三、光纤耦合的二极管端面泵浦和侧面泵浦固体激光器
针对这一弱点,人们又进一步发展了光纤耦合的端面泵浦和侧面泵浦方式。端面泵浦激光器由激光二极管、两个聚焦系统、耦合光纤、工作物质和输出反射镜组成。与直接端面泵浦不同,这种结构首先把激光二极管发射的光束质量很差的激光耦合到光纤中,经过一段光纤传输后,从光纤中出射的光束变成散角较小的、圆对称的、中间部分光强最大的泵浦光束。用这一输出的泵浦光去泵浦工作物质,由于它和振荡激光在空间上匹配得很好,因此泵浦效率很高。由于激光二极管或二极管阵列与光纤间的耦合较与工作物质的耦合容易,从而降低了对器件调整的要求。而且最重要的是这种耦合方式能使固体激光器输出模式好、效率高的激光束。
侧面泵浦板条固体激光器要得到更大功率的激光输出,就必然要采用泵浦功率较大的阵列型激光二极管,由于阵列二极管的发光面较大,不可能利用端面泵浦,因此,大多采用侧泵浦方式。这种结构的特点是,在工作板条的一侧用激光二极管阵列,另一侧是全反器,使泵浦光尽量集中到工作物质中。板条状激光器结构的特点是,激光通过工作物质介质全内反射传输,这样,激光经过工作物质的长度就大于工作物质的外形长度,即提供了更长的有效长度。在有效长度内,工作物质皆可直接吸收到由激光二极管发射的泵浦光,从而较易获得大功率输出,研究开发的重点就在于发展大功率的端面泵浦固体激光器,从激光二极管发出的光束经光学耦合从侧面泵浦激光晶体,从而获得单级输出的激光;并可以根据所要得到的输出功率要求而改变激光工作物质的长度而改变激光二极管泵浦的效率和功率。
四、国内外大功率二极管泵浦固体激光器应用发展水平
目前,国外二极管泵浦固体激光器市场化水平已经达到数百瓦,实验室水平已经达到千瓦级,安特激光公司10W 级光纤耦合端面泵浦激光器和100W 侧面泵浦固体激光器均已形成产业化规模,现正推出300W 二极管泵浦固体激光器,但是与国外水平还存在一定差距。在应用上,大功率二极管泵浦固体激光器以材料加工为主,包括了常规的激光加工:主要是材料加工,如激光标记、激光焊接、激光切割和打孔等,结构紧凑、性能良好、工作可靠的大功率二极管泵浦固体激光打标机产品系列已经在国内得到了规模应用,利用固体激光器能量大、峰值功率高的特点,可开发出二极管泵浦固体激光器的焊接机、切割机、打孔机等。激光微加工、激光精密加工也都有广泛推广的趋势。在国外,千瓦级的二极管泵浦固体激光器已有产品,德国、美国汽车焊接就已经用到了千瓦级二极管泵浦固体激光焊剂机,在原理和技术方案上二极管泵浦固体激光器定标到万瓦都是可行的,目前主要受限于成本和市场需求的限制。二倍频二极管泵浦固体激光器在微电子行业、三倍频二极管泵浦固体激光器在激光快速成型领域都得到了广泛应用。除材料加工外,大功率二极管泵浦固体激光器还可以用于同位素分离(二倍频、绿光)、激光核聚变、科学研究、医疗、检测、分析、通讯、投影显示以及军事国防等领域,具有极其重要的应用价值。
五、结论
我国在低功率二极管泵浦激光器(< 200mw)技术比较成熟,产业化(光通讯应用较多)也蓬勃发展,但由于二极管激光器器件原因,国内的大功率二极管泵浦固体激光器发展一直具有局限性,应该积极进行二极管泵浦固体激光器和二极管激光阵列的研究,如果能实现产业化的发展,必然带来巨大的经济效益和社会效益。
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