新一代高紅外激光器及其科研應(yīng)用

薄片式半導(dǎo)體泵浦固體激光器被認(rèn)為是近期來(lái)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。

　　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(zhǎng)為1030nm，峰值吸收波長(zhǎng)在940nm附近，吸收帶寬很寬（18nm@940nm），熒光壽命長(zhǎng)(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(zhǎng)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(zhǎng)514.5nm，從而使其有可能替換用戶(hù)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(lái)越多的關(guān)注。

　　由德國(guó)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(guò)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(zhuān)利是由德國(guó)政府資助的，所以只能許可給德國(guó)的激光公司。這也是目前只有德國(guó)的激光公司能夠生產(chǎn)薄片式固體激光器的原因。德國(guó)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(jiǎng)，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(lái)越多的科研用戶(hù)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(chǎng)過(guò)去一直被美國(guó)的激光公司所占領(lǐng)的局面。

1．原理
　　薄片式激光器的稱(chēng)謂來(lái)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(guò)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(guò)晶體來(lái)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。　　　　　　　　