一、引言
第一台連續YAG 激光器於(yu) 1964 年實現運轉,近40 年來YAG 激光器一直與(yu) CO2激光器同受重視,是第二類最重要的工業(ye) 激光器,目前世界範圍內(nei) 銷售的商品YAG 激光器已有500 種,但從(cong) 1998 年開始,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%。由於(yu) 泵浦燈發射的光譜隻有極小部分被晶體(ti) 棒所吸收並轉換成激光能量,大部分注入電功率轉換成熱能,其直接害處一方麵表現為(wei) 大量的熱能造成激光晶體(ti) 不可消除的熱透鏡效應,使激光光束質量變差;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。有關(guan) 專(zhuan) 家認為(wei) ,燈泵浦固體(ti) 激光器的發展已到盡頭,技術上沒有大的發展空間,二極管泵浦固體(ti) 激光器(全固化固體(ti) 激光器)將取代燈泵浦固體(ti) 激光器。
二極管泵浦固體(ti) 激光器的技術核心包括光束耦合、光束質量、電源技術、控製係統及係統集成。二極管泵浦技術的出現,為(wei) 固體(ti) 激光器注入了新的生機和活力,使固體(ti) 激光器的一場革命,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。
與(yu) 傳(chuan) 統燈泵浦固體(ti) 激光器比較,二極管泵浦固體(ti) 激光器具有以下優(you) 點:
(1) 轉換效率高:正如圖1 所示,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[1],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,因而二極管泵浦激光器可省去笨重的水冷係統,體(ti) 積小、重量輕,結構緊湊。
(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。激光二極管陣列的功率雖然已可以達到很大,但本身輸出光束發散角大,且發射波長有限,而用二極管泵浦激光則可以大大改善其光束質量,並且可擴展發射波長。這就是用二極管泵浦激光器,而不是直接將激光二極管應用於(yu) 工業(ye) 上的原因。
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