就武漢中國光穀產(chan) 業(ye) 而言，能量光電子是其中最重要的組成部分，而激光器及其激光設備又是能量光電子的核心產(chan) 品。自第一台紅寶石激光器問世，固體(ti) 激光器就一直占據了激光器發展的主導地位，特別是在20世紀80年代出現的半導體(ti) 激光器以及在此基礎上出現的全固化固體(ti) 激光器更因為(wei) 體(ti) 積小、重量輕、效率高、性能穩定、可靠性好和壽命長等優(you) 點，逐漸成為(wei) 光電行業(ye) 中最具發展前途的領域。目前世界範圍內(nei) 銷售的商品固體(ti) 激光器已有500餘(yu) 種，但從(cong) 1998年開始，固體(ti) 激光器中的Nd:YAG激光器的市場占有率和銷售額已升為(wei) 第一位。
     傳(chuan) 統的固體(ti) YAG激光器，通常由摻釹釔鋁石榴石晶體(ti) 棒、泵浦燈、聚光腔、光學諧振腔、電源及製冷係統組成，其轉換效率為(wei) 2%到3%。另一方麵整個(ge) 激光器需要龐大的製冷係統，體(ti) 積很大。泵浦燈的壽命約為(wei) 300到1000小時，操作人員需花很多時間頻繁的換燈，中斷係統工作，使自動化生產(chan) 線的效率大大降低。因此技術上沒有大的發展空間，全固化固體(ti) 激光器將取代燈泵浦固體(ti) 激光器，這是固體(ti) 激光器的發展方向。近年來由於(yu) 大功率激光二極管製造工藝的成熟和生產(chan) 成本的降低，使二極管泵浦固體(ti) 激光器的研究得到了飛快的發展，且已正式進入商品化。世界著名的激光公司Rofin-Sinar所銷售的激光工業(ye) 加工設備中60％已是二極管泵浦的固體(ti) 激光器。表一給出了三類激光器的特性比較。

    表一、光纖激光器、二極管泵浦固體(ti) 激光器和燈泵浦固體(ti) 激光器的特性比較

特性	光纖激光器	二極管泵浦固體(ti) 激光器	燈泵浦固體(ti) 激光器
工作方式	連續或脈衝(chong)	連續或脈衝(chong)	連續或脈衝(chong)
輻射波長（微米）	0.532, 1.07, 1.8-2.0	0.532, 1.06	1.06
輸出功率/能量	高達2KW/高達1mJ	高達2KW/高達60mJ	高達2KW/高100J
電光轉換效率	高達20%	高達20%	低於(yu) 6%
光束質量	基模*	基模或多階模	基模或多階模
功率/能量穩定性	< 1.5%	< 3%	< 3%
冷卻方式	風冷	風冷或水冷	水冷
可靠性	最佳	較好	較差
維護周期	無需維護	無需維護	300小時
使用壽命	大於(yu) 10萬(wan) 小時	大於(yu) 1.5萬(wan) 小時	大於(yu) 5千小時
係統體(ti) 積	小巧緊湊	較小	較大
光纖傳(chuan) 輸	單模光纖	多模光纖	多模光纖
成本	較高	較高	較低
技術	最新	新	舊

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    * 輸出功率大於(yu) 100瓦時一般采用光纖束，但光束質量比所有其它激光器係統高一個(ge) 量級。

    與(yu) 傳(chuan) 統燈泵浦固體(ti) 激光器比較，全固化固體(ti) 激光器具有以下優(you) 點：

    1)轉換效率高：由於(yu) 半導體(ti) 激光的發射波長與(yu) 固體(ti) 激光工作物質的吸收峰相吻合，加之泵浦光模式可以很好地與(yu) 激光振蕩模式相匹配，從(cong) 而光光轉換效率很高，已達50％以上，整機效率也可以與(yu) 二氧化碳激光器相當，比燈泵固體(ti) 激光器高出一個(ge) 量級，因而全固化固體(ti) 激光器可省去笨重的水冷係統，體(ti) 積小，重量輕，結構緊湊，易於(yu) 係統集成，性能價(jia) 格比高。

    2)性能可靠、壽命長：激光二極管的壽命大大長於(yu) 閃光燈，達 15000小時以上，而閃光燈的壽命隻有300-1000小時。激光二極管的泵浦能量穩定性好，比閃光燈泵浦優(you) 一個(ge) 數量級，性能可靠，可製成全固化器件。運行壽命長，成為(wei) 至今為(wei) 止唯一無需維護的激光器，尤其適用於(yu) 大規模生產(chan) 線。

    3)輸出光束質量好：由於(yu) 二極管泵浦激光的高轉換效率，減少了激光工作物質的熱透鏡效應，大大改善了激光器的輸出光束質量，激光光束質量已接近理論極限M² = 1。

 二、全固化固體(ti) 激光器結構及特點

    全固化固體(ti) 激光器可分為(wei) 兩(liang) 類：二極管泵浦固體(ti) 激光器和光纖激光器。現將其結構和特點分別敘述如下。

    1.二極管泵浦固體(ti) 激光器

    激光二極管泵浦固體(ti) 激光器的種類很多，可以是連續的、脈衝(chong) 的、調Q的，以及加倍頻混頻等非線性轉換的。工作物質的形狀有圓柱和板條狀的。而泵浦的耦合方式又分為(wei) 直接端麵泵浦、光纖耦合端麵泵浦和側(ce) 麵泵浦三種結構。泵浦所用的激光二極管或激光二極管陣列出射的泵浦光，經由會(hui) 聚光學係統將泵浦光耦合到晶體(ti) 棒上，在晶體(ti) 棒的泵浦耦合麵上為(wei) 減少耦合損失而鍍有對激光二極管波長的增透膜。同時，該端麵也是固體(ti) 激光器的諧振腔的全反端，因而端麵的膜也是輸出激光的諧振腔，起振後產(chan) 生的激光束由輸出鏡耦合輸出。

圖一 二極管直接端麵泵浦固體(ti) 激光器示意圖

     實驗結果表明，與(yu) 其它兩(liang) 種泵浦方式相對比，端麵泵浦的效率最高。其原因為(wei) ：在泵浦激光模式不太差的情況下，泵浦光都能由會(hui) 聚光學係統耦合到工作物質中，耦合損失較少；另一方麵，泵浦光也有一定的模式，而產(chan) 生的振蕩光的模式與(yu) 泵浦光模式有密切關(guan) 係，匹配的效果好，因此，工作物質用泵浦光的利用率也相對高一些。然而，端麵泵浦雖然效率高，但固體(ti) 激光的輸出功率受端麵限製，因為(wei) 端麵較小時隻能采用單元的激光二極管，這就限製了泵浦光的最大功率。如果采用功率較大的激光二極管陣列作泵浦源，則由於(yu) 陣列型二極管輸出的泵浦光模式不好，因而不易將崩浦光有效地耦合到工作物質中，實際上降低了效率。而且由於(yu) 泵浦光的模式較為(wei) 複雜，泵浦後輸出的1.06μm激光的光束質量也不易保證。