紫外激光器研究进展及其关键技术讲解

全固态激光器的光束质量及其紫外激光的实验研究的开题报告标题：全固态激光器的光束质量及其紫外激光的实验研究一、研究背景及意义全固态激光器由于具有结构简单、寿命长、易于集成化等优点，被广泛应用于医疗、制造、通信等领域。

其中，紫外激光在微细加工、光刻、生物荧光分析等领域具有重要应用价值。

对于光束质量的研究是提高激光器工作效率、减少环境污染、提高加工精度等方面的重要问题。

二、研究目的本课题旨在通过实验研究，探究全固态激光器在紫外激光工艺中的光束质量，并通过对比分析不同激光波长下的光束质量变化规律，为全固态激光器在紫外激光领域的应用提供科学依据。

三、主要研究内容和预期成果1. 建立全固态激光器实验台，选择合适的激光介质、激光波长和工作模式，调节激光器参数，获取光束质量数据。

2. 对不同波长下激光器的光束参数进行实验研究，建立光束质量评估模型。

3. 通过比较不同波长下激光器的光束参数变化规律，分析不同波长激光器在紫外激光领域的应用优劣差异。

预期成果：1. 建立全固态激光器的实验平台，能够准确测量全固态激光器的光束质量。

2. 分析不同波长下激光器的光束参数变化规律，获得紫外激光领域全固态激光器应用的科学依据。

3. 具体分析全固态紫外激光器及其应用的发展趋势。

四、研究方法和技术路线本研究采用以下具体方法和技术路线开展：1. 设计并搭建全固态激光器的实验平台。

2. 选择不同激光介质、不同波长的激光器进行实验研究。

3. 使用光学仪器对激光器光束参数进行测量和分析。

4. 基于理论模型，分析不同波长激光器在紫外激光领域的应用优劣差异。

五、研究进度安排本研究的进度安排如下：第一年：搭建实验平台，收集文献，编写研究方案。

第二年：对光束参数、波长等进行测量和分析，建立光束质量评估模型。

第三年：分析研究结果，并撰写研究报告。

六、研究的重要性和意义本研究旨在探究全固态激光器在紫外激光领域的光束质量及应用，对于推动激光加工技术创新和发展，促进全固态激光器的应用和发展具有重要意义。

紫外光刻机技术的研究与发展趋势一、背景介绍紫外光刻技术是一种高精度、高分辨率的制造微电子器件的重要方法之一。

它利用紫外线对光刻胶进行曝光，通过显影、蚀刻等工艺步骤，将芯片上的图案迁移到硅片上，实现微电子器件的制造。

近年来，紫外光刻机技术在半导体制造、集成电路、显示器件等领域得到了广泛应用。

二、技术发展趋势1. 高分辨率化随着科技的不断进步，对微电子器件的制造要求也越来越高，尤其是对分辨率的要求。

传统的紫外光刻机技术已经无法满足微米级和纳米级的分辨率要求，因此，研究人员纷纷致力于开发更高分辨率的紫外光刻机技术。

包括多光束、电子束和极紫外光刻等新技术应运而生，努力提高分辨率，满足市场需求。

2. 多级曝光技术随着半导体器件尺寸的不断缩小，传统的单级曝光技术已经无法满足需求。

多级曝光技术通过多次曝光和对位，将一个芯片的图案分成多个子图案逐步曝光，最后形成一个完整的图案。

这种技术在提高整体曝光效率的同时，还可以提高分辨率并减小误差。

3. 高速刻蚀技术为了满足大规模集成电路的制造需求，紫外光刻机的刻蚀速度需要得到提高。

高速刻蚀技术通过优化刻蚀气体、调节蚀刻条件等方式，实现更高效的刻蚀过程。

同时，还可以提高刻蚀平坦度和减小副反应，降低产生缺陷的风险。

4. 绿色环保技术随着社会环保意识的增强，绿色环保技术成为紫外光刻机研究的一个重要方向。

研究人员致力于减少化学物品对环境的污染，研发无废水、废气的刻蚀工艺，并引入可持续发展的材料和技术，实现更加环保的制造过程。

5. 智能化与自动化随着人工智能和自动化技术的发展，紫外光刻机技术也逐渐向智能化和自动化方向发展。

通过引入智能控制系统、自动对位对焦技术等，提高生产线的自动化程度，降低人力投入和人为误差，并提高生产效率和产品质量。

三、结论紫外光刻机技术是现代微电子制造领域不可或缺的重要技术。

随着科技的不断进步和应用需求的增加，对紫外光刻技术的要求也越来越高。

未来，紫外光刻机技术还将朝着高分辨率化、多级曝光、高速刻蚀、绿色环保以及智能化和自动化方向进行深入研究和发展，为现代微电子器件的制造提供更好的解决方案。

第28卷第9期 光子学报 V o1.28N o.9 1999年9月 ACT A PHOT ONICA SINICA Septem ber1999　全固态紫外激光器研究*陈国夫　王贤华　杜戈果(瞬态光学技术国家重点实验室,中国科学院西安光学精密机械研究所,西安710068)摘　要　本文报道了具有增强谐振倍频腔的全固态紫外激光器研究.半导体激光二极管(LD)泵浦的Nd∶YVO4激光晶体产生波长为1064nm的近红外光,腔内倍频输出波长为532nm的绿光,再送入增强谐振腔进行四倍频,输出波长为266nm的深紫外激光.产生深紫外激光的基频绿光输入阈值可低到2.5mW.据我们所知,这是国内首次报道的全固态紫外激光器. 关键词　半导体激光二极管泵浦;Nd∶YVO4激光器;增强谐振倍频;紫外激光0　引言 固体激光器的激光波长一般在可见光和近红外波段.近年来国际上科学工作者努力研究紫外激光器,这是因为紫外激光器在高分辨光谱学(只需功率几微瓦)、大气探测、微电子学、医学诊断、高密度光数字存储、光化学、光生物学、激光诱发的物质原子荧光和紫外吸收(如Si原子的荧光诱发、冷冻和控制)、空间光通讯、机械成型、紫外器件的研究等领域有着广泛的应用1～4.通常紫外激光器有激发物激光器、氮激光器和四倍频固体激光器5.而LD泵浦的四倍频全固态激光器是首选的有前途的紫外激光源,那是因为这种激光器具有稳定可靠,寿命长,光束质量好,可调谐,小型紧奏,重量轻,结构简单,操作简单,价格低等实用化的优点6.所以近年来,美、英、日、法、德已在开展四倍频全固态紫外激光器的工作1,5,7.多数是用LD泵浦惯用的Nd∶YAG晶体,再进行倍频.本文报道用波长808nm小型半导体激光二极管LD泵浦Nd∶YVO4激光晶体产生1064nm的近红外光,腔内倍频输出波长为532nm的绿光,再送入增强谐振腔进行四倍频,输出波长为266nm 的深紫外激光.与N d∶YAG比较,Nd∶YVO4激光晶体具有更大的增益截面,是N d∶YAG的4倍;吸收系数大,是Nd∶YAG的5倍,偏振输出,激光阈值低等优点8,9,现在,小型大功率808nm的半导体激光器正合适泵浦Nd∶YVO4激光器带来新的生机10.在小功率泵浦的条件下,利用短腔谐振倍频技术,已成功获得紫外激光输出,这些实验结果国内还未见报道.1　实验装置和实验结果全固态紫外激光器由双端泵浦源、二倍频Nd∶YVO4激光器、增强谐振倍频、测量和控制系统构成.实验装置如图1所示.图1　全固体紫外激光器实验装置F ig.1　Ex perimental setup of the ultra vio la at la ser腔内倍频半导体激光二极管泵浦的Nd∶YVO4的谐振腔采用的是折叠式驻波腔.腔内倍频结构是输出为自准直的聚焦腔.M1、M2为平面反射镜.M3为凹凸反射透射镜作为倍频聚焦及倍频光输出自准直,M4是凹面回光反射镜,用以形成折叠式驻波腔结构.在腔体设计时考虑到尽*国家自然基金资助项目(69778012)收稿日期:1999—06—29可能减少腔内元件以提高工作稳定性,在折叠腔内未引入象散补偿玻片.通过选择最佳入射角,减小由聚焦凹面镜引起的象散.激光腔的光束传输矩阵为M =A B CD =d b caa b cd(1)式中a b c d =1l 101100n 1/n21L 1/n 201100n 2/n 1・1l 2+l 30110-2/R 111l 401100n 1/n 3・1L 2/n 31100n 3/n 11l 50110-2/R 21n 1为空气折射率,n 2为Nd ∶YVO 4晶体折射率,n 3为KT P 晶体折射率.根据矩阵光学,稳定腔的条件是 A +D /2<1.束腰半径 为2=( B / n )[1-((A +D )/2)2]1/2(3)当入射角 =5°,在输出光镜M 3上光束半径 随l 2+l 3的变化如图2.当l 2+l 3=50m m 时,在图2　输出镜M 3上的光斑尺寸随l 2+l 3的变化F ig.2　Spo t size on M 3v s l 2+l 3输出镜M 3上的光斑直径随入射角 的变化,如图3,从总体考虑l 2+l 3=50mm , =5°,M 3的曲图3　输出镜M 3上的光斑尺寸随入射角 的变化F ig.3　Spo t size on M 3v s率半径R =100mm ,M 4的曲率半径R =150mm.在这种腔体结构下在输出镜M 3上的子午面和弧矢面上的光斑尺寸相对误差不超过0.3%,输出光束为高斯光束.为了提高倍频效率采用聚焦共轭腔结构.Nd ∶YVO 4激光晶体两端的泵浦源均由波长可温控、光纤输出的半导体激光器LD 和耦合器组成3.LD 的最大功率可达15W ,波长在808nm 附近可调谐,功率通过直径为1.16mm 的光纤束输出,自己研制了小型的准直聚集耦合器,将光纤输出端面、准直系统、聚焦透镜都封闭在一个小型的系统中,使用中免调,还避免了环境中的灰尘污染,耦合器的出口处是焦距为3.3cm 的透镜,调节耦合器和激光晶体Nd ∶YVO 4的相对位置,使泵浦达到最佳状态.如图1所示,N d ∶YVO 4激光晶体、KT P 倍频晶体和腔镜M 1、M 2、M 3、M 4构成腔内二倍频激光器,532nm 的绿光由自准直凹凸透镜M 3输出.Nd ∶YVO 4激光晶体是福建物质结构所生产的,几何尺寸为8(3×3×5)mm.二倍频晶体KTP 是山东大学晶体研究所生产的,二类相位匹配,双面对1064nm 和532nm 波长处镀双增透膜.M 1、M 2为平面腔镜,在1064nm 波长,反射率R >95.5%.在800～810nm,透过率T >90.5%.腔内倍频结构采用聚焦共轭结构以提高倍频效率,自准直凹凸透镜M 3,曲率半径为100m m,在1064nm 波长,反射率R ≥99.6%,在532nm 波长,透过率T ≥94%.凹面镜M 4,曲率半径为150m m ,在1064nm 和532nm 波长,都有反射率R >99.9%.当每端LD 的泵浦功率均为6W 时,输出绿光为1.5W .效率为11%.四倍频晶体BBO 和M 5、M 6、M 7、M 8构成增强谐振倍频腔,M 5是平面镜,在532nm 波长,透过率T =12%,M 6也是平面镜,反射率R =99.4%.M 6安装在PZT 驱动器上,凹面镜M 7的曲率半径为150mm ,在532nm 波长,反射率为99.4%.凹面镜M 8的曲率半径也是150mm ,在532nm 波长,R =99.8%,在266nm 波长,透过率T =84%,四倍频晶体BBO 的几何尺寸为(5×5×6)mm ,位于M 7和M 8的共同焦点上,谐振腔的腔长尽量与Nd ∶YOV 4的腔长匹配.紫外光由腔镜M 8输出.石英棱镜将紫外光分离出来,由接收器测量.接收到的紫外信号送入计算机接口还可同时输入786 光子学报28卷示波器,以便实时监测,再控制PZT,使紫外光输出最大.在现在的结构和冷却条件下,由M 4透过的1064nm 的光估计,在无KT P 时Nd ∶YVO 4腔内功率大于80W ,放入KTP 二倍频晶体,绿光输出最大为1.5W .图4(a )、(b )分别为1064nm 和532nm 的光谱曲线,绿光在谐振倍频腔中的损耗约为12%.接收器接收的紫外光最大为5V.(a) (b)图4　腔内倍频传N d ∶YV O 4激光器的光谱曲线.(a )1064nm ,(b)532nm F ig .4　Spectr um o f N d ∶Y V O 4laser of intr acavity fr equency doubling参考文献1　Go ldberg L ,K liner D A V.T unable U V g eneration at 286nm by fr equency tr ipling of a hig h-pow er mo de -lo ckedsemiconducto r laser.O pt L ett ,1995,20(15):1640～16422　Saya ma S ,Ohtsu M .T unable U V cw genera tio n at 276nm w avelength by fr equency co nv ersio n o f laser dio des .OptCommu ,1998,(1):110～1123　Bahns J T ,L ynds L ,Stw alley W C,Simmons V ,R obinson T ,Bililign S.Airbo rne-mer cur y detection by r esonant U V laser pumping.Opt L ett ,1997,22(10):727～7294　K ung A H ,Jr -I L ee ,Chen Poe -jo u .A n efficient all -so lid -st ate ultr aviolet laser source .Appl P hys L ett ,1998,72(13):1542～15445　F 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Nd ∶YVO 4laser with intracav ity fre-qency-do ubled g enerate g reen laser and deliv er into a enhancement resonant cavity for frequency-quadrupled .The laser has generated ultravoilet lig ht at 266nm w ith low threshold .Keywords LD pum pe ;Nd ∶YVO 4laser ;Enhancement resonant fr equency -doube ;Ultrav oilet laser Professor Chen Guofu w as g raduated fro m Beijing U niv ersity in 1966.Heis the head of the State Key Lab .of Transient Optics T echno log y ,Xi ′anInstitute o f Optics and Precision M echanics,Academ ia Sinica.He had w orked at Imperial Co lleg e and St.Andr ew s Univ er sity as a visiting schol-ar from 1984～1987.His research involves ultrashort light generation ,measurement and fs no nlinear optics .788 光子学报28卷。

千赫兹全固态紫外激光器实验研究的开题报告
1.研究背景
激光技术在工业和科研领域具有广泛的应用，其中紫外激光器由于其较短的波长和高能量密度，被广泛用于微电子制造、光刻、医学诊断等领域。

目前，全固态紫外激光器比气体激光器更具优势，因为它们具有更高的能量效率、更小的尺寸、更好的稳定性和可靠性。

2.研究目的
本研究旨在设计和实验一个千赫兹全固态紫外激光器，研究其激光输出特性和稳定性，并探究其在微电子制造、光刻和医学诊断等领域中的应用前景。

3.研究内容
（1）激光加工和诊断领域对紫外激光器的需求
通过收集整理激光加工和诊断领域对紫外激光器的需求，了解这些领域对激光器输出功率、波长、重复频率等参数的要求，为后续实验提供指导。

（2）千赫兹全固态紫外激光器的设计和制备
结合上述需求，设计和制备千赫兹全固态紫外激光器，选择适合的激光介质、激发源和输出窗口等关键组件，提高激光器的效率和稳定性。

（3）千赫兹全固态紫外激光器的特性研究
对制备好的紫外激光器进行实验研究，探究其激光输出功率、波长、重复频率、波束质量和稳定性等特性，并进一步优化激光器的设计以满足应用需求。

4.研究意义
本研究可以为紫外激光器的发展提供实验数据和实际应用案例，推动全固态紫外激光器技术的发展，丰富工业和科研领域的激光应用。

2024年纳秒紫外激光器市场分析现状1.引言纳秒紫外激光器是一种高频率、高功率的激光器，广泛应用于科研、制造和医疗等领域。

随着技术的不断发展，纳秒紫外激光器市场也逐渐扩大。

本文将对纳秒紫外激光器市场的现状进行分析，并探讨其未来发展趋势。

2.市场规模纳秒紫外激光器市场在过去几年中呈现了快速增长的趋势。

根据市场研究公司的数据显示，2019年纳秒紫外激光器市场规模达到了XX亿元，预计到2025年将达到XX亿元。

这表明纳秒紫外激光器市场潜力巨大，并具有巨大的发展空间。

3.市场驱动因素3.1 科研领域需求增加纳秒紫外激光器在科研领域有着广泛的应用。

随着科学研究的不断深入，对纳秒紫外激光器的需求也在增加。

科研机构对高精度、高能量的激光器的需求将推动市场的增长。

3.2 制造业的需求增长纳秒紫外激光器在制造业中有着重要的应用。

制造业需要高精度和高速的激光器来进行精细加工和打标。

纳秒紫外激光器的应用将提高制造业的生产效率，满足市场需求。

3.3 医疗行业的增长潜力纳秒紫外激光器在医疗行业中具有广阔的发展前景。

它可以用于皮肤美容、眼科手术和疾病治疗等方面。

随着人们对医疗美容的需求增加，纳秒紫外激光器市场将迎来更多的机会。

4.市场竞争态势纳秒紫外激光器市场存在较为激烈的竞争。

目前，市场上主要的竞争者包括美国公司ABC、德国公司XYZ和中国公司123等。

这些公司都采用先进的技术和高质量的产品来争夺市场份额。

市场竞争将推动纳秒紫外激光器的进一步创新和提升。

5.市场展望纳秒紫外激光器市场前景广阔。

随着技术的不断进步，纳秒紫外激光器的性能将进一步提高，价格将进一步降低。

预计未来几年，纳秒紫外激光器市场将保持较快的增长速度。

同时，市场将出现更多的新产品和新技术，推动市场抵达更高的水平。

6.结论纳秒紫外激光器市场在全球范围内显示出强劲的增长势头。

科研领域和制造业的需求推动了市场的发展。

市场的竞争也日益激烈，各公司努力进行技术创新以获得市场份额。

波长短于250纳米的algan基深紫外led、紫外激光材料与器件关键技术AlGaN基深紫外LED（Light Emitting Diode）以及紫外激光器材料与器件的关键技术一直是研究领域中的热点问题之一。

这些技术对于发展光电子器件、生物医学、材料科学等领域具有重要作用。

在本篇文章中，我们将探讨AlGaN基深紫外LED以及紫外激光器材料与器件关键技术的研究和应用。

AlGaN基深紫外LED的制备方法是关键技术之一。

AlGaN材料具有较大的禁带宽度和高的能隙，适合作为深紫外光发射材料。

目前，常用的方法包括金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）技术。

其中，MOCVD工艺相对简单，可实现大面积的均匀性生长，但存在材料质量和晶格匹配等问题，导致AlGaN材料中存在较高的缺陷密度。

而MBE技术具有较好的材料质量和晶格匹配性能，但设备成本较高，制备过程相对复杂。

提高AlGaN基深紫外LED的光电转换效率是关键技术之一。

目前，提高深紫外LED的发光效率主要通过改善材料质量和结构设计进行。

一方面，可以通过优化外延生长工艺、封控设备等手段来改善材料质量，减少晶格缺陷。

另一方面，通过引入新的结构设计，如引入光子晶体、晶格衬底等，可以改善光萃取效率和发光效率，进一步提高LED 的发光效率。

提高AlGaN基深紫外LED的长时间稳定性是关键技术之一。

AlGaN材料在深紫外光区域具有较高的反应性，容易发生电离退火、导致材料中的氢相位转变等问题。

这些问题会导致材料性能的退化或高密度缺陷的形成，影响LED的长时间稳定性。

因此，研究如何改善AlGaN材料的长时间稳定性，对于提高LED的使用寿命具有重要意义。

紫外激光器是一种重要的光电子器件，应用于光通信、光刻、生物医学等领域。

然而，由于紫外光的波长较短，制备高质量材料和设计高效的器件是制约紫外激光器发展的关键技术。

高质量AlGaN材料的制备是紫外激光器研究的关键技术之一。

影响紫外光通信系统发展的关键技术影响紫外光通信系统的发展的关键技术主要包括发射接受器件的研究、信道模型的的研究以及调制解调、编码解码、检测等方法的研究。

在紫外光通信系统中，由于大气中臭氧的强烈吸收作用，所以需要具有性能好、功率高、调制性能好的发射光源。

光学通信系统一般可采用的紫外光源一般可分为紫外线灯和紫外线激光器两大类。

紫外线灯常见的有：高、低压充气汞灯，紫外线卤化物灯等。

此类光源具有价格便宜、功率大(可以达到数十瓦和上万瓦)等特点。

由于紫外气体灯存在易碎、寿命短的缺点，人们开始将日光转向固体发光光源。

处于绝对日盲区的紫外激光器主要有准分子KrF (248nm)激光器和Nd：YAG四倍频激光器(266nm)。

激光器相对气体光源而言，具有坚固耐用的显著优点。

但它并不适用于低成本、低损耗、低功耗的应用场合。

并且这种激光器还有转换效率低、价格昂贵、使用寿命短、脉冲重复周期对温度敏感以及不易低压高速驱动等缺点。

此外，功率较大的紫外激光器不仅十分昂贵，体积较大，而且技术尚不成熟。

如果希望进行非视距、非定向自由空间通信，尚不能满足要求。

由于需要具有性能好、功率高、调制性能好的发射光源，半导体紫外光源计划应运而生。

美国国防高级研究计划局(DARPA)启动了研制可变波长(包括日盲光谱)的晶体管紫外光发射器的项目，其目标是研制用于隐秘非视距紫外光通信的紫外收发器。

目前，SUVOS计划已经成功研制波长为340nm及以上波段的紫外发光二极管。

紫外探测器是接收机最为重要的器件，其主要功能是完成紫外光信号到电信号的转换。

对于非视距的紫外光通信，理想的探测器应该有较大的探测面积、较高的增益和带宽、高的透过率、极低的暗电流密度和“日盲”功能。

日盲型紫外光电倍增管由于具有大的探测面积、较高的增益、低的暗电流并且功率消耗约1OOmW ，因此得到了广泛的应用。

然而即使当前最高新技术的PMT 体积也比半导体探测器大很多，而且价格也是它的上千倍。

紫外激光器研究进展及其关键技术黄川摘要：本文详细简介了运用LD泵浦旳紫外激光器产生紫外激光旳非线性原理，并在此基础上简介了在全固态紫外激光器中用到旳倍频晶体旳种类和各自旳应用场景；简介了近年来高功率固体紫外激光器研制旳国内外进展状况，最终展望了高功率全固体紫外激光器研制旳未来。

关键词：紫外激光；非线性光学；相位匹配1、引言由于紫外激光具有旳短波长和高光子旳能量特点，因此紫外激光在工业领域内具有非常广泛旳应用。

在工业微加工领域内，相较于红外激光旳热熔过程，紫外激光加工时旳“冷蚀效应”可以使加工旳尺寸更小，到达提高加工精度旳目旳。

此外，紫外激光器在生物技术，医疗设备加工，大气探测等领域也有广泛旳应用。

一般而言，可以将紫外激光器划分为三类：固体紫外激光器，气体紫外激光器，半导体紫外激光器。

其中固体紫外激光器应用最为广泛旳是激光二极管泵浦全固态激光器。

而运用激光二极管抽运旳固体UV激光器相较于其他类型旳紫外激光器而言，具有效率高，性能可靠，硬件构造简朴旳特点，因此应用最为广泛，基于LD抽运旳全固态UV激光器也得到了迅猛旳发展。

在实际旳应用当中，实现紫外持续激光输出旳措施一般是运用晶体材料旳非线性效应实现变频旳措施来产生。

产生全固态紫外激光旳措施一般有两种：一是直接对全固体激光器进行3倍频或4倍频来得到紫外激光；另一种措施是先运用倍频技术得到二次谐波，然后再运用和频技术得到紫外激光。

相较于前一种措施，后者运用旳是二次非线性极化率，其转换效率要高诸多。

最常见旳是通过三倍频和四倍频技术产生355nm和266nm旳紫外激光。

下文将简朴简介紫外激光产生旳非线性原理。

2、非线性频率转换原理2.1 介质旳非线性极化激光作用在非线性介质上会引起介质旳非线性极化，这是激光频率变换旳非线性基础。

在单色旳电磁波作用下，介质旳内部原子，离子等不会发生本征能级旳跃迁，不过这些离子旳电荷分布以及运动状态都会发生某些变化，引起光感应旳电偶极矩，这个电偶极矩作为新旳辐射源辐射电磁波。

第8卷　第2期2015年4月　 中国光学 Chinese Optics Vol.8　No.2　Apr.2015 收稿日期:2014⁃12⁃11;修订日期:2014⁃12⁃15 基金项目:固体激光技术重点实验室基金资助项目(No.2013A10403004)文章编号　2095⁃1531(2015)02⁃0182⁃09高功率皮秒紫外激光器新进展毛小洁1,2(1.固体激光技术重点实验室,北京100015;2.华北光电技术研究所,北京100015)摘要:高功率皮秒紫外激光器在高精密加工、激光医疗、光电对抗和光伏产业等领域有重要应用,近年来成为固体激光新光源研究热点。

本文对国内外基于和频技术的高功率皮秒紫外激光器研究新进展进行了归纳和总结。

首先,阐述了和频工作原理,介绍了和频产生皮秒紫外激光的非线性晶体;然后,介绍了国内外高功率皮秒紫外激光器的新进展,包括:高功率皮秒紫外激光器、高峰值功率皮秒紫外激光器、高功率和高峰值功率皮秒紫外激光器。

最后,展望了高功率皮秒紫外激光器的进一步发展及应用。

归纳和总结表明:高功率皮秒紫外激光器在国外较成熟,国内在该领域的研究刚刚起步。

光子晶体光纤和碟片激光器输出基频光的皮秒紫外激光器有突出的优势,已成为皮秒紫外激光产业的主力军。

关　键　词:激光器;皮秒激光器;和频技术;再生放大技术;紫外激光中图分类号:TN248 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20150802.0182New progress in high⁃power picosecond ultraviolet laserMAO Xiao⁃jie 1,2(1.Science and Technology on Solid⁃State Laser Labotatory ,Beijing 100015,China ;2.North China Research Institute of Electro⁃Optics ,Beijing 100015,China )∗Corresponding author ,E⁃mail :maoxiaojie 991220@Abstract :High⁃power picosecond ultraviolet lasers have attracted considerable interests as novel laser source,due to their wide applications in high precision product,laser medical system,optoelectronic countermeasure and structuring of silicon.The research and development on high⁃power picosecond ultraviolet laser based on technology of sum frequency are classified and summarized.First,the mechanism of sum frequency and pico⁃second ultraviolet crystal are discussed.Then the high⁃power picosecond ultraviolet laser,the high⁃peak⁃power picosecond ultraviolet laser,and the high⁃power and high⁃peak⁃power picosecond ultraviolet lasers are dis⁃cussed.Finally,the prospect of further development and applications of high⁃power picosecond ultraviolet la⁃ser sources is put forward.According to the latest development,it is indicated that the high power picosecond ultraviolet lasers developed in abroad is in maturity stage but just in starting stage at.The high⁃power picosec⁃ond ultraviolet lasers based on photonic crystal fiber laser and thin disk laser have some merits,which play im⁃portant roles in laser industry.Key words :lasers;picoseconds laser;sum frequency;regenerative amplifier technology;ultraviolet laser1　引　言 与纳秒激光器相比,皮秒激光器的脉冲宽度更短,特别是小于10ps的激光脉冲,不会对加工材料造成热破坏,被称为“冷加工”,在精密加工领域得到广泛的应用。

激光医疗技术的关键技术与研究进展报告声明：本文内容信息来源于公开渠道，对文中内容的准确性、完整性、及时性或可靠性不作任何保证。

本文内容仅供参考与学习交流使用，不构成相关领域的建议和依据。

一、激光设备的研发与创新激光医疗技术是一种利用激光器产生的高能量激光光束对人体进行治疗或手术的方法。

激光医疗技术具有精确性、无创伤和可控性等优势，已经在多个医学领域得到广泛应用。

而激光设备的研发与创新是推动激光医疗技术发展的重要因素。

目前，研究人员正在探索如何通过创新的技术手段实现对激光器功率和频率的精确调控，以满足不同治疗需求。

2、激光器的稳定性技术：激光器的稳定性对于激光医疗的安全性和效果至关重要。

通过研发新型材料、优化光学设计和控制技术等手段，可以提高激光器的稳定性，减少能量波动和频率漂移，从而提高治疗效果。

3、激光器的小型化和便携化技术：随着激光医疗技术的广泛应用，对激光器设备的便携化需求越来越高。

研究人员正在努力将激光器设备尺寸缩小，并提高其便携性，以方便在不同临床环境下进行激光治疗。

（一）激光光导技术的创新1、光纤激光器的研发：光纤激光器具有激光束输出稳定、光束质量好、易于集成等优点，被广泛应用于激光医疗领域。

目前，研究人员正致力于开发更高功率、更高效率的光纤激光器，以满足激光医疗的需求。

2、光纤光导技术的改进：光纤光导技术是将激光束通过光纤传输到患者体内进行治疗的关键技术。

研究人员正在改进光纤的材料和结构，提高光纤的传输效率和耐热性，以实现更精确的激光治疗。

3、光纤探针的设计与应用：光纤探针是将激光器输出的激光束引导到患者体内的装置。

研究人员正在设计新型的光纤探针，以适应不同部位和治疗目标的需求，并优化光纤探针的结构和材料，提高其稳定性和治疗效果。

（二）激光治疗参数的优化1、激光治疗参数的个体化：每个患者的情况各不相同，因此激光治疗参数的个体化非常重要。

研究人员正在开展临床研究，探索如何根据患者的病情和生理特征，优化激光治疗的功率、频率、持续时间等参数，以提高治疗效果。

科技成果——全固态纳秒级紫外激光器项目成熟阶段成熟期项目来源自筹成果简介紫外激光器在激光加工方面体现其独特的优势：紫外激光器的波长短，聚焦小，能实现精细加工；紫外激光器进行激光加工时直接破坏材料的化学键，是“冷”处理过程，热影响区小：大多数材料能有效地吸收紫外光，可加工许多红外和可见光激光器加工不了的材料。

全固态紫外激光器具有体积小、效率高、重复频率高，无需更换气体、无需掩模、易维护等优点。

因此它在生物工程、材料制备、全光光学器件制作，特别是集成电路板及半导体工业等激光加工领域获得了广泛的应用。

全固态纳秒级紫外激光器目前紫外激光器的发展非常迅速，瓦级功率以上高重频全固态激光器不断应用于加工，国内外研究机构和公司不断向更高功率（数十瓦级）、更高重频（几十甚至几百kHz）方向发展。

目前我们已经研制成功了5W、50kHz的紫外355nm激光器，脉宽25ns。

已经做成样机，性能稳定，用于LED蓝宝石晶圆裂片划线，划线深度达到200μm，线宽小于10μm，划痕光滑均匀，几乎无热影响区。

技术特点通过高效率端面泵浦结构方式得到基模红外1064nm激光，再经过多级放大结构，得到高功率的红外高光束质量基频光，再通过高效率变频技术，最后得到5W、50kHz、25ns脉冲紫外355nm激光。

光束质量因子M2<1.3，功率长期稳定性<±2%。

内部光学结构采用紫外胶光固化粘接，结构小巧牢靠，对环境适应程度高。

通过紫外显微物镜的聚焦，聚焦光斑直径在μm级别，加工尺寸小于10μm。

通过紫外激光器的开发，相应的也取得了更高功率的红外和绿光高光束质量激光技术。

专利情况目前国内外并无相关的专利限制，主要是在工艺实现难度比较高。

目前我们已取得专利8项。

市场分析紫外355nm激光器目前国际市场价格约为2万美元/W，中大功率全固态紫外激光器市场均被国外厂商占据。

据行业协会统计，2010年我国全固态紫外激光器市场销售额达到5亿元人民币，比2009年增长了25%。

LD侧面泵浦全固态266nm紫外激光器研究的开题报告题目：LD侧面泵浦全固态266nm紫外激光器研究的开题报告一、研究背景和意义全固态紫外激光器具有体积小、功耗低、寿命长、维护方便等优点，在生物医学、光催化、涂层加工、化学分析等领域具有广泛应用。

其中，266nm波长的紫外激光器具有独特的应用价值，如直接刻蚀氧化硅、制备微结构、改善生物医学材料表面性质等。

传统的266nm紫外激光器采用KTP非线性晶体作为倍频材料，需要较高的激光功率才能实现较高的倍频效率，同时KTP晶体会吸收能量并导致晶体损坏。

全固态266nm紫外激光器采用氟化氢晶体作为倍频材料，具有更高的倍频效率和更佳的稳定性，是目前发展的一个热点领域。

本研究旨在探索LD侧面泵浦全固态266nm紫外激光器的关键技术，解决其实现高效电光转换、稳定性和可靠性等方面的问题，为实现紫外激光器在更广泛领域的应用提供技术支持。

二、研究方法和内容（1）设计并搭建LD侧面泵浦全固态266nm紫外激光器样机，包括LD侧面泵浦结构、三级谐振腔结构等。

（2）优化谐振腔结构，以提高激光输出功率和单纵模输出。

（3）研究氟化氢晶体的性质和倍频效率，包括制备氟化氢晶体、测量晶体折射率、透过率等参数，并对氟化氢晶体进行倍频效率测试和分析。

（4）对激光器的光电转换效率、波长稳定性和输出功率进行测试并进行分析。

三、预期成果和意义预计在研究过程中，可得到LD侧面泵浦全固态266nm紫外激光器的实验数据，探索出提高紫外激光器光电转换效率、波长稳定性、输出功率等性能的技术途径。

这将为该领域的进一步研究提供技术支持和理论基础。

此外，研究成果还可在生物医学、光催化、涂层加工、化学分析等领域中得到应用。

紫外激光器研究进展及其关键技术黄川 2120160620摘要：本文详细介绍了利用LD泵浦的紫外激光器产生紫外激光的非线性原理，并在此基础上介绍了在全固态紫外激光器中用到的倍频晶体的种类和各自的应用场景；介绍了近年来高功率固体紫外激光器研制的国内外进展情况，最后展望了高功率全固体紫外激光器研制的未来。

关键词：紫外激光；非线性光学；相位匹配1、引言因为紫外激光具有的短波长和高光子的能量特点，所以紫外激光在工业领域内具有非常广泛的应用。

在工业微加工领域内，相较于红外激光的热熔过程，紫外激光加工时的“冷蚀效应”可以使加工的尺寸更小，达到提高加工精度的目的。

另外，紫外激光器在生物技术，医疗设备加工，大气探测等领域也有广泛的应用。

一般而言，可以将紫外激光器划分为三类：固体紫外激光器，气体紫外激光器，半导体紫外激光器。

其中固体紫外激光器应用最为广泛的是激光二极管泵浦全固态激光器。

而利用激光二极管抽运的固体UV激光器相较于其他类型的紫外激光器而言，具有效率高，性能可靠，硬件结构简单的特点，因此应用最为广泛，基于LD抽运的全固态UV激光器也得到了迅猛的发展。

在实际的应用当中，实现紫外连续激光输出的方法一般是利用晶体材料的非线性效应实现变频的方法来产生。

产生全固态紫外激光的方法一般有两种：一是直接对全固体激光器进行3倍频或4倍频来得到紫外激光；另一种方法是先利用倍频技术得到二次谐波，然后再利用和频技术得到紫外激光。

相较于前一种方法，后者利用的是二次非线性极化率，其转换效率要高很多。

最常见的是通过三倍频和四倍频技术产生355nm和266nm的紫外激光。

下文将简单介绍紫外激光产生的非线性原理。

2、非线性频率转换原理2.1 介质的非线性极化激光作用在非线性介质上会引起介质的非线性极化，这是激光频率变换的非线性基础。

在单色的电磁波作用下，介质的内部原子，离子等不会发生本征能级的跃迁，但是这些离子的电荷分布以及运动状态都会发生一些变化，引起光感应的电偶极矩，这个电偶极矩作为新的辐射源辐射电磁波。

大功率全固态355nm紫外激光器研究一、本文概述随着科学技术的飞速发展，紫外激光器在科研、工业、医疗等领域的应用日益广泛，其中355nm波长的紫外激光器因其独特的物理特性在诸多领域表现出显著的优势。

特别是在高精度材料加工、生物医学研究、光电子器件制造等领域，大功率全固态355nm紫外激光器的需求日益迫切。

因此，开展大功率全固态355nm紫外激光器的研究，不仅具有重要的理论意义，也具有巨大的实际应用价值。

本文旨在深入研究大功率全固态355nm紫外激光器的设计、制造、性能测试等关键技术，并探讨其在实际应用中的可能性和挑战。

我们将首先回顾紫外激光器的发展历程，分析当前国内外在该领域的研究现状，并指出存在的问题和面临的挑战。

然后，我们将详细介绍大功率全固态355nm紫外激光器的设计原理和制造工艺，包括激光介质的选择、谐振腔的设计、泵浦方式的选择、热管理策略等关键技术。

在此基础上，我们将通过实验验证和优化激光器的性能，包括输出功率、光束质量、稳定性等关键指标。

我们将探讨大功率全固态355nm紫外激光器在各个领域的应用前景，以及未来研究方向和可能的技术突破。

本文的研究结果将为大功率全固态355nm紫外激光器的设计、制造和应用提供重要的理论支撑和实践指导，有望推动紫外激光器技术的发展和应用领域的拓展。

二、全固态355nm紫外激光器的基本原理与结构全固态355nm紫外激光器是一种基于固体增益介质和非线性光学晶体的高功率激光源。

其基本原理和结构涉及多个关键组成部分，包括泵浦源、增益介质、非线性光学晶体和谐振腔等。

泵浦源是全固态紫外激光器的能量来源，通常采用高功率的半导体激光器或光纤激光器。

泵浦光通过特定的光学系统被引入增益介质，以激发介质中的粒子跃迁至高能级，为后续的激光产生提供能量。

增益介质是激光器的核心部分，通常采用掺有稀土离子的晶体或玻璃材料。

在泵浦光的激发下，增益介质中的稀土离子发生受激辐射，产生与泵浦光波长不同的激光。

第三代半导体固态紫外光源材料及器件关键技术随着新能源、新材料和电子信息技术的发展，紫外光源材料和器件的应用越来越广泛。

新一代的半导体固态紫外光源材料及器件具有低成本、低能耗、高性能和高可靠性等显著优势，已成为紫外光源领域的新领袖。

本文旨在介绍第三代半导体固态紫外光源材料及器件的关键技术。

1.紫外光源材料紫外光源材料是外光发射器件的最重要组成部分。

第三代半导体固态紫外光源材料主要有二维材料、量子点和金属氧化物，它们具有调节发射光谱宽度、外观和提高发光效率等优势。

二维材料就是类似于二维面，使用不同结构的半导体材料，具有良好的可操作性和量子效率。

例如，石墨烯是一种两维材料，可以制备多种用于发射紫外光的石墨烯复合材料，用于紫外光发射器件。

量子点结构主要有锌镓硫磷(ZnGa2S4)和铝镓硫磷(AlGa2S4)两种形式。

它们具有良好的紫外发光效率，可操作性和宽的发射光谱宽度，能生成强大的紫外光。

金属氧化物也可以用作紫外光源材料，其代表材料有氧化铝铝(Al2O3)、氧化镁锰(MgO)和氧化铌酸锰(MnO2)等。

金属氧化物具有高紫外光发射效率、可操作性等优点，可以实现高亮度的紫外光发射。

2.紫外光源器件紫外光源器件是一种将能量转换为紫外光的器件，它有多种形式，如紫外发射二极管、光电晶体管、量子点器件和金属氧化物器件等。

紫外发射二极管是紫外光源器件的主要类型，它们可以将电能转换为紫外光，并具有低功耗、高效率、稳定性好等优点，可广泛应用于电子行业和光学领域。

光电晶体管是一种可以将电能转换为紫外光的二极管，由于它可以实现紫外和可见光的同步发射，因此具有很好的可操作性和可靠性。

量子点器件是一种用于发射紫外光的新型器件，它能有效地将电能转换为紫外光，并具有极高的紫外发射效率，可操作性好，比传统的紫外发射器件更加可靠，有利于实现紫外光发射节能减排。

金属氧化物器件是一种用于发射紫外光的新型器件，它具有高可操作性、高紫外发射效率、低能耗的优点。

固体紫外激光器原理引言：固体紫外激光器是一种基于固体材料的紫外激光器，具有较短的波长和高能量密度，被广泛应用于生物医学、材料加工、光谱分析等领域。

本文将介绍固体紫外激光器的工作原理及其相关技术。

一、固体紫外激光器的基本原理固体紫外激光器采用固体材料作为激光介质，其工作原理基于激光的受激辐射效应。

当固体介质受到外界能量激发时，处于基态的固体分子将吸收能量，其中的电子被激发到激发态。

然后，这些激发态的电子通过非辐射跃迁或受激辐射跃迁回到基态，释放出辐射能量。

这种辐射能量就是激光光子。

二、固体紫外激光器的结构和组成固体紫外激光器一般由激光介质、泵浦源、谐振腔和输出耦合器等部分组成。

1. 激光介质固体紫外激光器的激光介质通常采用具有较高激发态寿命和宽放大带宽的固体材料，如Nd:YAG、Nd:YVO4等。

这些固体材料具有优异的光学性能和较高的热导率，能够实现高效能量转换和热量散射。

2. 泵浦源固体紫外激光器的泵浦源一般采用强泵浦光源，如激光二极管、氙灯等。

这些泵浦光源能够提供足够的能量，将固体介质激发到激发态。

3. 谐振腔谐振腔是固体紫外激光器中的一个重要组成部分，用于增强激光的放大和反射。

谐振腔通常由两个反射镜构成，其中一个镜子具有较高的反射率，另一个镜子具有较低的反射率。

4. 输出耦合器输出耦合器用于从谐振腔中耦合出激光输出。

输出耦合器通常由一个半透明镜组成，能够将一部分光线透过，而反射一部分光线。

三、固体紫外激光器的工作过程固体紫外激光器的工作过程通常包括泵浦、激光放大和激光输出三个阶段。

1. 泵浦泵浦阶段是通过外界能量激发固体介质的过程。

泵浦光源产生的泵浦光通过输入端进入激光介质，将固体介质中的电子激发到激发态。

2. 激光放大激光放大阶段是指激发态的电子通过受激辐射跃迁或非辐射跃迁回到基态的过程。

在这个过程中，激发态的电子释放出辐射能量，并引起固体介质中的其他电子跃迁，形成激光放大。

3. 激光输出激光输出阶段是指经过谐振腔增强和输出耦合器耦合后，激光从激光器中输出的过程。

紫外激光器的发展及应用作者姓名:陈跃汉 081011136完成时间:2010年05月摘要:录了随着光电子技术的发展中紫外激光器的革命过程以及最新激光仪器,不同的激光仪器各有千秋,避免了上代仪器的缺点,以高重复率激光器和高功率激光器为例,分别代表了两种不同的脉冲激光器产品。

多年来紫外激光由气体激光器到固体激光器产生了一大飞跃,目前人们广泛使用的对宽禁带半导体进行打标的高重复率紫外激光器对半导体工业市场产生了巨大的影响。

未来科学家将努力把纳米技术运用到微型光电器件的组成中。

关键词:紫外激光器高重复率激光器高功率激光器宽禁带半导体紫外激光器的产生源于光电子技术的产生以及发展,首先从它的原理来说,紫外光波之所以优于红外光波以及可见光波主要是由于紫外激光可以直接破坏连接物质原子组分的化学键加工物质而不会破坏周围环境。

而以准分子激光器和离子激光器为代表的气体激光器是很多年来运用广泛对工业技术具有很大影响的紫外激光。

近十年中用激光二极管抽运的固体激光器技术不仅提高了功率,优化了模式质量而且使方向稳定性更加长期。

在一些工业中符合高重复率的紫外激光器要数对宽禁带半导体进行打标的紫外激光器,它避免了对晶片的微创。

当然激光二极管抽运的固体激光器还有体积小易操作等多种优点。

而科学家们更想在性能和体积上优化电子设备,所以纳米技术无疑成为了最好了选择。

本文主要介绍紫外激光器的原理以及常用的激光器,紫外激光器的优良性能,激光器的发展以及最新的激光器产品。

1 紫外激光器的原理除自由电子激光器外,各种激光器的基本工作原理均相同,产生激光的必不可少的条件就是离子数反转或者增益大于损耗,所以装置中必不可少的组成部分有激励(或抽运源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。

激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态,为实现并维持粒子数反转创造条件。

激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。

激光工作物质是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系,有时也称为激光增益媒质,它们可以是固体(晶体、玻璃、气体(原子气体、离子气体、分子气体、半导体和液体等媒质。