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。

    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，因而不易將泵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。
    針對這一弱點，人們(men) 又進一步發展了光纖耦合的端麵泵浦和側(ce) 麵泵浦方式。端麵泵浦激光器由激光二極管、兩(liang) 個(ge) 聚焦係統、耦合光纖、工作物質和輸出反射鏡組成。與(yu) 直接端麵泵浦不同，這種結構首先把激光二極管發射的光束質量很差的激光耦合到光纖中，經過一段光纖傳(chuan) 輸後，從(cong) 光纖中出射的光束變成發散角較小的、圓對稱的、中間部分光強最大的泵浦光束。用這一輸出的泵浦光去泵浦工作物質，由於(yu) 它和振蕩激光在空間上匹配得很好，因此泵浦效率很高。由於(yu) 激光二極管或二極管陣列與(yu) 光纖間的耦合較與(yu) 工作物質的耦合容易，從(cong) 而降低了對器件調整的要求。而且最重要的是這種耦合方式能使固體(ti) 激光器輸出模式好、效率高。
    側(ce) 麵泵浦板條固體(ti) 激光器要得到更大功率的激光輸出，就必然要采用泵浦功率較大的陣列型激光二極管，由於(yu) 陣列二極管的發光麵較大，不可能利用端麵泵浦，因此，大多采用側(ce) 泵浦方式。這種結構的特點是，在工作板條的一側(ce) 用激光二極管陣列，另一側(ce) 是全反器，使泵浦光盡量集中到工作物質中。板條狀激光器結構的特點是，激光通過工作物質介質全內(nei) 反射傳(chuan) 輸，這樣，激光經過工作物質的長度就大於(yu) 工作物質的外形長度，即提供了更長的有效長度。在有效長度內(nei) ，工作物質皆可直接吸收到由激光二極管發射的泵浦光，從(cong) 而較易獲得大功率輸出，研究開發的重點就在於(yu) 發展大功率的端麵泵浦固體(ti) 激光器，從(cong) 激光二極管發出的光束經光學耦合從(cong) 側(ce) 麵泵浦激光晶體(ti) ，從(cong) 而獲得單級輸出的激光；並可以根據所要得到的輸出功率要求而改變激光工作物質的長度而改變激光二極管泵浦的效率和功率。

2. 光纖激光器
    光纖激光器屬光波導激光器，以摻稀土元素（Nd，Yb 或Er）的光纖為(wei) 工作物質，並用二極管激光作為(wei) 泵浦源。可脈衝(chong) 和連續運轉，其性能已明顯優(you) 於(yu) 二極管泵浦固體(ti) 激光器，不僅(jin) 在光纖通訊領域得到廣泛應用，而且由於(yu) 大功率光纖激光器的成功開發，正向激光打標、焊接、切割等工業(ye) 激光應用領域迅速發展。光纖激光器基本結構和固體(ti) 激光器的結構基本相同，由泵浦源（激光二極管和必要的光學耦合係統）、增益介質（摻稀土元素的增益光纖）、諧振腔（可為(wei) 反射鏡、光纖光柵或光纖環）等組成。按泵浦光的入射方式，光纖激光器可分為(wei) ：端麵泵浦光纖激光器、雙包層光纖激光器和任意形狀光纖激光器。

1) 端麵泵浦光纖激光器
    端麵泵浦光纖激光器中的光纖與(yu) 普通光纖十分相似，僅(jin) 在纖芯摻以激光工作物質。與(yu) 二極管端麵泵浦固體(ti) 激光器的泵浦方式相似，采用光學耦合係統將泵浦光直接耦合到光纖的纖芯端麵上。通常情況下，兩(liang) 端麵也是激光諧振腔的全反鏡和輸出鏡。可以看出，這種結構簡單，但其泵浦端麵因麵積很小，可以注入的泵浦光能量有限，故該類激光器屬小功率光纖激光器，它們(men) 大多應用於(yu) 光通訊中。
2) 雙包層光纖激光器
    為(wei) 了克服端麵泵浦光纖激光器注入功率小的問題，人們(men) 發明了雙包層光纖激光器。它主要由纖芯、內(nei) 包層、外包層和保護層組成。纖芯采用了稀土摻雜技術，為(wei) 激光增益介質，稀土離子吸收泵浦光並輻射單模激光，外包層采用低折射率材料。通常情況下，泵浦光采用斜入射方式，使泵浦光在內(nei) 外包層界麵形成全反射，這樣，泵浦光在多次反射後，多次穿過內(nei) 包層和纖芯，使纖芯吸收率大大增加，可達90%以上。這種泵浦方式與(yu) 二極管泵浦固體(ti) 激光器的側(ce) 麵泵浦方式很相似，注入功率可以大大增加，又提高了泵浦光的利用率。這類光纖激光器的輸出功率在百瓦量級。
3) 任意形狀光纖激光器
    為(wei) 了克服雙包層光纖激光器輸出功率受到限製，進一步提高輸出功率，日本學者率先開發出了一種任意形狀光纖激光器，有望獲得千瓦量級的光纖激光器。其方案是將光纖排放成盤狀結構，大大增加了泵浦光的利用麵積，其有效利用麵積比纖芯端麵和包層端麵大得多。根據光纖的排放方式不同，這類光纖激光器又可分為(wei) 盤狀、片狀、圓柱狀、環狀和棒狀等不同結構的光纖激光器。