一种紫外脉冲激光装置及输出光路自准直方法和应用

1.本技术涉及一种紫外脉冲激光装置及输出光路自准直方法和应用，特别涉及一种宽波段自调谐激光器及输出光路自准直方法属于激光技术领域。


背景技术：

2.紫外脉冲激光在精细加工、材料加工、纳米生物工程和科学研究等方面有着广泛的应用；有些应用还需要连续波长调谐输出的脉冲激光。非线性频率变换技术是实现紫外脉冲激光输出的最常用方法。然而对于强场紫外激光脉冲，影响非线性频率变换效率的因素主要是时域上群速失配和空间上的走离效应。最常用的解决方式是利用晶体的相位角补偿解决空间走离效应，插入延迟线补偿两个脉冲时间上走离现象从而解决群速失配问题。但对于要产生宽波段可调谐激光脉冲来说，产生不同波长的激光脉冲，其对应的晶体相位匹配角是不同的，延迟线之间的匹配距离也是不同的，并且由于晶体调谐角度有限和倍频效率问题使得同一光路可调谐的波长范围有限；特别是不同波长的输出激光，其指向稳定性不佳，难以准确照射在应用终端；且通过自动控制系统矫正激光指向性过程中，其激光指向变化可能导致打坏其他器件；并且如果波长调谐范围偏大时，激光指向偏转太大，会超出位置探测器的探测范围导致系统矫正失败。
3.因此提供一种能够自动连续输出所需波段的紫外脉冲激光装置和激光波长调谐过程中的输出光路自准直装置和自准直方法成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为了解决现在波长连续调谐输出的深紫外激光器其波长调谐过程中，群速失配补偿效果不佳，波长调谐范围不大；并且在调谐的过程中，输出光路易偏出准直系统的位置探测器；如果输出光路部分偏出位置探测器也会导致准直系统失灵等问题，本技术提出了一种能够自动连续输出所需波段的紫外脉冲激光装置。
5.本技术的一个方面，提供了一种紫外脉冲激光装置，所述紫外脉冲激光装置包括：
6.控制单元和沿光路方向设置的基频光源、波段产生单元、光束指向稳定单元；
7.所述控制单元用于控制波段产生单元、光束指向稳定单元的调整；
8.所述波段产生单元分为波段i产生模块、波段ii产生模块、波段iii产生模块，分别用于产生波段i、波段ii、波段iii；
9.所述光束指向稳定单元包括：电动控制镜片i、电动控制镜片ii、分束片i、分束片ii、位置探测器i、位置探测器ii、光闸；
10.沿光路方向依次设置的电动控制镜片i、分束片i、位置探测器i组成第i维校正输出光路；
11.沿光路方向依次设置的电动控制镜片i、分束片i、电动控制镜片ii、分束片ii、位置探测器ii组成第ii维校正输出光路；
12.所述控制单元控制所述电动控制镜片i、电动控制镜片ii、分束片i、分束片ii、位
置探测器i、位置探测器ii、光闸的动作。
13.可选地，所述紫外脉冲激光装置中，基频光源可调谐波长，也可调节功率。
14.可选地，所述电动控制镜片i在所述电动控制镜片ii前。
15.可选地，所述波段i产生模块包括沿光路方向依次设置的分束器i、二倍频晶体i、群速补偿晶体i、三倍频和频晶体、分束器ii、群速补偿晶体ii、四倍频和频晶体、合束器；
16.所述波段ii产生模块包括沿光路方向依次设置的分束器i、二倍频晶体ii、四倍频晶体、合束器；
17.所述波段iii产生模块包括沿光路方向依次设置的分束器i、二倍频晶体i、群速补偿晶体i、三倍频和频晶体、分束器ii、合束器；
18.所述基频光源的输出光路经分束器i到达所述波段产生单元，然后经所述合束器到达所述光束指向稳定单元。
19.可选地，所述紫外脉冲激光装置调谐的波段较大，受限于晶体调谐角度和倍频效率问题，共分三个波段产生，所述三个波段采用电动分束器、合束器控制，且各个波段间可自由转换。
20.可选地，所述群速补偿晶体位于所述倍频晶体和所述和频晶体之间，基频光经过所述倍频晶体产生的倍频光与基频光一起经过所述的群速补偿晶体后，再经过所述的和频晶体，得到和频激光。
21.可选地，所述控制单元用于控制所述二倍频晶体i、二倍频晶体ii、三倍频和频晶体、四倍频和频晶体、四倍频晶体的偏转角；
22.所述控制单元用于控制所述群速补偿晶体i、群速补偿晶体ii的入射角度；
23.所述控制单元用于控制所述分束器i、分束器ii、合束器的动作。
24.可选地，所述波段i产生模块产生的波段i的波长为195～207nm；
25.所述波段i的中心波长为200nm。
26.可选地，所述波段i产生的波长为195～207nm间。不同波长基频光经过二倍频、群速补偿晶体、三倍频和频、群速补偿晶体、四倍频和频变换后，产出所述该波段。该波段的中心波长是200nm。
27.可选地，所述波段ii产生模块产生的波段ii的波长为207～247.5nm；
28.所述波段ii的中心波长为225nm。
29.可选地，所述波段ii产生的波长为207～247.5nm间。不同波长基频光经过二倍频、四倍频变换后，产出所述该波段。该波段的中心波长是225nm。
30.可选地，所述波段iii产生模块产生的波段iii的波长为247.5～300nm；
31.所述波段iii的中心波长为266.7nm。
32.可选地，所述波段iii产生的波长为247.5～300nm间。不同波长基频光经过二倍频、群速补偿晶体、三倍频和频变换后，产出所述该波段。该波段的中心波长是266.7nm。
33.可选地，所述电动控制镜片i和/或电动控制镜片ii为反射镜；
34.所述反射镜设有正交的两个调整架，分别对应输出光路的激光光斑偏离位置探测器i和/或位置探测器ii的正交两个方向。
35.本技术的另一个方面，提供一种输出光路自准直方法，采用上述的紫外脉冲激光装置；
36.所述输出光路自准直方法包括以下步骤：
37.(1)所述基频光源输出的输出光路，经所述波段产生单元、所述电动控制镜片i、所述分束片i到达所述位置探测器i的位置；
38.若所述位置探测器i探测到的激光光斑i偏离所述位置探测器i的中心位置，则调整所述电动控制镜片i直到激光光斑i在所述位置探测器i的中心位置为止；
39.(2)所述基频光源输出的输出光路，经所述波段产生单元、所述电动控制镜片i、所述分束片i、电动控制镜片ii、所述分束片ii到达所述位置探测器ii的位置；
40.若所述位置探测器ii探测到的激光光斑ii偏离所述位置探测器ii的中心位置，则调整所述电动控制镜片ii直到激光光斑ii在所述位置探测器ii的中心位置为止。
41.可选地，所述步骤(1)和/或步骤(2)还包括：
42.对所述激光光斑i和/或所述激光光斑ii分别在所述位置探测器i和/或位置探测器ii上的光斑进行图像采集，然后光斑灰度化，再提取光斑的轮廓，对轮廓进行圆拟合。
43.可选地，所述位置探测器i探测到的激光光斑i和/或所述位置探测器ii探测到的激光光斑ii包括完整光斑和/或部分光斑。
44.可选地，所述步骤(1)和/或步骤(2)还包括：根据圆拟合获得的圆轮廓进行光斑调整，所述光斑调整的方法包括：
45.s1、提取拟合的圆轮廓的最上方位置值y1和最下方位置值y2，计算中间位置y并跟所对应的位置探测器i和/或位置探测器ii的中心位置y0比较；
46.s2、当y高于y0时，调低所对应的电动控制镜片i和/或电动控制镜片ii的y轴调整架，当y低于y0时，调高所对应的电动控制镜片i和/或电动控制镜片ii的y轴调整架，直到y和y0重合为止；
47.所述y和y0重合是指在误差范围内的重合；
48.s3：提取拟合的圆轮廓的最左边位置值x1和最右边位置值x2，计算中间位置x并跟所对应的位置探测器i和/或位置探测器ii的中心位置x0比较；
49.s4：当x偏左于x0时，调右所对应的电动控制镜片i和/或电动控制镜片ii的x轴调整架，当x偏右于x0时，调左所对应的电动控制镜片i和/或电动控制镜片ii的x轴调整架，直到x和x0重合为止；
50.所述x和x0重合是指在误差范围内的重合；
51.s5：当波长调谐的范围较大时，比如从波段1跳到波段3，或者在同一个波段，但从波段的一端跳到波段的另一端时，需要先调谐到该波段的中间位置后再调谐到对应的波长位置，这样可以避免波长调谐范围太大时，输出激光偏出位置探测器而出现自准直失败现象。
52.可选地，所述输出光路自准直方法还包括：
53.所述输出光路自准直的过程中，关闭所述光闸；
54.所述输出光路自准直校正完成后，打开光闸出光。
55.本技术的又一个方面，提供一种一种脉冲激光产生的方法，所述方法采用上述的紫外脉冲激光装置；
56.所述方法包括：
57.m1、所述控制系统调节基频光源输出设定的波长和功率；
58.m2、所述控制系统调节所述波段产生单元到达设定的位置；
59.m3、按照上述的输出光路自准直方法，对输出的光路进行校正，校正后输出所需的脉冲激光。
60.其中，所述m2包括调节二倍频晶体i、三倍频和频晶体、四倍频和频晶体、二倍频晶体ii、四倍频晶体的相位匹配角；
61.所述m2还包括调节群速补偿晶体i、群速补偿晶体ii的入射角；
62.所述m2还包括分束器i、分束器ii、合束器到达所述待输出的波段的光路。
63.可选地，所述方法还包括跨波段调谐产生脉冲激光的方法，包括以下步骤：
64.m4-1、按照上述的输出光路自准直方法，对已产生的脉冲激光的输出光路的指向稳定性进行校正；
65.m5-1、按照m1～m3的步骤，输出待产生的脉冲激光所属波段的中心波长，按照上述的输出光路自准直方法进行输出光路指向稳定性校正；
66.m6-1、按照m1～m3的步骤，输出待产生的脉冲激光的波长，按照上述的输出光路自准直方法进行输出光路指向稳定性校正。
67.可选地，所述方法还包括同波段调谐产生脉冲激光的方法，包括以下步骤：
68.m4-2、按照上述的输出光路自准直方法，对已产生的脉冲激光的输出光路的指向稳定性进行校正；
69.m5-2、按照m1～m3的步骤，输出已产生的的脉冲激光所属波段的中心波长，按照上述的输出光路自准直方法进行输出光路指向稳定性校正；
70.m6-2、按照m1～m3的步骤，输出待产生的脉冲激光的波长，按照上述的输出光路自准直方法进行输出光路指向稳定性校正，其中，所述待产生的脉冲激光的波长与所述m4-2中已产生的脉冲激光为同一波段。
71.可选地，所述同波段调谐产生脉冲激光的方法适用于波段iii。
72.本技术的再一个方面，提供一种上述的紫外脉冲激光装置或上述的输出光路自准直方法或上述的脉冲激光产生的方法在激光产生装置上的应用，所述激光产生装置包括宽波段自调谐紫外激光器。
73.本技术能产生的有益效果包括：
74.1)本技术通过自动调整基频光波长、相应的晶体匹配角度和插入相应的延迟线，从而产生相应波长的脉冲激光，并通过三段式光路切换产生宽波段紫外脉冲激光；最后通过自准直系统实时调整输出激光指向稳定性；即本技术提供的脉冲激光发生装置能自动、连续、稳定的输出所需要波长的脉冲激光。
75.2)本技术还可以通过曲线拟合，对输出激光光斑部分超出位置探测器范围进行指向稳定性校正；还可以通过调整基频光的功率、输出阀门的控制来避免在输出激光自准直过程中打坏其他器件。
附图说明
76.图1为本技术实施例中一种宽波段自调谐紫外激光器的结构示意图；
77.图2为本技术实施例中光束指向稳定单元的示意图；
78.图3为本技术实施例中光斑处理步骤示意图，其中，(a)图为原始光斑，(b)图为光
斑轮廓，(c)图为轮廓圆拟合；
79.图4为本技术实施例中光斑轮廓圆拟合在位置探测器中的位置图；
80.图5为本技术实施例中部分光斑处理步骤示意图，其中，(a)图为原始光斑，(b)图为为光斑轮廓，(c)图为轮廓弧线拟合；
81.图6为本技术实施例中根据轮廓弧线推导出光斑轮廓圆拟合在位置探测器中的位置图。
82.部件和附图标记列表：
83.1、基频光源；2、分束器i；3、二倍频晶体ii；4、四倍频晶体；
84.5、二倍频晶体i；6、三倍频和频晶体；7、分束器ii；8、四倍频和频晶体；9、合束器；10、群速补偿晶体i；11、群速补偿晶体ii；
85.12、电动控制镜片i；13、位置探测器i；14、分束片i；15、电动控制镜片ii；16、分束片ii；17、位置探测器ii；18、光闸、19、控制系统。
具体实施方式
86.下面结合实施例详述本技术，但本技术并不局限于这些实施例。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
87.除非另有说明，以下实施例中使用的材料和仪器均为市售商品，或者可以通过已知方法制备
88.实施例1
89.如图1、2所示，一种宽波段自调谐紫外激光器，包括控制系统19、沿光路方向设置的基频光源、波段产生单元、光束指向稳定单元；其中，控制系统19用于控制基频光源、波段产生单元、光束指向稳定单元的调整；
90.所述光束指向稳定单元包括：电动控制镜片i12、电动控制镜片ii 15、分束片i14、分束片ii 16、位置探测器i13、位置探测器ii 17、光闸18；其中，沿光路方向依次设置的电动控制镜片i12、分束片i14、位置探测器i13组成第i维校正输出光路；沿光路方向依次设置的电动控制镜片i12、分束片i14、电动控制镜片ii 15、分束片ii 16、位置探测器ii 17组成第ii维校正输出光路；
91.所述控制系统19控制所述电动控制镜片i12、电动控制镜片ii 15、分束片i14、分束片ii 16、位置探测器i13、位置探测器ii 17、光闸18的动作；
92.所述波段产生单元分为波段i产生模块、波段ii产生模块、波段iii产生模块，分别用于产生波段i、波段ii、波段iii；
93.所述波段i产生模块包括沿光路方向依次设置的分束器i 2、二倍频晶体i 5、群速补偿晶体i10、三倍频和频晶体6、分束器ii 7、群速补偿晶体ii 11、四倍频和频晶体8、合束器9；
94.所述波段ii产生模块包括沿光路方向依次设置的分束器i 2、二倍频晶体ii 3、四倍频晶体4、合束器9；
95.所述波段iii产生模块包括沿光路方向依次设置的分束器i 2、二倍频晶体i 5、群速补偿晶体i10、三倍频和频晶体6、分束器ii 7、合束器9。
96.实施例2
97.结合如图1-4所示的示意图，详细说明输出光路自准直方法；采用实施例1获得的宽波段自调谐紫外激光器，其具体步骤如下：
98.s1：控制系统19控制关闭光闸18，从合束器9出来的输出光路经过分束片i14达到位置探测器i13的位置，采集位置探测器i13上的光斑20，然后对光斑灰度化，再提取光斑图像的轮廓21，对轮廓进行圆拟合22。
99.s2：提取拟合圆轮廓22的最上方位置值y1和最下方位置值y2，计算它们的中间位置y并跟位置探测器i13的中心位置y0比较；当y高于y0时，控制系统19调低电动控制镜片i12的y轴调整架，当y低于y0时，控制系统19调高电动控制镜片i12的y轴调整架，直到y和y0重合为止；
100.s3：提取拟合圆轮廓22的最左边位置值x1和最右边位置值x2，计算它们的中间位置x并跟位置探测器i13的中心位置x0比较；当x偏左于x0时，控制系统19往右调电动控制镜片i12的x轴调整架，当x偏右于x0时，控制系统19往左调电动控制镜片i12的x轴调整架，直到x和x0重合为止；
101.s4：输出光路经过分束片ii 16达到位置探测器ii 17的位置，采集位置探测器ii 17上的光斑20，然后对光斑灰度化，再提取光斑图像的轮廓21，对轮廓进行圆拟合22。
102.s5：提取拟合圆轮廓22的最上方位置值y1和最下方位置值y2，计算它们的中间位置y并跟位置探测器ii 17的中心位置y0比较；当y高于y0时，控制系统19调低电动控制镜片ii 15的y轴调整架，当y低于y0时，控制系统19调高电动控制镜片ii 15的y轴调整架，直到y和y0重合为止；
103.s6：提取拟合圆轮廓22的最左边位置值x1和最右边位置值x2，计算它们的中间位置x并跟位置探测器ii 17的中心位置x0比较；当x偏左于x0时，控制系统19往右调电动控制镜片ii 15的x轴调整架，当x偏右于x0时，控制系统19往左调电动控制镜片ii 15的x轴调整架，直到x和x0重合为止；
104.s7：输出光路指向稳定校正完成后，控制系统19控制打开光闸18，输出所需要波长的脉冲激光。
105.实施例3
106.结合如图1-4所示的示意图，采用实施例1获得的宽波段自调谐紫外激光器，详细说明波段i产生波长为196nm的脉冲激光；其具体步骤如下：
107.s1：控制系统19调节基频光源1到设定的波长和功率；
108.s2：控制系统19调节二倍频晶体i 5相位匹配角，三倍频和频晶体6相位匹配角，四倍频和频晶体8相位匹配角到设定的位置；
109.s3：控制系统19调节群速补偿晶体i10入射角，群速补偿晶体ii 11入射角到设定的位置；
110.s4：控制系统切换分束器i 2，分束器ii 7，合束器9到波段i的光路；
111.s5：按照实施例2的方法对输出光路指向稳定进行校正，校正后输出所需要的196nm波长的脉冲激光。
112.实施例4
113.结合如图1-4所示的示意图，采用实施例1获得的宽波段自调谐紫外激光器，详细
说明波段iii产生波长为300nm的脉冲激光；其具体步骤如下：
114.s1：控制系统19调节基频光源1到设定的波长和功率；
115.s2：控制系统19调节二倍频晶体i 5相位匹配角，三倍频和频晶体6相位匹配角到设定的位置；
116.s3：控制系统19调节群速补偿晶体i10入射角到设定的位置；
117.s4：控制系统19切换分束器i 2，分束器ii 7，合束器9到波段iii的光路；
118.s5：按照实施例2的方法对输出光路指向稳定进行校正，校正后输出所需要的300nm波长的脉冲激光。
119.实施例5
120.结合如图1-4所示的示意图，采用实施例1获得的宽波段自调谐紫外激光器，详细说明波段ii产生波长为230nm的脉冲激光；其具体步骤如下：
121.s1：控制系统19调节基频光源1到设定的波长和功率；
122.s2：控制系统19调节二倍频晶体ii 3相位匹配角，四倍频晶体4相位匹配角到设定的位置；
123.s3：控制系统19切换分束器i 2，合束器9到波段ii的光路；
124.s5：按照实施例2的方法对输出光路指向稳定进行校正，校正后输出所需要的230nm波长的脉冲激光。
125.实施例6
126.结合如图1-4所示的示意图，采用实施例1获得的宽波段自调谐紫外激光器，详细说明跨波段调谐时，产生脉冲激光的方法。比如输出脉冲激光现在波长在196nm时，要产生波长为300nm的脉冲激光；其具体步骤如下：
127.s1：按照实施例2的方法对现在输出光路指向稳定进行校正；
128.s2：按照实施例4的方法产生波段iii的中心波长266.7nm的脉冲激光；
129.s3：按照实施例2的方法对中心波长266.7nm的输出光路指向稳定进行校正；
130.s4：按照实施例4的方法产生波长300nm的脉冲激光；
131.s5：按照实施例2的方法对波长300nm的输出光路指向稳定进行校正。
132.实施例7
133.结合如图1-4所示的示意图，采用实施例1获得的宽波段自调谐紫外激光器，详细说明同波段大范围调谐时，产生脉冲激光的方法，该方法主要应用于波段iii。比如输出脉冲激光现在波长在300nm时，要产生波长为248nm的脉冲激光；其具体步骤如下：
134.s1：按照实施例2的方法对现在输出光路指向稳定进行校正；
135.s2：按照实施例4的方法产生波段iii的中心波长266.7nm的脉冲激光；
136.s3：按照实施例2的方法对中心波长266.7nm的输出光路指向稳定进行校正；
137.s4：按照实施例4的方法产生波长248nm的脉冲激光；
138.s5：按照实施例2的方法对波长248nm的输出光路指向稳定进行校正。
139.实施例8
140.结合如图1、2、5、6所示的示意图，采用实施例1获得的宽波段自调谐紫外激光器，详细说明输出光斑部分在位置探测器上时输出光路的自准直方法；其具体步骤如下：
141.s1：控制系统19控制关闭光闸18，从合束器9出来的输出光路经过分束片i14达到
位置探测器i13的位置，采集位置探测器i13上的光斑23，然后对光斑灰度化，再提取光斑图像的轮廓24，对轮廓进行弧线拟合25，根据该拟合弧线25推导出拟合圆26。
142.s2：提取拟合圆轮廓26的最上方位置值y1和最下方位置值y2，计算它们的中间位置y并跟位置探测器i13的中心位置y0比较；当y高于y0时，控制系统19调低电动控制镜片i12的y轴调整架，当y低于y0时，控制系统19调高电动控制镜片i12的y轴调整架，直到y和y0重合为止；
143.s3：提取拟合圆轮廓26的最左边位置值x1和最右边位置值x2，计算它们的中间位置x并跟位置探测器i13的中心位置x0比较；当x偏左于x0时，控制系统19往右调电动控制镜片i12的x轴调整架，当x偏右于x0时，控制系统19往左调电动控制镜片i12的x轴调整架，直到x和x0重合为止；
144.s4：输出光路经过分束片ii 16达到位置探测器17的位置，采集位置探测器ii 17上的光斑23，然后对光斑灰度化，再提取光斑图像的轮廓24，对轮廓进行弧线拟合25，根据该拟合弧线25推导出拟合圆26。
145.s5：提取拟合圆轮廓26的最上方位置值y1和最下方位置值y2，计算它们的中间位置y并跟位置探测器ii 17的中心位置y0比较；当y高于y0时，控制系统19调低电动控制镜片ii 15的y轴调整架，当y低于y0时，控制系统19调高电动控制镜片ii 15的y轴调整架，直到y和y0重合为止；
146.s6：提取拟合圆轮廓26的最左边位置值x1和最右边位置值x2，计算它们的中间位置x并跟位置探测器ii 17的中心位置x0比较；当x偏左于x0时，控制系统19往右调电动控制镜片ii 15的x轴调整架，当x偏右于x0时，控制系统19往左调电动控制镜片ii 15的x轴调整架，直到x和x0重合为止；
147.s7：输出光路指向稳定校正完成后，控制系统19控制打开光闸18，输出所需要波长的脉冲激光。
148.以上所述，仅是本技术的几个实施例，并非对本技术做任何形式的限制，虽然本技术以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

技术特征：
1.一种紫外脉冲激光装置，其特征在于，包括：控制单元和沿光路方向设置的基频光源、波段产生单元、光束指向稳定单元；所述控制单元用于控制波段产生单元、光束指向稳定单元的调整；所述波段产生单元分为波段i产生模块、波段ii产生模块、波段iii产生模块，分别用于产生波段i、波段ii、波段iii；所述光束指向稳定单元包括：电动控制镜片i、电动控制镜片ii、分束片i、分束片ii、位置探测器i、位置探测器ii、光闸；沿光路方向依次设置的电动控制镜片i、分束片i、位置探测器i组成第i维校正输出光路；沿光路方向依次设置的电动控制镜片i、分束片i、电动控制镜片ii、分束片ii、位置探测器ii组成第ii维校正输出光路；所述控制单元控制所述电动控制镜片i、电动控制镜片ii、分束片i、分束片ii、位置探测器i、位置探测器ii、光闸的动作。2.根据权利要求1所述的紫外脉冲激光装置，其特征在于，所述波段i产生模块包括沿光路方向依次设置的分束器i、二倍频晶体i、群速补偿晶体i、三倍频和频晶体、分束器ii、群速补偿晶体ii、四倍频和频晶体、合束器；所述波段ii产生模块包括沿光路方向依次设置的分束器i、二倍频晶体ii、四倍频晶体、合束器；所述波段iii产生模块包括沿光路方向依次设置的分束器i、二倍频晶体i、群速补偿晶体i、三倍频和频晶体、分束器ii、合束器；所述基频光源的输出光路经分束器i到达所述波段产生单元，经所述合束器到达所述光束指向稳定单元。3.根据权利要求2所述的紫外脉冲激光装置，其特征在于，所述控制单元用于控制所述二倍频晶体i、二倍频晶体ii、三倍频和频晶体、四倍频和频晶体、四倍频晶体的偏转角；所述控制单元用于控制所述群速补偿晶体i、群速补偿晶体ii的入射角度；所述控制单元用于控制所述分束器i、分束器ii、合束器的动作。4.根据权利要求1所述的紫外脉冲激光装置，其特征在于，所述波段i产生模块产生的波段i的波长为195～207nm；所述波段i的中心波长为200nm；优选地，所述波段ii产生模块产生的波段ii的波长为207～247.5nm；所述波段ii的中心波长为225nm；优选地，所述波段iii产生模块产生的波段iii的波长为247.5～300nm；所述波段iii的中心波长为266.7nm。5.根据权利要求1所述的紫外脉冲激光装置，其特征在于，所述电动控制镜片i和/或电动控制镜片ii为反射镜；所述反射镜设有正交的两个调整架，分别对应输出光路的激光光斑偏离位置探测器i和/或位置探测器ii的正交两个方向。6.一种输出光路自准直方法，其特征在于，
采用权利要求1～5任一项所述的紫外脉冲激光装置；包括以下步骤：(1)所述基频光源输出的输出光路，经所述波段产生单元、所述电动控制镜片i、所述分束片i到达所述位置探测器i的位置；若所述位置探测器i探测到的激光光斑i偏离所述位置探测器i的中心位置，则调整所述电动控制镜片i直到激光光斑i在所述位置探测器i的中心位置为止；(2)所述基频光源输出的输出光路，经所述波段产生单元、所述电动控制镜片i、所述分束片i、电动控制镜片ii、所述分束片ii到达所述位置探测器ii的位置；若所述位置探测器ii探测到的激光光斑ii偏离所述位置探测器ii的中心位置，则调整所述电动控制镜片ii直到激光光斑ii在所述位置探测器ii的中心位置为止。7.根据权利要求6所述的输出光路自准直方法，其特征在于，所述步骤(1)和/或步骤(2)还包括：对所述激光光斑i和/或所述激光光斑ii分别在所述位置探测器i和/或位置探测器ii上的光斑进行图像采集，然后光斑灰度化，再提取光斑的轮廓，对轮廓进行圆拟合；优选地，所述位置探测器i探测到的激光光斑i和/或所述位置探测器ii探测到的激光光斑ii包括完整光斑和/或部分光斑。8.根据权利要求7所述的输出光路自准直方法，其特征在于，所述步骤(1)和/或步骤(2)还包括：根据圆拟合获得的圆轮廓进行光斑调整，所述光斑调整的方法包括：s1、提取拟合的圆轮廓的最上方位置值y1和最下方位置值y2，计算中间位置y并跟所对应的位置探测器i和/或位置探测器ii的中心位置y0比较；s2、当y高于y0时，调低所对应的电动控制镜片i和/或电动控制镜片ii的y轴调整架，当y低于y0时，调高所对应的电动控制镜片i和/或电动控制镜片ii的y轴调整架，直到y和y0重合为止；s3：提取拟合的圆轮廓的最左边位置值x1和最右边位置值x2，计算中间位置x并跟所对应的位置探测器i和/或位置探测器ii的中心位置x0比较；s4：当x偏左于x0时，调右所对应的电动控制镜片i和/或电动控制镜片ii的x轴调整架，当x偏右于x0时，调左所对应的电动控制镜片i和/或电动控制镜片ii的x轴调整架，直到x和x0重合为止；优选地，所述输出光路自准直方法还包括：所述输出光路自准直的过程中，关闭所述光闸；所述输出光路自准直校正完成后，打开光闸出光。9.一种脉冲激光产生的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1～5任一项所述的紫外脉冲激光装置；所述方法包括：m1、所述控制系统调节基频光源输出设定的波长和功率；m2、所述控制系统调节所述波段产生单元到达设定的位置；m3、按照权利要求6～8任一项所述的输出光路自准直方法，对输出的光路进行校正，校正后输出所需的脉冲激光；
优选地，所述方法还包括跨波段调谐产生脉冲激光的方法，包括以下步骤：m4-1、按照权利要求6～8任一项所述的输出光路自准直方法，对已产生的脉冲激光的输出光路的指向稳定性进行校正；m5-1、按照m1～m3的步骤，输出待产生的脉冲激光所属波段的中心波长，按照权利要求6～8任一项所述的输出光路自准直方法进行输出光路指向稳定性校正；m6-1、按照m1～m3的步骤，输出待产生的脉冲激光的波长，按照权利要求6～8任一项所述的输出光路自准直方法进行输出光路指向稳定性校正；优选地，所述方法还包括同波段调谐产生脉冲激光的方法，包括以下步骤：m4-2、按照权利要求6～8任一项所述的输出光路自准直方法，对已产生的脉冲激光的输出光路的指向稳定性进行校正；m5-2、按照m1～m3的步骤，输出已产生的的脉冲激光所属波段的中心波长，按照权利要求6～8任一项所述的输出光路自准直方法进行输出光路指向稳定性校正；m6-2、按照m1～m3的步骤，输出待产生的脉冲激光的波长，按照权利要求6～8任一项所述的输出光路自准直方法进行输出光路指向稳定性校正，其中，所述待产生的脉冲激光的波长与所述m4-2中已产生的脉冲激光为同一波段。10.一种权利要求1～5任一项所述的紫外脉冲激光装置或权利要求6～9任一项所述的输出光路自准直方法或权利要求9所述的脉冲激光产生的方法在激光产生装置上的应用，其特征在于，所述激光产生装置包括宽波段自调谐紫外激光器。

技术总结
本申请公开了一种紫外脉冲激光装置及输出光路自准直方法和应用，包括：控制单元和沿光路方向设置的基频光源、波段产生单元、光束指向稳定单元；所述波段产生单元分为波段I产生模块、波段II产生模块、波段III产生模块，分别用于产生波段I、波段II、波段III；所述光束指向稳定单元包括电动控制镜片I、电动控制镜片II、分束片I、分束片II、位置探测器I、位置探测器II、光闸。通过自动调整基频光波长、相应的晶体匹配角度和插入相应的延迟线，从而产生相应波长的脉冲激光，并通过三段式光路切换产生宽波段紫外脉冲激光；最后通过自准直系统实时调整输出激光指向稳定性。整输出激光指向稳定性。


技术研发人员：阮开明 黄海洲 刘华刚 林文雄 王宇超
受保护的技术使用者：中国科学院福建物质结构研究所
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/7/26