阅读说明：本技术 一种用于产生180nm-290nm深紫外光的方法 (Method for generating 180nm-290nm deep ultraviolet light ) 是由 刘云俊 于 2020-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明属于光电技术和医疗器械领域,具体涉及一种用于产生180nm-290nm深紫外光的方法,依次包括：激光器、准直镜、偏振风光棱镜、倍频晶体、四分之一波片和石英玻片,各元件的中心轴线对齐；所述偏振风光棱镜下方设有全反射镜。本发明通过调整输入光的偏振状态,将部分泄漏的圆偏振状态的输入光再次反射回光路中,进一步利用,从而实现输入光的最大化利用。(The invention belongs to the field of photoelectric technology and medical apparatus, and particularly relates to a method for generating 180nm-290nm deep ultraviolet light, which sequentially comprises the following steps: the device comprises a laser, a collimating mirror, a polarized wind-solar prism, a frequency doubling crystal, a quarter wave plate and a quartz slide, wherein the central axes of all elements are aligned; and a total reflection mirror is arranged below the polarization wind-light prism. The invention reflects part of the leaked input light with circular polarization state back to the light path for further utilization by adjusting the polarization state of the input light, thereby realizing the maximum utilization of the input light.)

一种用于产生180nm-290nm深紫外光的方法

技术领域

本发明属于光电技术和医疗器械领域，具体涉及一种用于产生深紫外光的方法。

背景技术

深紫外光尤其是UVC波段（200-280nm）以及DUV波段（40-200nm），具有波长短、分辨率高等优势，目前广泛用于医疗消毒、材料加工、数据存储等领域。通常产生深紫外光的方式有可以分为三类：1)直接采用GaN基化合物半导体材料制备深紫外发光二极管（LED）以及激光二极管（LD），但其电光转换效率比较低，约5%左右，出光功率也只有几毫瓦至十几毫瓦，且波长越短，芯片制造难度增加；2)采用ArF准分子激光器能产生157nm、193nm等特定谱段的深紫外线，但其存在波段固定、气体有毒、价格昂贵等缺点；3)采用全固态深紫外光源能产生200nm以下波段的深紫外线，通常采用倍频方式产生深紫外线，但存在系统体积庞大、系统内部光路复杂、价格昂贵等劣势。

CN103064228A（蒂姆·斯密顿等人）中公开了一种实现UVC波段深紫外光输出的方法，该方法讨论了采用400-560nm激光二极管以及单晶非线性光学材料（BBO、KBBF、焦硼酸锂、四硼酸铷锂）相结合产生200-280nm深紫外光，但从其系统结构图中可知，400-560nm的可见光通过该倍频系统后，出射光中除了由倍频产生的200-280nm深紫外光之外，仍然存在一部分400-560nm可见光，即：输出光未被全部利用，由此导致光转换效率较低的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决目前深紫外光发生系统中存在的系统体积庞大、波段固定、出光效率低、倍频效率低等难题。

本发明通过调整输入光的偏振状态，将部分泄漏的圆偏振状态的输入光再次反射回光路中，进一步利用，从而实现输入光的最大化利用。

本发明具体公开了一种用于产生180nm-290nm深紫外光的方法，依次包括激光器、准直镜、偏振风光棱镜、倍频晶体、四分之一波片和石英玻片，各元件的中心轴线对齐；所述偏振风光棱镜下方设有全反射镜；所述激光器中光波长为380nm-580nm。

所述倍频晶体的前、后段均镀有380nm-580nm波段的增透膜。

本发明以波长为380nm-580nm的激光器作为种子光源，产生的激光为线偏振光，通过准直镜后，垂直入射到偏振分光棱镜（PBS），随后继续向前传播进入倍频晶体，倍频晶体前、后段均镀上增透膜，倍频后输出波长为180nm-290nm的深紫外光以及少量380nm-580nm波长的光，此时仍然为线偏振光。随后光继续传播进四分之一波片，线偏振光转换为圆偏振光，最后通过一个石英玻片，玻片后端镀膜，该膜对380nm-580nm波段的光为高反射作用，而对180nm-290nm波段的深紫外光为增透作用，即：倍频产生的180nm-290nm波段的深紫外光即刻输出，而380nm-580nm波段的光则被反射，往回传播，随后再次经过四分之一波片后，该部分圆偏振光变为线偏振光，但此时的线偏振光与最初的线偏振光的偏振方向垂直，随后传播经过准直镜聚焦，再次入射到PBS中，由于偏振方向不同，所以此时的光不会传播回激光器中，而是经过45°反射后垂直入射到位于其下方的全反射镜上后，随后光路反转，该部分380nm-580nm波段的光再次进入倍频光路中，继续倍频，输出深紫外光，由此提升了输出光的功率，直至输出。最终不仅实现了180nm-290nm波段深紫外光的倍频输出，而且还进一步提升了输出功率，实现了输入光功率的最大利用。

本发明石英玻片镀膜材料一般由两种高、低折射率的材料组成，如SiO₂/TiO₂，SiO₂/Ta₂O₅、Al₂O₃/ Ta₂O₅、MgF₂/Al₂O₃、ZnS/MgF₂等。

本发明技术方案的有益效果为：

（1）光路中加入了偏振分光棱镜（PBS），可分别实现对不同方向偏振光的透射和反射；经过PBS反射后的线偏振光垂直入射到全反射透镜上，经反射后再次进入倍频光路中。

（2）在倍频光路中，通过引入λ/4玻片调整输入光的不同偏振方向，从而实现将倍频后的输入光最大化输出，提高了出光功率。

附图说明

图1为本发明实施例的系统结构示意图。

图中：1-激光器、2-准直镜、3-偏振风光棱镜、4-倍频晶体、5-四分之一波片、6-石英玻片、7-全反射镜、8-倍频晶体增透膜、9-石英玻片镀膜。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

实施例

如图1所示，本发明公开了一种用于产生180nm-290nm深紫外光的方法，依次包括：激光器1、准直镜2、偏振风光棱镜3、倍频晶体4、四分之一波片5和石英玻片6，各元件的中心轴线对齐；其中偏振风光棱镜3下方设有全反射镜7；

（1）以波长为380nm-580nm的激光器1作为种子光源，产生的激光为线偏振光；

（2）线偏振光通过准直镜2后，垂直入射到偏振分光棱镜3，随后继续向前传播进入倍频晶体4，倍频后输出波长为180nm-290nm的深紫外光以及少量380nm-580nm波长的光，此时仍然为线偏振光；

（3）光继续传播进四分之一波片5，线偏振光转换为圆偏振光；

（4）光线最后通过石英玻片6，玻片后端镀膜，该膜对380nm-580nm波段的光为高反射作用，而对180nm-290nm波段的深紫外光为增透作用，即：倍频产生的180nm-290nm波段的深紫外光即刻输出，而380nm-580nm波段的光则被反射，往回传播，随后再次经过四分之一波片5后，该部分圆偏振光变为线偏振光，此时的线偏振光与最初的线偏振光的偏振方向垂直，随后传播经过准直镜聚焦，再次入射到偏振风光棱镜3中，由于偏振方向不同，所以此时的光不会传播回激光器1中，而是经过45°反射后垂直入射到位于其下方的全反射镜7上后，随后光路反转，该部分380nm-580nm波段的光再次进入倍频晶体4中，继续倍频，输出深紫外光，由此提升了输出光的功率，直至输出。最终不仅实现了180nm-290nm波段深紫外光的倍频输出，而且还进一步提升了输出功率，实现了输入光功率的最大利用。

本发明中倍频晶体可以选用BBO、KBBF、PPLN、焦硼酸锂或四硼酸铷锂。