利用椭圆高斯光束产生266nm紫外连续激光

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．5(2014)054204利用椭圆高斯光束产生266nm紫外连续激光冰陈国柱沈咏刘曲邹宏新十(国防科学技术大学理学院物理系，长沙410073)(2013年8月26日收到；2013年10月28日收到修改稿)本文采用商用532nm激光器作为基频光源，利用偏硼酸钡(一BBO)晶体进行外腔倍频，实现了266nm连续激光的高效输出．文中详细模拟了BBO晶体中的束腰形状对倍频效率的影响，仿真和实验结果均表明椭圆高斯光束可以有效改善走离效应，提高倍频转换效率．通过优化蝶形倍频腔，可以使椭圆高斯光束在腔内共振，当1W基频光输入时可输出约180mW

2、的266nm紫外连续激光，倍频转换效率达到18％．关键词：紫外连续激光，倍频，偏硼酸钡晶体，椭圆高斯光束PACS：42．65．Ky．42．79．Nv．42．72．BjDOh10．7498／aps．63．054204换为1．5W的266nm紫外连续激光，转换效率约1引言50％，但上述结果是在没有锁定情况下获得的．事实上，由于BBO晶体对266nYlm激光会产生较强C波段紫外激光是目前先进激光技术研究的的光折变效应[13J，实验中很难获得超过180血W的重点方向之一，也是国际上竞相研究与开发的一个连续激光输出[14J．在其附近波长，Steinbach等[15]波段．它在半导体光刻、高密度

3、光盘存储、精细材料用BBO晶体通过调整光斑为椭圆形状将1．9W的加工、医疗、高精度光谱分析等领域有着极其重要515nm光转换为500mW的257nm连续激光，转的应用．目前工业上最常用的准分子激光器最短波换效率约为26％，当输入功率更高时，光学腔则无长可以到157nm，但无法实现连续光运转，不能满法锁定．2007年，Ostroumov等用BBO晶体倍足精密测量、原子分子谱线研究等科研领域的需要．频得到620mw的261nm紫外连续光，倍频效率由于缺乏紫外波段的激光介质，固体激光器无法直12．4％．2007年，Herskind等【l7J用BBO晶体将845接产生紫外激光，因此需要采用非

4、线性频率变换的mW的544nm光转换为115mW的272nm连续倍方式产生，最常用的就是倍频技术[1]_频光，倍频效率约为14％．目前用于产生紫外或真空紫外激光的非线性文献f151提出了椭圆聚焦光束可以有效改善晶体主要有BBO，LBO，CBO，CLBO，KBBF等．光走离效应，提高倍频转换效率，并在实验上采用根据晶体透光范围和相位匹配范围的不同，不同柱面镜环形腔进行了验证，但该文仅针对几种特晶体适用的波长也不一样，对于倍频产生205—278殊情况进行了仿真计算，而且所采用的柱面镜腔在nm波段的激光，主要选用BBO晶体．基于BBO晶实验中很难模式匹配，调节难度大．本文在该文献体产生26

5、6nm激光是UVC波段的一个典型例子．的基础上，针对BBO晶体倍频产生266Ylm的过程，关于产生脉冲光266nm的研究，国内外有较多报详细计算了各种束腰尺寸对倍频效率的影响，并在道[2-10】，技术也相对成熟．但对于产生连续光266实验上采用球面镜碟形腔进行了验证，当1W的nm的研究则相对较少[11]．1995年，Oka等[12]采用532nm基频光输入时，可获得超过180mW的紫外BBO晶体利用外腔倍频将2．9W的532nm绿光转倍频光，倍频效率18％．国防科学技术大学科学研究计划项目(批准号：DCll一02—13)、湖南省自然科学基金(批准号：11JJ2004)和国家自然科学基

6、金(批准号：11204374)资助的课题．t通讯作者．E-mail：hxzou@nudt．edu．ca⑥2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp：／／wulixb．iphy．ac．c钆054204-1l易j物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．5(2014)0542042束腰尺寸对倍频效率的影响_2()，_2()．腰至晶体中心时，二次谐波产生功率最大，因此取Boyd—Kleinman[]指出，在非线性单轴晶体=厶=I／2．若选定一种晶体，则走离度B也就中，二次谐波产生(SHG)功率与聚焦参数存在如下确定，波矢失配Ak可以通过调整温度和晶

7、体的切关系：割角达到最优值，此时，h(B，△尼，，)函数与两个垂直方向的聚焦参数已，∈，有关．只要取得合适77=P2／P1=[(212“。2ff)／(7rn2rt2EoC。)]的，值，使h(B，Ak，已，)达到或者接近最大×Pllklh(B，∈)，(1)值，则可显著提高倍频效率．式中卵为倍频效率，P1，P2分别为入射光与倍频光当晶体和波长确定时，(2)式中各个参数的最的功率，u1为入射光频率，d。ff是有效非线性系数，优值就惟一确定了，可选择的范围非常有限