半導(dǎo)體泵浦固體激光器

簡介

       半導(dǎo)體泵浦固體激光器（DiodePumpSolidStateLaser），是近年來國際上發(fā)展最快，應(yīng)用較廣的新型激光器。

　　該類型的激光器利用輸出固定波長的半導(dǎo)體激光器代替了傳統(tǒng)的氪燈或氙燈來對(duì)激光晶體進(jìn)行泵浦，從而取得了嶄新的發(fā)展，被稱為第二代的激光器。這是一種高效率、長壽命、光束質(zhì)量高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)緊湊小型化的第二代新型固體激光器，已在空間通訊，光纖通信，大氣研究，環(huán)境科學(xué)，醫(yī)療器械，光學(xué)圖象處理，激光打印機(jī)等高科技領(lǐng)域有著獨(dú)具特色的應(yīng)用前景。

半導(dǎo)體泵浦固體激光器類別

　　半導(dǎo)體泵浦固體激光器的種類很多，可以是連續(xù)的、脈沖的、調(diào)Q的，以及加倍頻混頻等非線性轉(zhuǎn)換的。工作物質(zhì)的形狀有圓柱和板條狀的。而泵浦的耦合方式可分為端面泵浦和側(cè)面泵浦，其中端面泵浦又可分為直接端面泵浦和光纖耦合端面泵浦兩種結(jié)構(gòu)。

　　1、端面泵浦固體激光器

　　端面泵浦方式最大的優(yōu)點(diǎn)就是容易獲得好的光束質(zhì)量，可以實(shí)現(xiàn)高亮度的固體激光器。端面泵浦的效率較高。這是因?yàn)?在泵浦激光模式不太差的情況下，泵浦光都能由會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)耦合到工作物質(zhì)中，耦合損失較少；另一方面，泵浦光也有一定的模式，而產(chǎn)生的振蕩光的模式與泵浦光模式有密切關(guān)系，匹配的效果好，因此，工作物質(zhì)對(duì)泵浦光的利用率也相對(duì)高一些。

　　正是由于端面泵浦方式效率高、模式匹配好、波長匹配的優(yōu)點(diǎn)在國際上發(fā)展極為迅速，已成為激光學(xué)科的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。它在激光打標(biāo)、激光微加工、激光印刷、激光顯示技術(shù)、激光醫(yī)學(xué)和科研等領(lǐng)域都有廣泛的用途，具有很大的市場潛力。

　　2、側(cè)面泵浦固體激光器

　　側(cè)面泵浦（SidePump）固態(tài)激光器激光頭是由三個(gè)二極管泵浦模塊圍成一圈組成泵浦源，每個(gè)泵浦模塊又由3個(gè)帶微透鏡的二極管線陣組成。每個(gè)線陣的輸出功率平均為20W輸出波長為808nm。該裝置采用玻璃管巧妙地設(shè)計(jì)了泵浦腔和制冷通道。玻璃管的表面大部分鍍有808nm的高反膜，剩余的部分呈120°鍍有三條808nm增透膜，這樣便形成了一個(gè)泵浦腔。半導(dǎo)體泵浦源發(fā)出的光經(jīng)過三對(duì)光束整形透鏡會(huì)聚到這三條鍍?cè)鐾改さ莫M長區(qū)域內(nèi)，然后透過玻璃管的管壁，被晶體吸收。由于玻璃管大部分區(qū)域鍍有高反膜，使得泵浦光進(jìn)入泵浦腔以后，便在其中來回的反射，直至被晶體充分地吸收，而且在晶體的橫截面上形成了均勻的增益分布。

　　同時(shí)玻璃管還能用于制冷，高速通過的冷卻水將產(chǎn)生的熱量迅速帶走。晶體采用的是一根復(fù)合結(jié)構(gòu)的Nd:YAG棒，有效尺寸為j3*63mm，摻雜濃度為1.5at.%.當(dāng)泵浦光功率為180W時(shí)，得到了72W的激光輸出。光光轉(zhuǎn)換效率高達(dá)40%。

半導(dǎo)體泵浦固體激光器優(yōu)勢

　　1、低功耗：傳統(tǒng)的燈泵浦激光器的轉(zhuǎn)換效率大約只有3%左右，泵浦燈的發(fā)出的能量大部分轉(zhuǎn)換成了熱能，造成了極大的能源浪費(fèi)。而半導(dǎo)體泵浦固體激光器所用的二極管發(fā)出固定的，被激光晶體吸收的808nm波長的激光，光光轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)40%以上，大大減少了運(yùn)行成本。

　　2、性能可靠、壽命長：激光二極管的壽命大大長于閃光燈，達(dá)15000小時(shí)以上，閃光燈的壽命只有300—1000小時(shí)。激光半導(dǎo)體的泵浦能量穩(wěn)定性好，比閃光燈泵浦優(yōu)一個(gè)能量級(jí)，性能可靠，可制成全固化器件。運(yùn)行壽命長，成為至今為止唯一無需維護(hù)的激光器，尤其適用于大規(guī)模生產(chǎn)線。

　　3、輸出光束質(zhì)量好：由于半導(dǎo)體泵浦激光的高轉(zhuǎn)換效率，減少了激光工作物質(zhì)的熱透鏡效應(yīng)，大大改善了激光器的輸出光束質(zhì)量，激光光束質(zhì)量已接近理論極限。

半導(dǎo)體泵浦固體激光器特性

　　1、采用半導(dǎo)體泵浦源和德國高速標(biāo)記振鏡頭，光電轉(zhuǎn)化效率高、光束質(zhì)量好。

　　2、采用全數(shù)字化激光標(biāo)記和獨(dú)特的激光選模及深雕技術(shù)，確保了設(shè)備具有極高的穩(wěn)定性、精確性和友好的操作性。并可選配自動(dòng)測焦和調(diào)焦系統(tǒng)，滿足多樣化打標(biāo)需求。

　　3、周到的防護(hù)設(shè)計(jì)：缺水保護(hù)，激光諧振腔光路和激光腔腔體雙重密封，防潮裝置，防長出光裝置。

　　4、多樣的外圍裝置設(shè)計(jì)：自動(dòng)上、下料系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)標(biāo)記轉(zhuǎn)臺(tái)，排風(fēng)除塵系統(tǒng)，激光防護(hù)罩及燈光警示裝置。

　　5、光路預(yù)覽功能，焦點(diǎn)指示功能：在激光的光軸上疊加了可見紅光，用于指示激光束的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)打標(biāo)范圍的預(yù)覽。增加了指示對(duì)焦紅光，直觀方便的實(shí)現(xiàn)了對(duì)焦功能。

半導(dǎo)體泵浦固體激光器應(yīng)用

　　半導(dǎo)體泵浦固體激光器的發(fā)展與半導(dǎo)體激光器的發(fā)展是密不可分的。1962年，第一只同質(zhì)結(jié)砷化鎵半導(dǎo)體激光器問世，1963年，美國人紐曼就首次提出了用半導(dǎo)體做為固體激光器的泵浦源的構(gòu)想。但在早期，由于二極管的各項(xiàng)性能還很差，作為固體激光器的泵浦源還顯得不成熟。直到1978年量子阱半導(dǎo)體激光器概念的提出，以及八十年代初期MOCVD技術(shù)的使用及應(yīng)變量子阱激光器的出現(xiàn)，使得半導(dǎo)體泵浦固體激光器的發(fā)展步上了一個(gè)嶄新的臺(tái)階。在進(jìn)入九十年代以來，大功率的半導(dǎo)體泵浦固體激光器及半導(dǎo)體泵浦固體激光器列陣技術(shù)也逐步成熟，從而，大大促進(jìn)了半導(dǎo)體泵浦固體激光器的研究。

　　國內(nèi)半導(dǎo)體泵浦固體激光器市場化水平已經(jīng)達(dá)到數(shù)百瓦，實(shí)驗(yàn)室水平已經(jīng)達(dá)到千瓦級(jí)。在應(yīng)用上，大功率半導(dǎo)體泵浦固體激光器以材料加工為主，包括了常規(guī)的激光加工：主要是材料加工，如激光標(biāo)記、激光焊接、激光切割和打孔等，結(jié)構(gòu)緊湊、性能良好、工作可靠的大功率半導(dǎo)體泵浦固體激光打標(biāo)機(jī)產(chǎn)品系列已經(jīng)在國內(nèi)得到了規(guī)模應(yīng)用，在國外，千瓦級(jí)的半導(dǎo)體泵浦固體激光器已有產(chǎn)品，德國、美國汽車焊接就已經(jīng)用到了千瓦級(jí)半導(dǎo)體泵浦固體激光焊劑機(jī)，在原理和技術(shù)方案上半導(dǎo)體泵浦固體激光器定標(biāo)到萬瓦都是可行的，主要受限于成本和市場需求的限制。二倍頻半導(dǎo)體泵浦固體激光器在微電子行業(yè)、三倍頻半導(dǎo)體泵浦固體激光器在激光快速成型領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。

　　除材料加工外，大功率半導(dǎo)體泵浦固體激光器還可以用于同位素分離（二倍頻、綠光）、激光核聚變、科學(xué)研究、醫(yī)療、檢測、分析、通訊、投影顯示以及軍事國防等領(lǐng)域，具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。