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中實現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百皮秒（或將數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的最佳色散補償器件之一，因而奧創光子致力于將其制作和應用技術提升到關鍵戰略元器件的高度，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。從制作設備的穩定性、可靠性角度出發，奧創光子采用固體激光方案研發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的光源。

奧創光子固體激光實驗室開發的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點在于提升腔內振蕩模體積，同時這種非穩腔可以支持較好的輸出橫模模式，實現基模激光振蕩。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。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，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，實現分光的目的。激光功率計監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）