薄片式半導(dǎo)體泵浦固體激光器被認(rèn)為是近期來激光技術(shù)最著名的進(jìn)展之一。它基于一種革命性的固體激光器設(shè)計(jì)理念，最近幾年中已經(jīng)成為科研及工業(yè)加工的得力助手，最近幾年更是進(jìn)入了批量化生產(chǎn)階段。薄片式固體激光器可以輸出很高的功率（連續(xù)或脈沖），同時(shí)擁有非常好的光束質(zhì)量。 9dMrgz&'
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Yb:YAG激光晶體作為特殊的激光工作物質(zhì)，它不僅具有YAG激光基質(zhì)材料本身優(yōu)良的物理性質(zhì)和穩(wěn)定的化學(xué)性能，而且具有很好的激光工作性能。激光波長為1030nm，峰值吸收波長在940nm附近，吸收帶寬很寬（18nm@940nm），熒光壽命長(0.95ms)，量子效率高（91%），在相同的半導(dǎo)體泵浦功率下，Yb:YAG泵浦生熱為Nd:YAG的1／3。能夠很容易的被可靠的InGaAs半導(dǎo)體激光器所泵浦，是一種新型的、適合LD泵浦的高平均功率和高光束質(zhì)量的發(fā)射1um左右波長的激光材料。另外，由于其二倍頻是515nm，接近Ar離子激光器的波長514.5nm，從而使其有可能替換用戶現(xiàn)存的大量氬離子激光器，因此在激光領(lǐng)域內(nèi)受到越來越多的關(guān)注。 d--y
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由德國斯圖加特大學(xué)的Adolf Giesen博士及其研究小組發(fā)明的薄片式固體激光器技術(shù)，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過采用傳統(tǒng)棒狀晶體設(shè)計(jì)的Nd:YAG固體激光器。由于該項(xiàng)專利是由德國政府資助的，所以只能許可給德國的激光公司。這也是目前只有德國的激光公司能夠生產(chǎn)薄片式固體激光器的原因。德國ELS公司是最早的也是世界上唯一生產(chǎn)高功率薄片式單頻連續(xù)固體激光器的廠商，所生產(chǎn)的VersaDisk激光器獲得Photonics Excellence Award 2003大獎，是當(dāng)年世界上唯一獲此殊榮的固體激光器。因此VersaDisk正在被越來越多的科研用戶所接受，而這一切都得益于其獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念和與眾不同的性能。而且VersaDisk515進(jìn)一步拓展了高功率固體綠光激光器的應(yīng)用領(lǐng)域，打破了該市場過去一直被美國的激光公司所占領(lǐng)的局面。 #d{=\$=
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1． 原理 &rDM<pO #-
薄片式激光器的稱謂來源是因?yàn)樗木w形狀為薄片式，厚度通常為200微米，直徑為10mm。由半導(dǎo)體激光器從晶體的前表面進(jìn)行泵浦，近似于常用的端泵技術(shù)。薄片晶體整個(gè)粘接在熱沉上，所以晶體的冷卻效率非常高（圖1）。由于晶體的厚度很薄，所以每次半導(dǎo)體激光器的泵浦光穿過激光晶體時(shí)只有一部分泵浦光被其吸收，為了提高它的泵浦效率，在其前部放置一塊拋物面鏡，使未被吸收的泵浦光多次通過晶體來提高泵浦效率，一般的次數(shù)為32次，從而產(chǎn)生很強(qiáng)的激光輻射。 }HEvr)v9
2．與傳統(tǒng)棒狀Nd:YAG固體激光器的對比： $./bjV%
Yb:YAG作為準(zhǔn)三能級結(jié)構(gòu)的晶體，比傳統(tǒng)的Nd:YAG晶體更適合用半導(dǎo)體激光器泵浦，與Nd:YAG晶體相比它的優(yōu)點(diǎn)如下： W4;m H}# 0
· 具有較低的量子損耗，熱承載小（91％量子效率），熱透鏡效應(yīng)非常小，幾乎可以忽略不計(jì)。 !L5j j#0
· 具有很寬的吸收帶寬（18nm），因此對泵浦LD的控溫精度要求低。 k`".
· 上能級熒光壽命長（1ms），有利于儲能。 B12$I:x`
· 發(fā)射線寬較寬，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)諧輸出。 y}C`&nW[=
· 激光發(fā)射截面較�。ㄓ欣诟吣芰看鎯Γ� ;M]C1!D9#
Yb:YAG晶體的熱傳導(dǎo)和溫度梯度主要沿著軸向，從而使晶體的溫度分布非常均勻，波前形變非常小。這種先進(jìn)的諧振腔設(shè)計(jì)使得熱量從Yb:YAG晶體傳導(dǎo)到熱沉的效率非常高，熱傳導(dǎo)的方向與激光光束傳播的方向平行（即軸向），因此徑向溫度梯度非常小，從而避免了傳統(tǒng)棒狀晶體激光器的固有限制，如高功率下的熱透鏡效應(yīng)、激光晶體的變形、雙折射效應(yīng)等。因此，薄片式固體激光器可以很容易獲得非常高的輸出功率（最大100W）而不影響它卓越的光學(xué)性能，一般都具有近高斯分布的高功率激光束（M2<1.1）。這是它與傳統(tǒng)棒狀Nd:YAG固體激光器的最大區(qū)別，因?yàn)閭鹘y(tǒng)棒狀Nd:YAG固體激光器或者具有高功率，或者具有好的光束質(zhì)量，但不能同時(shí)擁有。 m8623D B"
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3．功能強(qiáng)大的光學(xué)平臺： d2X[(3
德國ELS公司的VersaDisk不僅僅是一臺激光器，它實(shí)際上是一個(gè)功能強(qiáng)大的光學(xué)平臺。模塊化的設(shè)計(jì)為您帶來靈活的配置和強(qiáng)大的擴(kuò)展性（圖3），用戶可以根據(jù)自己的研究工作選擇最合適的配置，或者選擇一個(gè)通用的配置以滿足大多數(shù)常見的應(yīng)用。VersaDisk腔型結(jié)構(gòu)的自由度非常高，用戶可以只購買一臺激光器而得到紅外（基頻）、綠光（倍頻）或雙波長（紅外和綠光）同時(shí)輸出，也可以在腔內(nèi)插入標(biāo)準(zhǔn)具、布儒斯特窗片、雙折射濾光片來實(shí)現(xiàn)單頻、線偏振、波長可調(diào)諧等多項(xiàng)傳統(tǒng)棒狀固體激光器實(shí)現(xiàn)不了的功能。
