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體布拉格光柵作為緊湊的色散器件，可用于啁啾脈沖放大激光系統(tǒng)中實現(xiàn)脈沖展寬或壓縮的功能，尤其是大色散量的體布拉格光柵能夠將啁啾脈沖展寬到數(shù)百皮秒（或將數(shù)百皮秒啁啾脈沖壓縮至飛秒），支持了大能量超短脈沖激光系統(tǒng)的運行。

體布拉格光柵脈沖展寬器（或壓縮器）結構緊湊、組裝便捷、調試簡單，是緊湊型飛秒激光系統(tǒng)的最佳色散補償器件之一，因而奧創(chuàng)光子致力于將其制作和應用技術提升到關鍵戰(zhàn)略元器件的高度，體布拉格光柵的制備工藝及相關制備、檢測設備也是奧創(chuàng)光子布局的外圍關鍵器材。

體光柵基質熱光玻璃（PTR玻璃）的光學特性決定了其對波長325nm的紫外光最為敏感，因而325nm波長紫外激光器是紫外曝光刻寫體光柵的有效光源；傳統(tǒng)制作體光柵的紫外光源采用波長匹配的氦鎘激光器，這種氣體激光器使用壽命較固體激光器短，且日常維護復雜。從制作設備的穩(wěn)定性、可靠性角度出發(fā)，奧創(chuàng)光子采用固體激光方案研發(fā)了波長接近熱光玻璃吸收峰的330nm固體紫外激光器，即將開展基于此激光器的熱光玻璃內部光柵刻寫實驗。除此應用之外，波長330nm紫外激光器也是能夠在納離子導星應用中有效產生單光子激發(fā)的光源。

奧創(chuàng)光子固體激光實驗室開發(fā)的330nm波長紫外激光基于Nd:YAG激光晶體的1319nm紅外激光輻射形成的基頻激光。該波長基頻光經過二倍頻、四倍頻過程，可輸出四倍頻的330nm紫外激光。

圖1.330nm紫外激光器實驗裝置示意圖

這種全固態(tài)紫外激光器的實驗裝置如圖1。激光器基本結構為側面泵浦的直線諧振腔，內置聲光調制器作為Q開關實現(xiàn)1319nm激光的調Q脈沖輸出，便于提升倍頻效率。端鏡M1、M2構成激光諧振腔，其中M1是曲面曲率半徑500mm的平凸鏡，凸面作為諧振腔反射腔鏡，鍍膜1319nm反射率>99.5%，900~1100nm波段反射率<0.5%；M2是曲面曲率半徑500mm的平凸鏡，凸面作為諧振腔反射腔鏡，鍍膜 900~1100nm波段反射率<0.5%，1319nm反射率~90%，成為1319nm激光諧振腔的輸出腔鏡。

設計這種雙凸諧振腔的出發(fā)點在于提升腔內振蕩模體積，同時這種非穩(wěn)腔可以支持較好的輸出橫模模式，實現(xiàn)基模激光振蕩。泵浦源采用2個808nm側泵Nd:YAG模塊，每個模塊激光棒側面有3個808nm半導體激光器陣列，每一個陣列有四個20W功率的808nm的半導體激光器，構成了總泵浦光功率480W的側泵系統(tǒng)。側泵Nd:YAG模塊中的Nd:YAG激光棒尺寸φ 3 mm × 80 mm，釹離子摻雜原子百分比0.6%，激光晶體兩端鍍覆蓋1064nm及1319nm的AR膜（R<0.2%），杜絕自激振蕩；兩個激光模塊之間裝有旋光90°的石英片，目的是補償熱效應引起激光晶體的雙折射效應。

調Q元件采用1.3um波段聲光開關。M3是鍍金的衍射光柵，衍射效率>85%，具有高刻線密度，能夠將發(fā)射譜接近的兩個波長1319nm、1338nm的光線以一定的角度朝不同方向衍射，起到了選波長的作用；同時衍射光柵的偏振特性也可以作為諧振腔內的起偏器件，使激光諧振輸出線偏振光。將調Q重復頻率設置為與泵浦源的脈沖泵浦頻率一致，在1KHz重復頻率時1319nm激光輸出功率隨側泵模塊泵浦電流變化如圖2，輸出激光的光束質量測量如圖3，可見M2值在最大輸出功率下能夠保持在~1.60，維持了基橫模輸出，為后續(xù)的激光諧波轉換提供了較好的光強空間分布。

圖3.波長1319nm輸出激光的光束質量測量

倍頻系統(tǒng)包括了二倍頻光路和四倍頻光路。期中二倍頻的基頻光聚焦透鏡f1焦距300mm，LBO1是4╳4╳45mm3LBO倍頻晶體，采用II 類非臨界相位匹配(θ = 1.9°, ? = 0°)，相位匹配溫度42℃。f1匯聚光束腰斑在LBO1晶體中間位置，晶體兩端面鍍1319nm和660nm的AR膜（R<0.2%）。

45°放置的M4平面反射鏡鍍膜1319nm HR(R>99%)，用于將基頻光導入倍頻光路；平面雙色膜反射鏡M5和M6鍍以45℃入射1319nm HT(T>98%)和660nm HR（R>99%），可以濾除二倍頻過程殘余的紅外基頻光，保持僅有660nm紅光進入四倍頻光路。λ/2是660nm的1/2波片，用于調整四倍頻之前的光場偏振方向；f2和f3構成望遠鏡系統(tǒng)，使660nm激光束光斑減小為原來光斑的1/2（半徑~350um）；這樣經過整形的光束入射到對660nm激光進行二倍頻的LBO晶體（4╳4╳30mm3）LBO2上，采用Ⅰ類相位匹配(θ = 90°, ? = 49.7°)實現(xiàn)四倍頻的諧波轉換。

使用石英楔形鏡wedge對穿過LBO2的紅光/紫外混雜光束進行折射，以分開兩束光的傳播方向，實現(xiàn)分光的目的。激光功率計監(jiān)測紫外光的平均功率，旋轉λ/2，使330nm四倍頻激光輸出功率最高。圖4是330nm紫外激光功率隨著1319nm基頻光功率變化動力學曲線。圖5、圖6分別是330nm脈寬及遠場光斑的測量圖、330nm紫外激光功率0.65W，能夠滿足光刻等精密干涉曝光應用的需求。

圖6. 紫外激光光斑圖樣（可見光相機拍攝）