高光子能量的大功率深紫外(DUV)短脈衝激光器應用廣泛，如高強度伽馬射線產生、材料加工、半導體檢測等。DUV固體激光器采用固體激光和變頻技術，可以實現高光束質量，便於通過透鏡聚焦到小光斑尺寸。此外，DUV固態激光器比傳統的準分子激光器更容易操控，消耗的電能更少（準分子激光目前用於工業應用，如精密和高質量激光加工）。
上世紀八九十年代，隨著硼酸鹽基非線性光學晶體(ti) 的發展，波長在300 nm以下的高功率DUV固態激光器得到了發展。而後，隨著高功率近紅外激光器的發展，四次諧波光源的研製也得到了推進。關(guan) 於(yu) 四次諧波的平均輸出功率，自2000年以來，多橫模高功率納秒脈衝(chong) 激光器作為(wei) 基波的DUV平均輸出功率為(wei) 12 ~ 40 W。自2009年以來，單橫模高功率納秒脈衝(chong) 激光器作為(wei) 基波的DUV平均輸出功率為(wei) 10 ~ 15W。
最近，以單橫模高功率皮秒脈衝(chong) 激光器為(wei) 基波的DUV平均輸出功率為(wei) 12 ~ 20 W。據報道，2020年，使用由皮秒脈衝(chong) 振蕩器和Yb:YAG innoslab放大器和BBO晶體(ti) 組成的基波，在258 nm處得到的平均輸出功率為(wei) 20 W，重複率為(wei) 1 kHz。2021年，據報道，使用由皮秒脈衝(chong) 振蕩器和Yb:YAG碟片放大器組成的基波，在258nm處得到的平均輸出功率為(wei) 20 W。除了高平均功率外，穩定的長期DUV輸出對工業(ye) 應用至關(guan) 重要。2002年，據報道，在20w的功率下連續產(chan) 生DUV 100小時，然而，功率退化很明顯，20w的功率僅(jin) 維持了50小時。其他研究也顯示了類似的功率退化，實現高功率DUV固體(ti) 激光器的長期穩定運行仍然是一個(ge) 關(guan) 鍵問題。為(wei) 了解決(jue) 這一問題，必須解決(jue) 產(chan) 生DUV光的非線性光學晶體(ti) 的激光誘導損傷(shang) （LID），以滿足DUV激光的長周期穩定運行。在BBO的DUV光產(chan) 生中，相位匹配條件(光譜、角度和溫度)的三種接受帶寬都很窄，常規脈衝(chong) 激光器無法同時滿足所有條件，因此，高效變頻，長期運行中的功率退化問題是不可避免的。2013年相關(guan) DUV報道，使用增益開關(guan) LD和線寬0.1 nm、峰值功率2.1 MW的混合放大器的基波輸出。高峰值功率皮秒脈衝(chong) 與(yu) 大口徑長BBO晶體(ti) 的組合滿足了DUV生成的光譜和角度接受帶寬，同時避免了時間和空間走離引起的轉換效率波動。從(cong) 532 nm到266 nm的轉換效率超過50%。BBO晶體(ti) 特性很好地解決(jue) 了由線性吸收和雙光子吸收引起的溫升，並通過滿足熱接受帶寬保持較高的轉換效率。此外，光束發散低於(yu) BBO的角接受帶寬，這種基礎激光源使DUV激光器具有高功率和長期穩定運行。此前奧創光子曾開發了一款脈衝(chong) 為(wei) 10 ps，平均功率為(wei) 50 W，線寬為(wei) 0.5 nm，峰值功率為(wei) 25 MW，重複頻率為(wei) 200 KHz的基波激光器。DUV的平均功率為(wei) 14 W，脈衝(chong) 持續時間為(wei) 7ps，使用BBO晶體(ti) ，在200 KHz的重複頻率下，從(cong) 532 nm到266nm轉換效率為(wei) 50%。此外，在平均功率為(wei) 10 W的情況下持續5000小時，在266 nm處的長期DUV運轉，在運行期間沒有功率或光束輪廓退化。獲得的最大DUV功率受到可用基波功率的限製，工業(ye) 應用需要更高功率的DUV激光器，通過將基波功率提高到平均140 W，線寬0.4 nm，峰值功率23.3 MW，使用BBO晶體(ti) ，在1000 kHz重複頻率下，DUV的最大平均功率可以達到28 W，從(cong) 532 nm產(chan) 生266 nm的轉換效率約為(wei) 30%左右，實現平均功率為(wei) 20w和光束質量因子(M2)小於(yu) 1.3下預計可以保持10000小時。圖1顯示了激光源的設置，該激光源由種子激光部分和功率放大器部分組成。種子激光器由種子源、PULSEPICKER和兩(liang) 級光纖前置放大器組成，功率放大器由四級固體(ti) 放大器和聲光調製器(AOM)組成。
種子激光部分采用被動鎖模光纖激光種子源，結合鎖模器件的特性和設計優(you) 化，保證匹配固體(ti) 放大所需的基頻信號光特性。固體(ti) 放大器用於(yu) 功率放大級的放大器有1到4級。放大晶體(ti) 為(wei) 釹摻雜釩酸釔(Nd:YVO4)晶體(ti) 。為(wei) 了防止寄生振蕩，增加了1°的楔形角，並將AR塗層在1064 nm處的反射率設置為(wei) 小於(yu) 0.1%。Nd:YVO4晶體(ti) 的四麵被銦箔包裹，並固定到水冷散熱器上。使用波長為(wei) 880 nm的鎖波長LD作為(wei) 泵浦源，該泵浦源是帶內(nei) 泵浦源，在晶體(ti) 中熱效應較小。泵浦源通過400 μ m芯徑漸變折射率光纖傳(chuan) 輸，並通過準直透鏡和聚焦透鏡模塊入射到Nd:YVO4晶體(ti) 中。
奧創光子分別使用光譜分析儀(yi) 的光纖測量了種子激光部分的光譜，使用自由空間波長計測量了功率放大器的光譜。結果如圖3所示。
為(wei) 了由1064nm 產(chan) 生266 nm的DUV光，使用兩(liang) 個(ge) 非線性光學晶體(ti) 來產(chan) 生二次和四次諧波。對於(yu) 二次諧波(SHG)，采用元件尺寸為(wei) 4 mm × 4mm， 臨(lin) 界相位匹配(LBO)晶體(ti) 和兩(liang) 端分別為(wei) 1064 nm和532 nm的AR塗層作為(wei) 非線性光學晶體(ti) 。LBO晶體(ti) 放置在帶有內(nei) 置加熱器的銅支架中，支架溫度設置為(wei) 60°C。直徑為(wei) φ2 mm的1064 nm入射波束產(chan) 生532 nm波束。四次諧波采用BBO晶體(ti) 作為(wei) 非線性光學晶體(ti) ，該晶體(ti) 尺寸為(wei) 4 mm × 4 mm，臨(lin) 界相位匹配。僅(jin) 在輸入端塗上AR532&266-nm塗層，並在兩(liang) 端塗上1.5°楔形。為(wei) 避免激光回射，輸出端塗AR@266nm&532nm塗層。晶體(ti) 被放置在一個(ge) 幹燥室中，以防止BBO晶體(ti) 的潮解。平均功率為(wei) 125 W光束直徑為(wei) φ2.0 mm的1064 nm激光射入的LBO晶體(ti) ，在532 nm處的平均功率為(wei) 88.9 W，轉換效率為(wei) 71.9%。測量線寬和脈衝(chong) 持續時間，分別為(wei) 0.042 nm和11 ps，峰值功率為(wei) 13.6 MW，光束質量因子M2 = 1.2。平均功率為(wei) 87.9 W直徑為(wei) φ1.6mm的532 nm激光射BBO晶體(ti) ，在266 nm處的平均功率為(wei) 25.4 W，轉換效率為(wei) 28.9%。
光束質量因子M2 = 1.5。光束直徑和圓度分別為(wei) φ2.2mm和95%，由於(yu) 光線的高度準直，在266nm生成後，無需任何光束整形光學即可獲得滿意的光束特性。注意：光束直徑是用光束輪廓儀(yi) (Ophir)在距離出光口1000mm處測量。DUV的短時間穩定性測試曲線如圖4所示：
奧創光子自2018年創立以來，公司已申請60餘(yu) 項專(zhuan) 利，已掌握了高能高功率飛秒脈衝(chong) 放大技術、啁啾體(ti) 布拉格光柵色散補償(chang) 技術、波長轉換等關(guan) 鍵核心技術，結合自主設計製造的超快種子源、溫度調諧式啁啾光 纖光柵等核心器件已成功推出係列化飛秒激光器產(chan) 品，並在國內(nei) 率先實現工業(ye) 領域批量出貨，打破了該領域被國外產(chan) 品長期壟斷的局麵。
目前奧創光子不斷迎合當前市場對於(yu) 航天航空，新能源鋰電，電子消費等高端精密行業(ye) 的發展節奏壯大自身，不斷為(wei) 先進製造產(chan) 業(ye) 轉型升級夯實基礎，促進發展。
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