全固态激光器
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高的泵浦效率。直至今天，闪光灯泵浦的固体激 光器还大都采用这种方式。
02
全固态激光器
2.1 全固态激光器介绍
All solid state laser
全固态激光器的总体效率至少要比灯泵浦高10 倍,由于单位输出的热负荷降低，可获取更高的功 率，系统寿命和可靠性大约是闪光灯泵浦系统的 100倍,因此，半导体激光器泵浦技术为固体激光器
边缘侧面抽运半导体激光抽运源的两种结构
要获得高平均功率、高效率、高光束质量的 激光输出，首要条件是要保证抽运的均匀性 , 同 时还要保持高抽运效率。这涉及到抽运结构、强 度、工作介质的掺杂浓度以及浓度分布等 ; 其次 是设法消除或补偿热致双折射，但迄今热畸变， 特别是针对某一固定的抽运功率 ; 由于光效正比 于腔内增益与损耗之比 , 因此采用高增益、低畸 变的工作方式将有利于提高输 出平均功 率。据 此, Y . H ia r o n 等〔川 采用 细棒 、强而均匀抽 运的结构获得了良好的效果 。 细棒中的强抽运 产生高增益 , 均匀抽运引起径向抛物线温度分布 , 结果在宽的抽运 范围内都近似一个没有热畸变的 透镜 。
激光器”，1961年8月诞生于中国科学院长春光
机所。激光器的设计师是王之江教授。王之江教 授因此被中国光学界尊称为“中国激光之父”。
“小球照明红宝石激光器”在结构上比梅曼那台
激光器又前进了一大步，主要表现在泵浦氙灯采 用直管式，而非螺旋形；红宝石棒与氙灯并排放
在球形聚光器的球心附近。这种结构可以获得更
全固态激光器它可通过 变频获得宽波段输出(红 外、可见、紫外甚至深 紫外激光)、便于模块化 和电激 励等应用优势， 已经广泛应用于科研、 医疗、工业加工、 军事 等领域， 成为新一代性 能卓越的绿色、节能光 源。
深紫外全固态激光器通过验收 请在此输入您的文本。请在此 输入您的文本。 中国成唯一能实用化国家
industrial application
Military application 目前在激光制导、激光战 术干扰和激光测距方面已 经广泛采用全固态激光器， 激光武器作为未来最主要 的战略性武器之一将遍及 海陆空，在战场上的全局 性作用不可替代。
03
结束语
结 语
高功率平均全固态激光器及其工业装 备已经进入产业化的高速发展期，带动 了激光乃至整个光电子行业高速发展。 在不远的将来，以全固态激光技术为核 心的激光加工技术很可能取代传统工业 加工的地位，并推动人类科学技术革命 和进步。
peroration
THANK YOU!
•
谢谢您嘞
1 固态激光器简介 激光的发明是二十世纪最伟大的成就之一。固
体激光器在激光家族中具有最长的历史。1960年，
T.H.梅曼发明的红宝石激光器就是固体激光器，也 是世界上第一台激光器。固体激光器一般由激光工 作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜和电源等 部分构成。以光为激励源，常用的脉冲激励源有充
氙闪光灯；连续激励源有氪弧灯、碘钨灯、钾铷灯
光和振荡光的双色膜的抗激 光损伤阈值一般较低等因素，限制了注入的
抽运光功 率，因此很难获得千瓦级高平均功率输出，目前获得 的高平均 功率端面抽运DPL输出功率多在百瓦级。
侧面抽运
侧面抽运又称为横向抽运，是指将LD阵列发出的抽运光从晶体棒的侧面注 入到晶体棒中，激光沿晶体棒长度方向振荡的抽运方式。侧面抽运方式结构简单、 性能稳定、成本低，采用单个激光模块就能很容易输出百瓦级甚至千瓦。然而， 在侧面抽运结构中，晶体棒中的增益分布很难与谐振腔本征基模很好地匹配，而 且由于晶体棒中心的温度比表面高得多，导致较严重的热透镜效应和热退偏，降
全固态激光器
主讲人：陈美玲
组长：蒙云清 杰 小组成员： 陈美玲 蒋莉莉 李子涵 李明浩 于俊
2014级光电信息科学与工程 2016-12-19
Biblioteka Baidu
主要内容
• 1 固态激光器简介 • 2.1 全固态激光器介绍
• 2.2 全固态激光器的结构原理
2.3 高平均功率全固态激光器的应用 3 总结 4 致谢
01
固态激光器
激光器的基本结构
1、工作物质是激光器的核心，是激光 器产生光的受激辐射放大作用的源泉之 所在。工作物质的形状目前常用的主要 有四种：圆柱形（目前使用最多）、平 板形、圆盘形及管状。 2、泵浦源为在工作物质中实现粒子数 反转分布提供所需能源。工作物质类型 不同，采用的泵浦方式不同。目前主要 采用光泵浦。 3、光学谐振腔为激光振荡的建立提供 正反馈维持激光持续振荡以形成受激发 射，还对振荡光束的方向和频率进行限 制，以保证输出激光的高单色性和高定 向性，同时，谐振腔的参数影响输出激 光束的质量。
图示 激光抽运和冷却示意图
然而，端面 抽运方式受到谐振腔基模体积的约束，即要实现抽运 光
和基模空间较好的匹配，需要抽运光入射在激光介 质的端面面积较小， 这样不仅限制了注入抽运光功 率，同时还在激光介质内产生较大的局部 温度梯度和 复杂的热光效应，影响了光束质量。而且，由于温度梯 度导 致晶体棒内的热应力必须小于晶体自身碎裂应 力，以及端面镀制的抽运
注入了新的生机和活力，使全固态激光器同时具有
固体激光器和半导体激光器的双重特点，它的出现 和逐渐成熟是固体激光器的一场革命，也是固体激 光器的发展方向。
全固态激光器
All solid state laser
全固态激光器具有体积小、重量轻、效 率高、 光束质量好、可靠性高、寿命长、 运转灵便(连续/重复 率/长/短脉冲)等一 系列优点，市场需求十分巨大，已成为 激光发展中最具 前景的方向之一。
楔形透镜导光锥结构示意图
• 端面抽运又称纵向抽运，是指抽运光从 晶体棒的端面入射，激光沿晶体棒长度 方向振荡的抽 运方式。采用这种抽运方 式能使抽运光和振荡光较好 地模式匹配， 有利于获得高效率近衍射极限激光输出。 因而采用 LD 端面抽运结构的 DPL转换 效率一般 较高，输出光束质量也较好。 目前端面抽运已获得光 光转换效率大于 76%的单横模激光输出。
2.3 高平均全固态激光器的应用 鉴于全固态激光器的全面优势，高平均功 application 率全固态激光器在工业加工和军事领域的作用 越来越显著。发达国家的加工行业已经逐步进 入了激光加工时代。比如德国的激光加工装备
居于世界领先地位，尤其是在汽车制造和汽车
配件行业中，激光加工技术被广泛采用。日本 激光加工占到整个加工制造业的10%以上。
等。半导体激光泵浦的全固态激光器是20世纪80 年代末期出现的新型激光器。
梅曼 （Theodore H.Maiman）
美国休斯公司实验室从事红宝石荧光研究的 年青人梅曼使用今天看起来非常简单的方法， 在1960年7月演示了世界第一台红宝石固态激 光器。
小球照明红宝石激光器
我国研制的第一台激光器叫做“小球照明红宝石
深紫外全 固态激光 器通过验 收
2.2 全固态激光器的结构原理
圆棒激光器是目前发展最成熟、应用最广
泛的固体激光器构造。其中圆棒增益介质主要 高平均功率全固态激 光器---圆棒激光器
有Nd:YAG和Yb:YAG，按抽运方式不同可分 为端面抽运和侧面抽运两种方式。圆棒激光器 是目前发展最成熟、应用最广泛的固 体激光器 构造。
低了输出激光的光束质量。而且，抽运光要经过隔离冷却液的管道(一般为石英管)
和冷却液(一般为水)才能到达晶体棒，其中石英管的内外表面和晶体棒表面的对 抽运光的反射，冷却液对抽运光的吸收都会影响抽运效率，因此侧面抽运的光光 转换效率普遍比端面抽运要低，一般为 40%左右。不过由于侧面抽运很容易将高 功率泵光注入到晶体棒中，因此较容易获得高功率输出，而且通过改进设计，也 能获得百瓦以上的近衍射极限的基模输出。
02
全固态激光器
2.1 全固态激光器介绍
All solid state laser
全固态激光器的总体效率至少要比灯泵浦高10 倍,由于单位输出的热负荷降低，可获取更高的功 率，系统寿命和可靠性大约是闪光灯泵浦系统的 100倍,因此，半导体激光器泵浦技术为固体激光器
边缘侧面抽运半导体激光抽运源的两种结构
要获得高平均功率、高效率、高光束质量的 激光输出，首要条件是要保证抽运的均匀性 , 同 时还要保持高抽运效率。这涉及到抽运结构、强 度、工作介质的掺杂浓度以及浓度分布等 ; 其次 是设法消除或补偿热致双折射，但迄今热畸变， 特别是针对某一固定的抽运功率 ; 由于光效正比 于腔内增益与损耗之比 , 因此采用高增益、低畸 变的工作方式将有利于提高输 出平均功 率。据 此, Y . H ia r o n 等〔川 采用 细棒 、强而均匀抽 运的结构获得了良好的效果 。 细棒中的强抽运 产生高增益 , 均匀抽运引起径向抛物线温度分布 , 结果在宽的抽运 范围内都近似一个没有热畸变的 透镜 。
激光器”，1961年8月诞生于中国科学院长春光
机所。激光器的设计师是王之江教授。王之江教 授因此被中国光学界尊称为“中国激光之父”。
“小球照明红宝石激光器”在结构上比梅曼那台
激光器又前进了一大步，主要表现在泵浦氙灯采 用直管式，而非螺旋形；红宝石棒与氙灯并排放
在球形聚光器的球心附近。这种结构可以获得更
全固态激光器它可通过 变频获得宽波段输出(红 外、可见、紫外甚至深 紫外激光)、便于模块化 和电激 励等应用优势， 已经广泛应用于科研、 医疗、工业加工、 军事 等领域， 成为新一代性 能卓越的绿色、节能光 源。
深紫外全固态激光器通过验收 请在此输入您的文本。请在此 输入您的文本。 中国成唯一能实用化国家
industrial application
Military application 目前在激光制导、激光战 术干扰和激光测距方面已 经广泛采用全固态激光器， 激光武器作为未来最主要 的战略性武器之一将遍及 海陆空，在战场上的全局 性作用不可替代。
03
结束语
结 语
高功率平均全固态激光器及其工业装 备已经进入产业化的高速发展期，带动 了激光乃至整个光电子行业高速发展。 在不远的将来，以全固态激光技术为核 心的激光加工技术很可能取代传统工业 加工的地位，并推动人类科学技术革命 和进步。
peroration
THANK YOU!
•
谢谢您嘞
1 固态激光器简介 激光的发明是二十世纪最伟大的成就之一。固
体激光器在激光家族中具有最长的历史。1960年，
T.H.梅曼发明的红宝石激光器就是固体激光器，也 是世界上第一台激光器。固体激光器一般由激光工 作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜和电源等 部分构成。以光为激励源，常用的脉冲激励源有充
氙闪光灯；连续激励源有氪弧灯、碘钨灯、钾铷灯
光和振荡光的双色膜的抗激 光损伤阈值一般较低等因素，限制了注入的
抽运光功 率，因此很难获得千瓦级高平均功率输出，目前获得 的高平均 功率端面抽运DPL输出功率多在百瓦级。
侧面抽运
侧面抽运又称为横向抽运，是指将LD阵列发出的抽运光从晶体棒的侧面注 入到晶体棒中，激光沿晶体棒长度方向振荡的抽运方式。侧面抽运方式结构简单、 性能稳定、成本低，采用单个激光模块就能很容易输出百瓦级甚至千瓦。然而， 在侧面抽运结构中，晶体棒中的增益分布很难与谐振腔本征基模很好地匹配，而 且由于晶体棒中心的温度比表面高得多，导致较严重的热透镜效应和热退偏，降
全固态激光器
主讲人：陈美玲
组长：蒙云清 杰 小组成员： 陈美玲 蒋莉莉 李子涵 李明浩 于俊
2014级光电信息科学与工程 2016-12-19
Biblioteka Baidu
主要内容
• 1 固态激光器简介 • 2.1 全固态激光器介绍
• 2.2 全固态激光器的结构原理
2.3 高平均功率全固态激光器的应用 3 总结 4 致谢
01
固态激光器
激光器的基本结构
1、工作物质是激光器的核心，是激光 器产生光的受激辐射放大作用的源泉之 所在。工作物质的形状目前常用的主要 有四种：圆柱形（目前使用最多）、平 板形、圆盘形及管状。 2、泵浦源为在工作物质中实现粒子数 反转分布提供所需能源。工作物质类型 不同，采用的泵浦方式不同。目前主要 采用光泵浦。 3、光学谐振腔为激光振荡的建立提供 正反馈维持激光持续振荡以形成受激发 射，还对振荡光束的方向和频率进行限 制，以保证输出激光的高单色性和高定 向性，同时，谐振腔的参数影响输出激 光束的质量。
图示 激光抽运和冷却示意图
然而，端面 抽运方式受到谐振腔基模体积的约束，即要实现抽运 光
和基模空间较好的匹配，需要抽运光入射在激光介 质的端面面积较小， 这样不仅限制了注入抽运光功 率，同时还在激光介质内产生较大的局部 温度梯度和 复杂的热光效应，影响了光束质量。而且，由于温度梯 度导 致晶体棒内的热应力必须小于晶体自身碎裂应 力，以及端面镀制的抽运
注入了新的生机和活力，使全固态激光器同时具有
固体激光器和半导体激光器的双重特点，它的出现 和逐渐成熟是固体激光器的一场革命，也是固体激 光器的发展方向。
全固态激光器
All solid state laser
全固态激光器具有体积小、重量轻、效 率高、 光束质量好、可靠性高、寿命长、 运转灵便(连续/重复 率/长/短脉冲)等一 系列优点，市场需求十分巨大，已成为 激光发展中最具 前景的方向之一。
楔形透镜导光锥结构示意图
• 端面抽运又称纵向抽运，是指抽运光从 晶体棒的端面入射，激光沿晶体棒长度 方向振荡的抽 运方式。采用这种抽运方 式能使抽运光和振荡光较好 地模式匹配， 有利于获得高效率近衍射极限激光输出。 因而采用 LD 端面抽运结构的 DPL转换 效率一般 较高，输出光束质量也较好。 目前端面抽运已获得光 光转换效率大于 76%的单横模激光输出。
2.3 高平均全固态激光器的应用 鉴于全固态激光器的全面优势，高平均功 application 率全固态激光器在工业加工和军事领域的作用 越来越显著。发达国家的加工行业已经逐步进 入了激光加工时代。比如德国的激光加工装备
居于世界领先地位，尤其是在汽车制造和汽车
配件行业中，激光加工技术被广泛采用。日本 激光加工占到整个加工制造业的10%以上。
等。半导体激光泵浦的全固态激光器是20世纪80 年代末期出现的新型激光器。
梅曼 （Theodore H.Maiman）
美国休斯公司实验室从事红宝石荧光研究的 年青人梅曼使用今天看起来非常简单的方法， 在1960年7月演示了世界第一台红宝石固态激 光器。
小球照明红宝石激光器
我国研制的第一台激光器叫做“小球照明红宝石
深紫外全 固态激光 器通过验 收
2.2 全固态激光器的结构原理
圆棒激光器是目前发展最成熟、应用最广
泛的固体激光器构造。其中圆棒增益介质主要 高平均功率全固态激 光器---圆棒激光器
有Nd:YAG和Yb:YAG，按抽运方式不同可分 为端面抽运和侧面抽运两种方式。圆棒激光器 是目前发展最成熟、应用最广泛的固 体激光器 构造。
低了输出激光的光束质量。而且，抽运光要经过隔离冷却液的管道(一般为石英管)
和冷却液(一般为水)才能到达晶体棒，其中石英管的内外表面和晶体棒表面的对 抽运光的反射，冷却液对抽运光的吸收都会影响抽运效率，因此侧面抽运的光光 转换效率普遍比端面抽运要低，一般为 40%左右。不过由于侧面抽运很容易将高 功率泵光注入到晶体棒中，因此较容易获得高功率输出，而且通过改进设计，也 能获得百瓦以上的近衍射极限的基模输出。