本技術涉及光電子和激光，特別是涉及一種全固態高功率連續波單頻紫外激光器。
背景技術：
1、紫外波段激光器具有波長短、能量集中、分辨率高等優點，在高密度光盤、物質表面改性、超微細加工、金屬探傷、紫外光刻等工業領域以及紫外線影、細胞解析、微型手術刀等醫學領域都具有廣泛的應用前景。尤其近年來連續波單頻266nm深紫外激光器在誘導熒光診斷、光生物學、大氣污染檢測、高分辨率光譜學等領域的不斷應用，引起了人們的高度重視，其較強的單色性及較窄的線寬特性對于提高分辨率及測量靈敏度、避免熒光干擾等具有重要的意義，被譽為研究化學、材料、生物學等最強大的工具之一。
2、全固態連續波單頻266nm紫外激光器的實現，主要基于非線性光學頻率轉換的外腔倍頻或者四倍頻全固態激光器獲得，與非固態設計、結構龐大復雜、功率消耗較大、成本較高的準分子激光器、離子激光器和自由電子激光器相比，具有光束質量高、噪聲低、線寬窄等優點，且結構緊湊、壽命長、可靠性較高，更有利于該波段激光器在前沿科學領域的應用且近年來隨著可見光波段激光技術的成熟和新型非線性晶體的涌現，紫外激光器的研究發展迅速，不斷向高功率、高光束質量、高穩定性方向發展。
3、對于266nm全固態紫外激光器的研究主要以脈沖激光器為主，連續波單頻激光器報道比較少。其中，比較有代表性的研究機構有日本大阪大學、索尼公司、德國拉姆公司等。連續波激光器方面，1995年，索尼公司michio等人采用長度為5mm的bbo晶體外腔倍頻532nm激光器，注入綠光功率為2.9w時，成功實現了最大功率為1.5w的連續波單頻266nm紫外激光的輸出，光-光轉換效率為52％。2008年，索尼公司t.südmeyer等人優化了bbo晶體的損傷閾值和綠光吸收系數、倍頻腔結構及pdh鎖腔方法，在采用光纖放大器將綠光輸出功率放大為20w的基礎上，外腔倍頻獲得了最高功率為12.2w的266nm紫外連續單頻激光輸出。但是由于bbo晶體的走離效應比較嚴重，這些bbo作為倍頻晶體的方案中，倍頻光輸出光束質量較差。2004年，日本應慶大學的jun?sakuma等人采用走離角度較小、布儒斯特角切割的clbo晶體(caesium?lithium?borate)作為外腔倍頻晶體，在532nm泵浦功率為10w時，獲得了5w的連續266nm紫外輸出，光束質量較好。但是由于clbo晶體具有高度吸濕性而易于潮解，較難空氣中長期工作，并不適用于全固態紫外激光器的長期穩定運轉，限制了其在商業高功率uv激光器中的應用。
4、2019年國防科技大學研究小組通過對中心波長為1014.8nm的半導體紅外激光器四倍頻的方案，獲得了輸出功率為25mw的253.7nm深紫外激光器，該系統中在lbo晶體二倍頻及bbo晶體四倍頻過程中均設計了微小型環形倍頻腔結構，大大濃縮了整個激光系統的體積，但該系統僅僅適用于小功率紫外激光的產生，而且實驗結果表明，bbo晶體對于可見光與紫外光具有較大吸收系數，導致該紫外激光器長期功率穩定性較差。山西大學基于全固態高功率連續波單頻532nm綠光激光器優勢，于2019年同樣開展了全固態連續波單頻266nm激光器的探索性實驗研究，采用i類臨界相位匹配的bbo晶體外腔倍頻全固態高功率nd:yvo4/lbo?532nm單頻綠光激光器，使用-couillaud偏振鎖定技術鎖定光學倍頻諧振腔結構，當注入單頻綠光功率為3w時，獲得了最高輸出功率為730mw的266nm連續波單頻激光輸出。但由于bbo晶體吸收基頻光與倍頻光導致的相位失配現象比較明顯，使得激光器樣機穩定工作輸出功率只能達到200mw，且受bbo晶體走離效應的影響，輸出光束質量較差。
技術實現思路
1、本技術的目的是提供一種全固態高功率連續波單頻紫外激光器，能夠在提高激光輸出穩定特性的同時，提高激光轉化效率，保證光束質量。
2、為實現上述目的，本技術提供了如下方案：
3、本技術提供了一種全固態高功率連續波單頻紫外激光器，包括：綠光激光器、光準直偏振聚焦結構、倍頻諧振腔、諧振腔鎖定結構和bbo晶體；
4、所述倍頻諧振腔沿激光傳輸方向包括入射鏡、第一反射鏡、第二反射鏡和出射鏡；所述倍頻諧振腔還包括壓電陶瓷；所述第一反射鏡固定在所述壓電陶瓷上；所述壓電陶瓷與所述諧振腔鎖定結構電連接；基于所述諧振腔鎖定結構的電壓輸出信號調整所述壓電陶瓷的伸縮量，以改變所述倍頻諧振腔的腔長；
5、所述bbo晶體設置在所述第二反射鏡和所述出射鏡之間的束腰處；
6、所述綠光激光器發射的激光經所述光準直偏振聚焦結構準直、偏振和聚焦后，入射至所述倍頻諧振腔中，穿過bbo晶體后進行出射。
7、可選地，所述光準直偏振聚焦結構沿激光傳輸方向依次包括：光準直單元、第三反射鏡、偏振控制單元和聚焦透鏡系統；綠光激光器發射的激光經所述光準直單元準直后，由所述第三反射鏡反射至所述偏振控制單元，改變入射激光的偏振態，聚焦透鏡系統將改變偏振態后的激光聚焦至諧振腔內。
8、可選地，所述光準直單元包括：第一平凸透鏡；所述第一平凸透鏡為準直透鏡；所述第一平凸透鏡用于將綠光激光器發射綠光準直為近平行光；近平行光是指以平行光為基準處于設定范圍內的光。
9、可選地，所述偏振控制單元包括：第一半波片、光隔離器和第二半波片；
10、所述第一半波片用于控制準直后綠光的偏振狀態；所述第二半波片用于調節透過光隔離器的激光偏振態，以滿足倍頻過程對于偏振態的要求。
11、可選地，所述聚焦透鏡系統包括第二平凸透鏡和平凹透鏡；第二平凸透鏡和平凹透鏡用于將改變偏振態的激光聚焦至諧振腔內，在入射鏡和第一反射鏡之間形成泵浦光腰斑。
12、可選地，本技術提供的全固態高功率連續波單頻紫外激光器，還包括：溫度控制系統；
13、所述溫度控制系統用于將所述bbo晶體的工作溫度提高至設定溫度值。
14、可選地，所述bbo晶體采用i類角度相位匹配的工作方式，產生倍頻光。
15、可選地，所述bbo晶體為設定尺寸的長方體；所述bbo晶體的兩個端面上均鍍有作用于基頻光和倍頻紫外光的減反膜。
16、可選地，諧振腔鎖定結構包括：第四反射鏡、四分之一波片、偏振分束棱鏡、第一探測器、減法器、pid鎖定裝置和第二探測器；
17、所述第一探測器、所述pid鎖定裝置和所述第二探測器均與所述減法器電連接；所述pid鎖定裝置與所述壓電陶瓷電連接；
18、將所述入射鏡的反射光和所述倍頻諧振腔的腔內循環光在所述入射鏡處的透射光組成的總光束經所述第四反射鏡的反射后入射至所述四分之一波片，得到圓偏振光；所述圓偏振光經所述偏振分束棱鏡后分成水平偏振光和豎直偏振光；所述水平偏振光經所述第一探測器轉換為第一電信號；所述豎直偏振光經所述第二探測器轉換為第二電信號；所述減法器基于所述第一電信號和所述第二電信號得到誤差信號；所述pid鎖定裝置對所述誤差信號進行響應和處理，得到所述電壓輸出信號。
19、可選地，所述bbo晶體的設定尺寸為4×4×4mm；所述bbo晶體的設定溫度值為150℃。
20、根據本技術提供的具體實施例，本技術具有了以下技術效果：
21、本技術提供了一種全固態高功率連續波單頻紫外激光器，通過設計倍頻諧振腔的具體結構，將bbo晶體設置在第二反射鏡和出射鏡之間的束腰處，可以保持較高的基頻光功率密度，提高倍頻效率和激光轉化效率，保證光束質量。并且，本技術通過設置諧振腔鎖定結構，采用偏振鎖定的方式調整壓電陶瓷的伸縮量，以精細調節倍頻諧振腔的腔長，進而可以將倍頻諧振腔實時鎖定到基頻光頻率上，實現高功率紫外倍頻輸出，提高激光輸出穩定特性。