、532 nm高反镜,将两束光重叠入射至LCB晶体内。为了精确补偿在LCB晶体内1 064 nm和532 nm的群速失配,我们采用了M5～M8的结构,使532 nm在传播方向有相应的空间延迟。M11为1 064 nm半波片,M12为格兰激光棱镜,M11和M12配合使用可实现1 064 nm激光输出功率的精确、方便调节,从而便于优化1 064 nm和532 nm激光功率比例关系,达到最佳的三倍频实验条件。通过L1和L2组成2∶1缩束系统,用于调节入射至LCB晶体的532 nm激光光斑尺寸,L3和L4组成3∶1缩束系统,用于调节入射至LCB晶体的1 064 nm激光光斑尺寸。从LCB晶体出射的激光以布儒斯特角入射到一个三棱镜上,被分开成为三束,1 064 nm基频光和532 nm二倍频光被激光垃圾筒收集,355 nm三倍频光由功率计(LPE-1A,物科光电)探测。3 结果与讨论
在开始的三倍频产生过程中,我们并没有加入走离补偿片。从原理上来讲,1 064 nm与532 nm光在单位面积内的光子数之比为1∶1时为三倍频产生的最佳条件,而1 064 nm光斑与532 nm激光光斑尺寸是不同的,所以要达到三倍频最佳输出条件,需要调节532 nm激光与剩余的1 064 nm激光的功率比例,我们通过调节非临界相位匹配LBO晶体的温度来保证355 nm紫外激光的有效输出。但是实验结果并不理想,我们最终得到的355 nm激光功率只有12 W,1 064 nm到355 nm激光相应转换效率仅为4.8%。这里除了基频激光光束质量不够好这一因素外,在三倍频产生过程中1 064 nm和532 nm激光之间的走离也是不可忽略的重要因素。由于我们采用的LCB晶体实现三倍频的偏振匹配方式为:e(1 064 nm)+e(532 nm)→o(355 nm),所以在LCB晶体内部1 064 nm和532 nm激光均有走离,文献[18]中曾指出,在θ=49.4°、φ=0°的LCB晶体内部,三倍频产生过程中1 064 nm和532 nm激光的走离角分别为31.7 mrad和33.5 mrad。图3所示为用matlab编程软件模拟的在三倍频产生过程中LCB晶体内部1 064 nm和532 nm激光光束重叠情况。在实验中我们使用的LCB晶体通光方向长度为17.6 mm,根据LCB晶体内部1 064 nm和532 nm激光的走离角数据,计算可得在355 nm激光产生过程中,1 064 nm激光从LCB晶体出射时的位置与入射时相比偏移的距离为560 μm,532 nm激光从LCB晶体出射时的位置与入射时相比偏移的距离为590 μm,所以在没有加入走离补偿片的情况下1 064 nm和532 nm激光光斑最终会有30 μm的偏移。由于在实验过程中经过透镜汇聚后的光斑半径一般也是在百微米量级,30 μm的偏移量势必会影响1 064 nm和532 nm激光的和频效果,降低355 nm激光的有效输出。为了保障355 nm激光的有效输出,我们有必要加入走离补偿片,使1 064 nm和532 nm激光在从走离补偿片出射时(入射至LCB晶体前)沿相反方向有15 μm左右的偏移。
【参考文献】：
期刊论文
[1]皮秒激光工程应用研究现状与发展分析[J]. 季凌飞,凌晨,李秋瑞,吴燕,闫胤洲,鲍勇,蒋毅坚. 机械工程学报. 2014(05)
[2]La2CaB10O19晶体三倍频特性表征[J]. 王丽荣,吴洋,王桂玲,张建秀,陈创天. 人工晶体学报. 2012(04)
[3]355nm紫外激光加工柔性线路板盲孔的研究[J]. 张菲,段军,曾晓雁,李祥友. 中国激光. 2009(12)
本文编号：3532993
【文章来源】：发光学报. 2020,41(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
高重频纳秒激光三倍频实验光路结构图
图2为实验光路图,M1和M2为1 064 nm高反镜,M3～M9为532 nm高反镜,M10为1 064 nm高透、532 nm高反镜,将两束光重叠入射至LCB晶体内。为了精确补偿在LCB晶体内1 064 nm和532 nm的群速失配,我们采用了M5～M8的结构,使532 nm在传播方向有相应的空间延迟。M11为1 064 nm半波片,M12为格兰激光棱镜,M11和M12配合使用可实现1 064 nm激光输出功率的精确、方便调节,从而便于优化1 064 nm和532 nm激光功率比例关系,达到最佳的三倍频实验条件。通过L1和L2组成2∶1缩束系统,用于调节入射至LCB晶体的532 nm激光光斑尺寸,L3和L4组成3∶1缩束系统,用于调节入射至LCB晶体的1 064 nm激光光斑尺寸。从LCB晶体出射的激光以布儒斯特角入射到一个三棱镜上,被分开成为三束,1 064 nm基频光和532 nm二倍频光被激光垃圾筒收集,355 nm三倍频光由功率计(LPE-1A,物科光电)探测。3 结果与讨论
在开始的三倍频产生过程中,我们并没有加入走离补偿片。从原理上来讲,1 064 nm与532 nm光在单位面积内的光子数之比为1∶1时为三倍频产生的最佳条件,而1 064 nm光斑与532 nm激光光斑尺寸是不同的,所以要达到三倍频最佳输出条件,需要调节532 nm激光与剩余的1 064 nm激光的功率比例,我们通过调节非临界相位匹配LBO晶体的温度来保证355 nm紫外激光的有效输出。但是实验结果并不理想,我们最终得到的355 nm激光功率只有12 W,1 064 nm到355 nm激光相应转换效率仅为4.8%。这里除了基频激光光束质量不够好这一因素外,在三倍频产生过程中1 064 nm和532 nm激光之间的走离也是不可忽略的重要因素。由于我们采用的LCB晶体实现三倍频的偏振匹配方式为:e(1 064 nm)+e(532 nm)→o(355 nm),所以在LCB晶体内部1 064 nm和532 nm激光均有走离,文献[18]中曾指出,在θ=49.4°、φ=0°的LCB晶体内部,三倍频产生过程中1 064 nm和532 nm激光的走离角分别为31.7 mrad和33.5 mrad。图3所示为用matlab编程软件模拟的在三倍频产生过程中LCB晶体内部1 064 nm和532 nm激光光束重叠情况。在实验中我们使用的LCB晶体通光方向长度为17.6 mm,根据LCB晶体内部1 064 nm和532 nm激光的走离角数据,计算可得在355 nm激光产生过程中,1 064 nm激光从LCB晶体出射时的位置与入射时相比偏移的距离为560 μm,532 nm激光从LCB晶体出射时的位置与入射时相比偏移的距离为590 μm,所以在没有加入走离补偿片的情况下1 064 nm和532 nm激光光斑最终会有30 μm的偏移。由于在实验过程中经过透镜汇聚后的光斑半径一般也是在百微米量级,30 μm的偏移量势必会影响1 064 nm和532 nm激光的和频效果,降低355 nm激光的有效输出。为了保障355 nm激光的有效输出,我们有必要加入走离补偿片,使1 064 nm和532 nm激光在从走离补偿片出射时(入射至LCB晶体前)沿相反方向有15 μm左右的偏移。
【参考文献】：
期刊论文
[1]皮秒激光工程应用研究现状与发展分析[J]. 季凌飞,凌晨,李秋瑞,吴燕,闫胤洲,鲍勇,蒋毅坚. 机械工程学报. 2014(05)
[2]La2CaB10O19晶体三倍频特性表征[J]. 王丽荣,吴洋,王桂玲,张建秀,陈创天. 人工晶体学报. 2012(04)
[3]355nm紫外激光加工柔性线路板盲孔的研究[J]. 张菲,段军,曾晓雁,李祥友. 中国激光. 2009(12)
本文编号：3532993
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