阅读说明：本技术 一种指向不变的波长宽调谐深紫外激光系统 (It is a kind of to be directed toward constant wavelength broad tuning deep ultraviolet laser system ) 是由 张申金 许凤良 宗楠 许祖彦 王志敏 杨峰 张丰丰 彭钦军 于 2018-05-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及全固态深紫外激光领域,公开了一种指向不变的波长宽调谐深紫外激光系统,包括：基频激光源、紫外激光发射系统、深紫外激光发射系统、真空系统以及控制装置；紫外激光发射系统包括：第一倍频角度调节器以及设置在第一倍频角度调节器上的第一倍频器；深紫外激光发射系统包括：第二倍频角度调节器以及设置在第二倍频角度调节器上的第二倍频器。本发明提供的一种指向不变的波长宽调谐深紫外激光系统,能够保证不同波长的深紫外输出激光指向精准,具有重复调谐深紫外激光波长时,激光指向不变的特性。(The present invention relates to all-solid-state deep ultraviolet laser field, discloses and a kind of be directed toward constant wavelength broad tuning deep ultraviolet laser system, comprising: basic frequency laser source, ultraviolet lasing system, deep ultraviolet laser emission system, vacuum system and control device；Ultraviolet lasing system includes: the first frequency multiplication angle demodulator and the first frequency multiplier for being arranged on the first frequency multiplication angle demodulator；Deep ultraviolet laser emission system includes: the second frequency multiplication angle demodulator and the second frequency multiplier for being arranged on the second frequency multiplication angle demodulator.It is provided by the invention it is a kind of be directed toward constant wavelength broad tuning deep ultraviolet laser system, can guarantee different wave length deep ultraviolet output laser alignment it is accurate, have repeat tuning deep ultraviolet laser wavelength when, the constant characteristic of laser alignment.)

一种指向不变的波长宽调谐深紫外激光系统

技术领域

本发明涉及全固态深紫外激光技术领域，特别是涉及一种指向不变的波长宽调谐深紫外激光系统。

背景技术

深紫外光源，一般指波长介于40nm到200nm之间的电磁辐射波段，由于其波长短、单光子能量高，因而在高分辨率成像、光谱应用、微细加工及激光光刻等诸多领域具有重要的应用价值，是激光领域最重要的发展方向之一。当前采用非线性晶体变频技术，可产生高光束质量，短脉冲，窄线宽深紫外激光。但由于深紫外波段为人眼不可见波段，不方便光路调节，当前的光路调节手段主要依赖于手动反复调节。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是为了解决现有技术中深紫外激光人眼不可见，需要手动调节导致的指向不准的技术问题，提供一种指向不变的波长宽调谐深紫外激光系统。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种指向不变的波长宽调谐深紫外激光系统，包括：基频激光源、紫外激光发射系统、深紫外激光发射系统、真空系统以及控制装置；所述紫外激光发射系统包括：紫外激光产生单元，所述紫外激光产生单元包括：第一倍频角度调节器以及设置在所述第一倍频角度调节器上的第一倍频器；所述深紫外激光发射系统包括：深紫外激光产生单元，所述深紫外激光产生单元包括：第二倍频角度调节器以及设置在所述第二倍频角度调节器上的第二倍频器；所述真空系统设有透过内腔的紫外激光输入窗口和深紫外激光输出窗口，所述深紫外激光发射系统设置在所述真空系统的内腔中；所述基频激光源发射基频光波至所述第一倍频器、并由所述第一倍频器接收转换为紫外光波；所述第一倍频器发射紫外光波，并通过紫外激光输入窗口进入所述真空系统内，由所述第二倍频器接收转换为深紫外光波，所述深紫外光波通过所述深紫外激光输出窗口输出；其中，所述第一倍频角度调节器和第二倍频角度调节器分别与所述控制装置电连接；所述控制装置控制所述第一倍频角度调节器转动、以使第一倍频器发射的紫外光波对准所述紫外激光输入窗口；所述控制装置控制所述第二倍频角度调节器转动、以使第二倍频器发射的深紫外光波对准所述深紫外激光输出窗口输出。

进一步地，所述第一倍频器为BBO晶体；所述第二倍频器为KBBF晶体。

进一步地，所述基频激光源发射750-820nm波长的基频光波。

进一步地，所述紫外激光发射系统还包括：紫外激光传输单元，所述紫外激光传输单元包括：第一电动调节镜架；所述第一电动调节镜架分别设有紫外激光高反镜片，用于将所述第一倍频器发射的紫外光波反射至所述紫外激光输入窗口内；所述控制装置与所述第一电动调节镜架电连接，用于控制调节所述第一电动调节镜架的角度，使反射的所述紫外光波对准所述紫外激光输入窗口。

进一步地，所述深紫外激光发射系统还包括：深紫外激光传输单元，所述深紫外激光传输单元包括：第二电动调节镜架；所述第二电动调节镜架上设有深紫外激光高反镜片，用于将所述第二倍频器发射的深紫外光波反射至所述深紫外激光输出窗口；所述控制装置与所述第二电动调节镜架电连接，用于控制调节所述第二电动调节镜架的角度，使反射的所述深紫外光波对准所述深紫外激光输出窗口。

进一步地，所述深紫外激光传输单元还包括：透镜；所述透镜设置在所述第二电动调节镜架与所述深紫外激光输出窗口之间，用于准直深紫外光波。

进一步地，所述紫外激光输入窗口与所述紫外激光产生单元之间设有第一光电探测器，所述深紫外激光传输单元与所述深紫外激光输出窗口之间设有第二光电探测器。

进一步地，所述第一倍频角度调节器、第二倍频角度调节器、第一电动调节镜架以及第二电动调节镜架分别为闭环反馈电动控制。

进一步地，所述紫外激光发射系统处在真空环境下。

进一步地，所述真空系统的内腔内充满纯度99.9％以上的氮气。

进一步地，所述真空系统上还设有透过内腔的观察窗口。

进一步地，所述真空系统上还设有透过内腔的紫外光输出窗口。

(三)有益效果

本发明提供的一种指向不变的波长宽调谐深紫外激光系统，通过设定紫外激光输入窗口和深紫外激光输出窗口指向深紫外光的输出方向，同时通过控制装置控制不同波长下第二倍频角度调节器的角度，以精确控制第二倍频器匹配的角度，保证不同波长下，深紫外激光的产生及传输指向的重复性，从而保证不同波长的深紫外输出激光指向精准，具有重复调谐深紫外激光波长时，激光指向不变的特性。

附图说明

图1为本发明的一种指向不变的波长宽调谐深紫外激光系统的整体示意图；

图2为图1中紫外光产生单元的结构示意图；

图3为图1中真空系统的结构示意图；

图4为图1中深紫外光产生单元的结构示意图；

图5为图1中深紫外光传输单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1给出了本发明的一种指向不变的波长宽调谐深紫外激光系统的结构示意图；图2为图1中紫外光产生单元的结构示意图；图3为图1中真空系统的结构示意图；图4为图1中深紫外光产生单元的结构示意图；图5为图1中深紫外光传输单元的结构示意图。如图1-5所示，本发明实施例的一种指向不变的波长宽调谐深紫外激光系统，包括：基频激光源5、紫外激光发射系统1、深紫外激光发射系统2、真空系统3以及控制装置4；所述紫外激光发射系统1包括：紫外激光产生单元11，所述紫外激光产生单元11包括：第一倍频角度调节器112以及设置在所述第一倍频角度调节器112上的第一倍频器111；所述深紫外激光发射系统2包括：深紫外激光产生单元21，所述深紫外激光产生单元21包括：第二倍频角度调节器212以及设置在所述第二倍频角度调节器212上的第二倍频器211；所述真空系统3设有透过内腔的紫外激光输入窗口31和深紫外激光输出窗口32，所述深紫外激光发射系统2设置在所述真空系统3的内腔中；所述基频激光源5发射基频光波至所述第一倍频器111、并由所述第一倍频器111接收转换为紫外光波；所述第一倍频器111发射紫外光波，并通过紫外激光输入窗口31进入所述真空系统3内，由所述第二倍频器211接收转换为深紫外光波，所述深紫外光波通过所述深紫外激光输出窗口32输出；其中，所述第一倍频角度调节器112和第二倍频角度调节器212分别与所述控制装置4电连接；所述控制装置4控制所述第一倍频角度调节器112转动、以使第一倍频器111发射的紫外光波对准所述紫外激光输入窗口31；所述控制装置4控制所述第二倍频角度调节器212转动、以使第二倍频器211发射的深紫外光波对准所述深紫外激光输出窗口32输出。

具体地，基频激光源5一般发射的基频光波的波长在750-820nm范围内。

第一倍频器111为BBO晶体，可设置多个BBO晶体，如图2所示，本实施例设置两块切割角度完全一致的BBO晶体，分别放置于两个第一倍频角度调节器112上。第一倍频角度调节器112可为闭环电动旋转台结构，但不限于此。控制装置4中设置编码控制程序，设定不同波长下第一倍频角度调节器112的角度，可精确控制BBO晶体匹配的角度，保证不同波长下，紫外激光的产生及传输指向的重复性。紫外激光产生单元11将基频激光源5发射的基频光波转换为紫外光波，从而向外发射紫外光波。

第二倍频器211为KBBF晶体，放置于第二倍频角度调节器212上。第二倍频角度调节器212可为二维调控器，包括y，θ方向二维高精度调控，调控精度高于0.1mm，高精度一维旋转调节，调节精度高于0.1°，但不限于此。同样地，控制装置4中设置编码控制程序，设定不同波长下第二倍频角度调节器212的角度，可精确控制KBBF晶体匹配的角度，保证不同波长下，紫外激光的产生及传输指向的重复性。深紫外激光产生单元21将紫外激光发射系统1发射的紫外光波转换为波长宽调谐的深紫外光波，从而向外发射深紫外光波。

真空系统3为密封的腔体，内腔为真空环境，可内腔中充满纯度99.9％以上的氮气，还可在真空系统3上设置气体进口35和气体出口36，方便更换内腔中的气体。紫外激光输入窗口31和深紫外激光输出窗口32均可透过光波，第一倍频器111发射的紫外光波由紫外激光输入窗口31透过进入真空系统3的内腔中，第二倍频器211发射的深紫外光波由深紫外激光输出窗口31透过从真空系统3的内腔中发出。真空系统3上还设有透过内腔的观察窗口34，方便观察。真空系统3上还可设置透过内腔的紫外光输出窗口33，可输出部分紫外光波。

本发明提供的一种指向不变的波长宽调谐深紫外激光系统，通过设定紫外激光输入窗口31和深紫外激光输出窗口32指向深紫外光的输出方向，同时通过控制装置4控制不同波长下第二倍频角度调节器212的角度，以精确控制第二倍频器211匹配的角度，保证不同波长下，深紫外激光的产生及传输指向的重复性，从而保证不同波长的深紫外输出激光指向精准，具有重复调谐深紫外激光波长时，激光指向不变的特性。

基于上述实施例，作为一种优选实施例，参考图1，所述紫外激光发射系统1还包括：紫外激光传输单元12，所述紫外激光传输单元12包括：第一电动调节镜架121；所述第一电动调节镜架121设有紫外激光高反镜片，用于将所述第一倍频器111发射的紫外光波反射至所述紫外激光输入窗口31内；所述控制装置4与所述第一电动调节镜架121电连接，用于控制调节所述第一电动调节镜架121的角度，使反射的所述紫外光波对准所述紫外激光输入窗口31。

通过控制装置4控制第一电动调节镜架121的角度，可方便第一倍频器111发射的紫外光波精准的传输至紫外激光输入窗口31，能够提高设备的设计灵活性。同样地，在基频激光源5与第一倍频器111之间可设置高反镜片，用于反射基频激光源5发出的基频光波。

基于上述实施例，作为一种优选实施例，参考图5，所述深紫外激光发射系统2还包括：深紫外激光传输单元22，所述深紫外激光传输单元22包括：第二电动调节镜架221；所述第二电动调节镜架221上设有深紫外激光高反镜片，用于将所述第二倍频器211发射的深紫外光波反射至所述深紫外激光输出窗口32；所述控制装置4与所述第二电动调节镜架221电连接，用于控制调节所述第二电动调节镜架221的角度，使反射的所述深紫外光波对准所述深紫外激光输出窗口32。

第二电动调节镜架221通过控制装置4控制角度，可方便第二倍频器211发射的深紫外光波精准的传输至深紫外激光输出窗口32，能够提高设备的设计灵活性。在深紫外激光产生单元21与深紫外激光输出窗口32之间可设置多个第二电动调节镜架221，数量不限，如图4所示，本实施例的深紫外激光高反镜片为深紫外45°高反射镜，安装在第二电动调节镜架221上，本实施例设置三个第二电动调节镜架221，将第二倍频器211发射的深紫外光波经过三次反射，到达深紫外激光输出窗口32。进一步地，在第二电动调节镜架221与深紫外激光输出窗口32之间可设置透镜，准直反射的深紫外光波。透镜可设置在沿深紫外激光传输方向的第二个第二电动调节镜架221之后；也可设置在第三个第二电动调节镜架221之后。

需要说明是，第一倍频角度调节器112、第二倍频角度调节器212、第一电动调节镜架121以及第二电动调节镜架221分别为闭环反馈电动控制。紫外激光发射系统1也可处在真空环境下工作。

基于上述实施例，作为一种优选实施例，参考图5，还可在相邻两个深紫外激光高反镜片之间设置玻璃小孔光阑222，玻璃小孔光阑222中间有圆形小孔，小孔直径为0.5m～10mm，能使深紫外激光在玻璃小孔光阑222上产生荧光，调节深紫外激光，使其经过玻璃小孔光222阑中心，保证深紫外激光按预先设计光路传输。其中玻璃小孔光阑222的数量不限，本实施例中的数量为4个，也可为其他数量。还可在两个深紫外激光高反镜片之间设置移动玻璃223，用于观察深紫外激光产生的荧光，调节深紫外激光光路，其数量不限，本实施例移动玻璃223为1个。玻璃小孔光阑222和移动玻璃223为在深紫外波段具有荧光产生能力材料，如石英等。

具体地，还可在紫外激光输入窗口31与紫外激光产生单元11之间设有第一光电探测器6，深紫外激光传输单元22与深紫外激光输出窗口32之间设有第二光电探测器7。

本发明所提供的指向不变的波长宽调谐深紫外激光系统，其工作原理为：利用闭环电动装置的高重复精度，确定深紫外宽调谐激光不同输出波长的下的电动装置位置，从而保证不同波长的深紫外输出激光指向精准，具有重复调谐深紫外激光波长时，激光指向不变的特性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。