大功率二极管泵浦固体激光器的应用和发展

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1、第9卷第1期光学精密工程Vol.9No.12001年2月0PTICSANDPRECISI0NENGINEERINGFeb.2001================================================================文章编号1004-924X(2001D01-0006-04大功率二极管泵浦固体激光器的应用和发展郑权1赵岭2钱龙生1(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130022D(2.中国科学院上海光学精密机械研究所上海201800D摘要:从二极管泵浦固体激光器(DPSSLD的优势出发指出了DPSSL向大功率方向发展并在某些领

2、域取代其他类型激光器的趋势;概括介绍了大功率DPSSL的诸多应用领域和广阔的市场前景;并深入分析了实现大功率DPSSL输出的几种成功方案;指出了国内及早进行大功率DPSSL研究的紧迫性0关键词:二极管泵浦;固体激光器;大功率中图分类号:TN248.34文献标识码:A发射波长使其峰值发射波长与激活粒子的吸收1引言带理想地匹配因而泵浦效率比灯泵浦高许多0一般来说LD/LDA的电光转换效率为30-50%自从1960年第一台红宝石激光器问世以来至Nd:YAG上的光光转换效率为40%左右0这固体激光器一直就处于研究工作的中心地位0进样LD/LDA泵浦的Nd:YAG激光器总体效率入20世纪80年

3、代半导体激光器(LD:Laser在10%以上0DiodeD及其列阵(LDA:LaserDiodeArrayD研究其次LD/LDA泵浦的固体激光器的噪声特工作的巨大进展极大地推动着固体激光器件~技性好~频率稳定0由于不存在液体或气体工作物质术及应用的发展0在此基础上出现的二极管泵浦的流动起伏噪声和泵浦灯的等离子体波动噪声的固体激光器(DPSSL:DiodePumpedSolid-使得DPSSL的辐射噪声特性比灯泵浦优一阶以stateLaserD因具有效率高~热效应小~器件结构上0紧凑~能获得高功率和高光束质量输出等优点日另外DPSSL具有的热光畸变小~光束质量益成熟成为光电子行业增长最

4、快最令人瞩目的好~稳定性好~寿命长(达10000-20000小时D~结领域之一0特别是大功率的DPSSL在军事~医构简单~体积小等特点也是其它类型激光器所不疗~科研等诸多领域有重要的用途近年来成为国能比拟的0际上竞相研究开发的热点0德国著名的工业激光公司Rofin-Sinar认为在未来的2-5年内DPSSL将取代灯泵浦的固2DPSSL的优势体激光器0但也有专家认为灯泵浦的高功率固体激光器比DPSSL更可靠0与传统的闪光灯相比采用LD/LDA作泵现在的实际情况是:在中小功率范围内浦源的最主要的优点是效率高0以掺钕(Nd3+D激DPSSL已在逐步取代灯泵的固体激光器~可见和光器为例由于泵

5、浦灯很宽的辐射光谱与钕离子紫外Ar+激光器~~e-Cd激光器;在大功率范围吸收带匹配不好通常灯泵浦的Nd:YAG激光器内kW级的DPSSL正在逐步拓展应用领域向总效率低于3%并且大功率下热效应明显光束大功率的灯泵固体激光器和横流/轴流C02激光质量和稳定性差0而LD/LDA的发射谱线要窄许器提出挑战0多(仅约1.5nmD还可以通过温度调谐来改变其收稿日期:2000-10-31;修订日期:2000-11-06基金项目:国家863高科技计划资助项目(863-307-22-51D1期郑权等:大功率二极管泵浦固体激光器的应用和发展72-6kW大功率DPSSL应用于汽车部件焊接O它比同功率的C

6、O激光焊接机的体积小~速度快O3DPSSL的发展方向2在微电子领域输出为10W以下的单模目前DPSSL的发展方向主要有三个:DPSSNd:YAG激光器已广泛用于激光微调机一是高功率输出O文献[1]报道了LDA泵浦中O二倍频的DPSSL在微电子工业中也有许多Nd:YAG激光器在1064nm连续输出达3.3kW的应用O532nm连续输出达400W基模运转可达200W三倍频的DPSSNd:YVO4激光器输出功率以上O根据按比例放大原则其输出功率可超过1W(TEMOO模D光束发散角小于0.5m1ad峰值不稳定度低于5%目前已取代紫外A1+和he-5kW达到万瓦量级并有可能成为激光核聚变的驱动

7、器能源OCd激光器用于激光快速成型O二是可见波段输出O经过倍频~混频和参量振(2D同位素分离荡等技术DPSSL在红~黄~绿~蓝~紫(如波长为高功率二倍频DPSSL(绿光D可取代A1+激670nm~660nm~656nm~627nm~594nm~532nm~光器和Cu蒸气激光器进行同位素分离体积小473nm~457nm~454nm~451nm~430nmD等各波段难度低O均已获得激光输出而且多数连续波输出功率都(3D激光核聚变在瓦级以上[2]高功率的DPSS