固体激光器的泵浦”并不简单“
固体激光器简单地理解为将激活离子与固体晶体混合的工作物质,并通过泵发射激光设备;泵是指外部能量注入使工作物质的低能粒子进入高能过程,简单地说,激励。泵源和泵浦方法多样,各有特点。
泵浦常见类型有:光泵浦/电泵浦/化学泵浦/热泵浦/核泵浦。
主流固体激光泵浦源主要分为光泵浦和半导体泵浦:
光泵浦:采用光路照射激活离子,常见为氙灯、氪灯;目前是一种应用广泛的泵浦方式;
半导体泵浦:半导体激光输出固定波长的激光作为泵浦源;由于电能转化为光,泵浦源为电泵浦。
半导体泵浦优点:
1.低功耗:传统灯泵浦激光器的转换效率仅为3%左右。泵浦灯产生的大部分能量转换为热能,造成巨大的能源浪费。半导体泵浦固体激光器使用的二极管发出固定的808nm波长激光,被激光晶体吸收,光转换效率可达40%以上,大大降低了运行成本。
2.性能可靠。使用寿命长:激光二极管的使用寿命远远长于闪光灯,超过15000小时,闪光灯的使用寿命仅为300-1000小时。激光半导体泵能量稳定性好,能量级优于闪光泵,性能可靠,可制成全固化装置。长寿命已成为迄今为止唯一不需要维护的激光器,特别适用于大规模生产线。
3.输出光束质量好:由于半导体泵浦激光的高转换效率,激光工作物质的热透镜效应降低,激光输出光束质量大大提高,激光光束质量接近理论极限。
固体激光泵浦主要为端面泵浦及侧面泵浦:
端面泵的最大优点是容易获得良好的光束质量,可以实现高亮度的固体激光器。端面泵的效率更高。这是因为在泵激光模式不太差的情况下,泵光可以从聚光学系统耦合到工作物质,耦合损失较小;另一方面,泵光也有一定的模式,振荡光模式与泵光模式密切相关,匹配效果好,因此泵光的利用率相对较高。
正是由于端面泵的高效率。良好的模式匹配。波长匹配的优点在国际上发展非常迅速,已成为激光学科的关键发展方向之一。广泛应用于激光标记、激光微加工、激光印刷、激光显示技术、激光医学和科研领域,具有巨大的市场潜力。
侧泵侧泵固态激光器激光头由三个二极管泵模块组成,每个泵模块由三个带微镜的二极管阵组成。每个线阵的平均输出功率为20W,输出波长为808nm。该装置巧妙地设计了泵腔和玻璃管的制冷通道。玻璃管的大部分表面涂有808nm的高反膜,其余120°涂有3个808nm增透膜,形成泵腔。半导体泵浦源发出的光通过三对光束整形镜头聚集在这三个镀膜的狭长区域,然后通过玻璃管的管壁被晶体吸收。由于玻璃管大部分区域涂有高反膜,泵浦光进入泵腔后,来回反射,直到晶体完全吸收,晶体横截面形成均匀的增益分布。
同时,玻璃管也可用于制冷,高速冷却水会迅速带走产生的热量。晶体采用复合ND:YAG棒,有效尺寸为J3*63mm,掺杂浓度为1.5at.%。当泵浦光功率为180W时,激光输出为72W。光转换效率高达40%。