二极管泵浦固体激光器

  


    激光二极管泵浦固体激光器的种类很多,可以是连续的、脉冲的、调Q的,以及加倍频混频等非线性转换的。工作物质的形状有圆柱和板条状的。而泵浦的耦合方式又分为直接端面泵浦、光纤耦合端面泵浦和侧面泵浦三种结构。泵浦所用的激光二极管或激光二极管阵列出射的泵浦光,经由会聚光学系统将泵浦光耦合到晶体棒上,在晶体棒的泵浦耦合面上为减少耦合损失而镀有对激光二极管波长的增透膜。同时,该端面也是固体激光器的谐振腔的全反端,因而端面的膜也是输出激光的谐振腔,起振后产生的激光束由输出镜耦合输出。

图一 二极管直接端面泵浦固体激光器示意图


    实验结果表明,与其它两种泵浦方式相对比,端面泵浦的效率{zg}。其原因为:在泵浦激光模式不太差的情况下,泵浦光都能由会聚光学系统耦合到工作物质中,耦合损失较少;另一方面,泵浦光也有一定的模式,而产生的振荡光的模式与泵浦光模式有密切关系,匹配的效果好,因此,工作物质用泵浦光的利用率也相对高一些。然而,端面泵浦虽然效率高,但固体激光的输出功率受端面限制,因为端面较小时只能采用单元的激光二极管,这就限制了泵浦光的{zd0}功率。如果采用功率较大的激光二极管阵列作泵浦源,则由于阵列型二极管输出的泵浦光模式不好,因而不易将泵浦光有效地耦合到工作物质中,实际上降低了效率。而且由于泵浦光的模式较为复杂,泵浦后输出的1.06μm激光的光束质量也不易保证。


    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发散角较小的、圆对称的、中间部分光强{zd0}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。

    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。

  

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