就武漢中國光谷產(chǎn)業(yè)而言，能量光電子是其中最重要的組成部分，而激光器及其激光設(shè)備又是能量光電子的核心產(chǎn)品。自第一臺紅寶石激光器問世，固體激光器就一直占據(jù)了激光器發(fā)展的主導(dǎo)地位，特別是在20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的半導(dǎo)體激光器以及在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)的全固化固體激光器更因?yàn)轶w積小、重量輕、效率高、性能穩(wěn)定、可靠性好和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為光電行業(yè)中最具發(fā)展前途的領(lǐng)域。目前世界范圍內(nèi)銷售的商品固體激光器已有500余種，但從1998年開始，固體激光器中的Nd:YAG激光器的市場占有率和銷售額已升為第一位。
     傳統(tǒng)的固體YAG激光器，通常由摻釹釔鋁石榴石晶體棒、泵浦燈、聚光腔、光學(xué)諧振腔、電源及制冷系統(tǒng)組成，其轉(zhuǎn)換效率為2%到3%。另一方面整個激光器需要龐大的制冷系統(tǒng)，體積很大。泵浦燈的壽命約為300到1000小時，操作人員需花很多時間頻繁的換燈，中斷系統(tǒng)工作，使自動化生產(chǎn)線的效率大大降低。因此技術(shù)上沒有大的發(fā)展空間，全固化固體激光器將取代燈泵浦固體激光器，這是固體激光器的發(fā)展方向。近年來由于大功率激光二極管制造工藝的成熟和生產(chǎn)成本的降低，使二極管泵浦固體激光器的研究得到了飛快的發(fā)展，且已正式進(jìn)入商品化。世界著名的激光公司Rofin-Sinar所銷售的激光工業(yè)加工設(shè)備中60％已是二極管泵浦的固體激光器。表一給出了三類激光器的特性比較。

    表一、光纖激光器、二極管泵浦固體激光器和燈泵浦固體激光器的特性比較

    * 輸出功率大于100瓦時一般采用光纖束，但光束質(zhì)量比所有其它激光器系統(tǒng)高一個量級。

    與傳統(tǒng)燈泵浦固體激光器比較，全固化固體激光器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

    1)轉(zhuǎn)換效率高：由于半導(dǎo)體激光的發(fā)射波長與固體激光工作物質(zhì)的吸收峰相吻合，加之泵浦光模式可以很好地與激光振蕩模式相匹配，從而光光轉(zhuǎn)換效率很高，已達(dá)50％以上，整機(jī)效率也可以與二氧化碳激光器相當(dāng)，比燈泵固體激光器高出一個量級，因而全固化固體激光器可省去笨重的水冷系統(tǒng)，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，易于系統(tǒng)集成，性能價格比高。

    2)性能可靠、壽命長：激光二極管的壽命大大長于閃光燈，達(dá) 15000小時以上，而閃光燈的壽命只有300-1000小時。激光二極管的泵浦能量穩(wěn)定性好，比閃光燈泵浦優(yōu)一個數(shù)量級，性能可靠，可制成全固化器件。運(yùn)行壽命長，成為至今為止唯一無需維護(hù)的激光器，尤其適用于大規(guī)模生產(chǎn)線。

    3)輸出光束質(zhì)量好：由于二極管泵浦激光的高轉(zhuǎn)換效率，減少了激光工作物質(zhì)的熱透鏡效應(yīng)，大大改善了激光器的輸出光束質(zhì)量，激光光束質(zhì)量已接近理論極限M² = 1。

 二、全固化固體激光器結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

    全固化固體激光器可分為兩類：二極管泵浦固體激光器和光纖激光器?，F(xiàn)將其結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)分別敘述如下。

    1.二極管泵浦固體激光器

    激光二極管泵浦固體激光器的種類很多，可以是連續(xù)的、脈沖的、調(diào)Q的，以及加倍頻混頻等非線性轉(zhuǎn)換的。工作物質(zhì)的形狀有圓柱和板條狀的。而泵浦的耦合方式又分為直接端面泵浦、光纖耦合端面泵浦和側(cè)面泵浦三種結(jié)構(gòu)。泵浦所用的激光二極管或激光二極管陣列出射的泵浦光，經(jīng)由會聚光學(xué)系統(tǒng)將泵浦光耦合到晶體棒上，在晶體棒的泵浦耦合面上為減少耦合損失而鍍有對激光二極管波長的增透膜。同時，該端面也是固體激光器的諧振腔的全反端，因而端面的膜也是輸出激光的諧振腔，起振后產(chǎn)生的激光束由輸出鏡耦合輸出。

圖一 二極管直接端面泵浦固體激光器示意圖

     實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與其它兩種泵浦方式相對比，端面泵浦的效率最高。其原因?yàn)椋涸诒闷旨す饽Ｊ讲惶畹那闆r下，泵浦光都能由會聚光學(xué)系統(tǒng)耦合到工作物質(zhì)中，耦合損失較少；另一方面，泵浦光也有一定的模式，而產(chǎn)生的振蕩光的模式與泵浦光模式有密切關(guān)系，匹配的效果好，因此，工作物質(zhì)用泵浦光的利用率也相對高一些。然而，端面泵浦雖然效率高，但固體激光的輸出功率受端面限制，因?yàn)槎嗣孑^小時只能采用單元的激光二極管，這就限制了泵浦光的最大功率。如果采用功率較大的激光二極管陣列作泵浦源，則由于陣列型二極管輸出的泵浦光模式不好，因而不易將崩浦光有效地耦合到工作物質(zhì)中，實(shí)際上降低了效率。而且由于泵浦光的模式較為復(fù)雜，泵浦后輸出的1.06μm激光的光束質(zhì)量也不易保證。