新型深紫外全固态激光器研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:W200582166
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深紫外(DUV)是指波长介于200-40 nm的电磁辐射波段,由于其波长短,单光子能量高,在物理、化学、材料、资环、信息和生命领域均有重大应用价值。深紫外全固态激光器(DUV-DPL)基于KBBF二次谐波产生(SHG)技术,获得新型DUV相干光源,具有系统简单、结构紧凑、稳定性好、寿命长等优点,同时其光束质量好、线宽可压窄、宽调谐、可在纳秒(ns)、皮秒(ps)、飞秒(fs)不同脉冲条件下运转、重复频率1-GHz大范围可控,是目前能同时满足实用化与精密化要求的最佳深紫外激光源。DUV-DPL已经实现了在物理、化学、材料领域的初步应用,在相关领域取得了热烈反响,并有望进一步拓展到资环、信息和生命领域。本论文基于KBBF-SHG技术,对DUV-DPL的产生进行了理论与实验研究,取得了创新性的成果,主要有:  1、研制了ns窄线宽高功率DUV177.3 nm激光源。首次获得了窄线宽(~0.7 pm)高功率(146.5 mW)全固态深紫外激光输出。采用腔内插入F-P标准具准连续调Q的1064 nm Nd∶ YAG MOPA激光三次谐波,产生窄线宽355 nm激光泵浦源,再利用KBBF晶体二次谐波技术,产生窄线宽高功率ns DUV177.3 nm激光。(1)理论分析355 nm线宽对177.3 nm输出功率影响,较窄线宽有利于提高倍频输出功率。(2)实验研究,在激光线宽方面,首次获得线宽~0.7 pm的177.3nm激光输出。在输出功率方面,首次在窄线宽条件下获得了平均功率146.5 mW的177.3 nm激光输出,为目前报道的177.3 nm波段最高平均功率输出,相应KBBF二次谐波转换效率为2.8%,为目前ns177.3 nm最高转换效率。  2、ps重复频率可调177.3 nm激光器研究。首次理论计算了ps不同重复频率下,177.3 nm激光输出功率与355nm激光功率关系,理论结果与实验测量结果符合较好。在此基础上,模拟了考虑群速度失配与群速度色散的177.3 nm脉冲波形。群速度失配对177.3 nm脉冲波形有展开效应。  3、研制了实现短波长(<170nm) DUV-DPL的新型紫外基频激光源。首次实现近红外1321 nm Nd∶ YLF准连续腔内倍频22 W的可见660 nm激光输出,为目前同类激光器最高功率输出。首次获得1321 nm Nd∶YLF准连续调Q四次谐波1.2 W的紫外330 nm激光输出。(1)近红外基频1321nm DPL研制。基于Nd∶ YLF激光单向运转四镜环形腔结构,获得42 W近红外1321nm准连续激光输出,8.8 W准连续调Q1321nm激光输出。(2)二倍频可见660 nm DPL研制。采用LBO晶体腔内倍频,获得最高22 W准连续660nm激光输出,光束质量M2=1.5;准连续调Q条件下,660nm激光输出功率最高4.8 W,调Q脉宽640ns,光束质量M2=2。(3)四倍频紫外330 nm DPL研制。采用CBO晶体四次谐波,获得了1.2 W紫外330nm激光输出,四次谐波最高转换效率26.7%。为短波长(<170nm)DUV-DPL提供了一种新型高功率高光束质量紫外基频激光源,利用KBBF-SHG,可获得165 nm短波长DUV激光源。  4、研制新型DUV-DPL样机。(1)参与研制国际首台ps重复频率可调深紫外激光器,研制成功国际首台ps重复频率可调DUV-DPL实用化样机,并已应用于时间飞行光电子能谱仪。(2)参与研制国际首台ps宽调谐深紫外激光器,波长调谐范围为175-210nm;在波长193 nm处获得最高平均功率,为2.85 mW,采用走离补偿结构,实现ps调谐DUV-DPL实用化样机研制,该DUV-DPL已成功装配于国际首台光子能量可调深紫外激光角分辨光电子能谱仪。(3)参与ps177.3 nm DUV-DPL工程化样机研制,初步完成一台小型化一体化DUV-DPL工程化样机。
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