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全固�(tài)激光器
閱讀�4472時間�2017-08-29 15:34:21

    半導體激光器泵浦的固�(tài)激光器(LDPSSL)顧名思義是以 LD 或� LD 陣列(Laser Diode Array,簡� LDA)作為泵浦源,以固體激光材料作為增益介�(zhì)的激光產(chǎn)生裝�。這種激光器核心部件沒有液體(如染料、水等)或者氣體(如一些惰性氣體),常被稱為全固態(tài)(或全固體)激光器(All Solid State Laser��

    全固�(tài)激光器(DPL)具有體積小、重量輕、效率高、性能�(wěn)定、可靠性好、壽命長、光束質(zhì)量高等優(yōu)點,市場需求十分巨�。全固態(tài)激光技�(shù)是目前我國在國際上為�(shù)不多的從材料源頭直到激光系�(tǒng)集成擁有整體�(yōu)勢的高技�(shù)�(lǐng)域之一,具備了在部分領(lǐng)域加速發(fā)展的良好基礎(chǔ)�

引言

    高功�、小型化的全固態(tài)藍綠激光器在海洋探測、水下通信等軍事領(lǐng)域或者醫(yī)學方面都具有重要的地�,這些應用一般都需要高功率藍綠激�。目�,常用�1064 nm Nd∶YAG激光器的倍頻效率一般只�50%左右[1~4],因此通過提高倍頻效率來提高整機的電光效率顯得非常重要。如何提高非線性光學頻率變換的效率一直是激光技�(shù)界的研究熱點。David Eimerl[5]提出了正交頻率變換的概念受到�(guān)�,他們按照正交頻率變換的方式使用兩塊KD*P晶體,對于基波是Nd∶YLF激光輸出經(jīng)摻Nd磷酸鹽玻璃放大器放大后的1053 nm激光脈�,在基波功率密度為200 MW/c.

    半導體激光泵浦的全固�(tài)激光器�20世紀80年代末期出現(xiàn)的新型激光器。全固態(tài)激光器的總體效率至少要比燈泵浦�10�,由于單位輸出的熱負荷降低,可獲取更高的功率,系統(tǒng)壽命和可靠性大約是閃光燈泵浦系�(tǒng)�100�,因此,半導體激光器泵浦技�(shù)為固體激光器注入了新的生機和活力,使全固�(tài)激光器同時具有固體激光器和半導體激光器的雙重特�,它的出�(xiàn)和逐漸成熟是固體激光器的一場革�,也是固體激光器的發(fā)展方�。并�,它已滲透到各個學科領(lǐng)�,例如:激光信息存儲與處理、激光材料加�、激光醫(yī)學及生物學、激光通訊 、激光印�、激光光譜學、激光化�、激光分離同位素、激光核聚變、激光投影顯示、激光檢測與計量及軍用激光技�(shù)�,極大地促進了這些�(lǐng)域的技�(shù)進步和前所未有的發(fā)�。這些交叉技�(shù)與學科的出現(xiàn),大大地推動了傳�(tǒng)�(chǎn)�(yè)和新興產(chǎn)�(yè)的發(fā)��

    全固�(tài)激光器是其應用技�(shù)�(lǐng)域中�(guān)鍵的、基�(chǔ)的核心器�,因此一直倍受�(guān)�。近�,由于大功率半導體激光器迅速發(fā)展,促成全固�(tài)激光器的研�(fā)工作得以卓有成效地展�,并取得了諸多顯赫成�。已�(jīng)確認,傳�(tǒng)燈泵浦固體激光器的賴以占�(jù)世界激光器市場主導地位的所有運�(zhuǎn)方式,均可以通過半導體激光器泵浦成功地加以實�(xiàn)。通常應用在激光打標機、激光劃片機、激光切割機、激光焊接機、激光去重平�、激光蝕刻等系統(tǒng)�。由于全固態(tài)激光器具有高光電轉(zhuǎn)換效�、高功率、高�(wěn)定性、高可靠�、壽命長、體積小等優(yōu)�,采用全固態(tài)激光器已成為激光加工設(shè)備的趨勢和主流方��

應用概況

    國外研究情況

    近幾年,美國、德國、特別是日本都在加大力量�(fā)展全固態(tài)紫外激光器,特別是中大功率全固�(tài)紫外激光器的開�(fā)應用。由�1064nm�532nm波長激光對材料的加工主要是�(chǎn)生氣化或熔融等熱作用,所以加工出的產(chǎn)品往往很難達到精細、光�,甚至有些材料(如陶�、硅片等)在加工時會引起碎裂,因�,全固態(tài)紫外激光器在激光微加工、激光精密加工有著廣泛推廣應用的趨勢。當前國外工�(yè)�(fā)達國�,全固態(tài)紫外激光器已開始成為工�(yè)用標準激光器。據(jù)文獻報道:日本M.Nishioka公司已研�(fā)�40W�266nm全固�(tài)紫外激光器;三菱公司也在市場上推出�18W 355nm 25kHz全固�(tài)紫外激光器�(chǎn)�;另外相干公司的AVIV系列激光器已做到在266nm,30kHz�,平均功率大�3W,在355nm,40kHz�,平均功率大�10W;光譜物理公司的YHP-series系列激光器也達到在266nm,20kHz�,平均功率大�1.5W,在355nm,20kHz�,平均功率大�3.5W;Lightwave electronics公司所推出� Q301-SM激光器也達到了�355nm,10kHz�,平均功率大�10W的技�(shù)指標??傮w來說,國外全固態(tài)紫外激光器技�(shù)及應用設(shè)備已趨向成熟,但價格昂貴�

    應用

    高功率半導體激光列陣單光纖耦合模塊可直接作為光源廣泛應用于激光醫(yī)療、信息產(chǎn)�(yè)、激光加工、國防工�(yè)、激光武器和�(zhàn)�(shù)裝備等領(lǐng)�。作為泵浦光源將是泵浦全固態(tài)激光器的核心器�,是一種高光-光轉(zhuǎn)換效率(大于30%)的高功率泵浦全固態(tài)激光器的商用半導體激光光源模塊,是替代燈泵浦激光器的理想產(chǎn)�。當�,國外半導體激光器單根光纖耦合模塊的研究水平是耦合進入1個芯�400μm,輸出功�200W。耦合進入1�800μm的光�,輸出功�700W;耦合進入1�1.5mm的光�,輸出功率超�2000W。國外出售的單光纖耦合模塊�(chǎn)品水平如:Apollo公司�(chǎn)品為光纖芯徑100�600μm、光纖輸出功�15�100W;LIMO 公司�(chǎn)品為光纖芯徑200�600μm、光纖輸出功�10�50W�

國內(nèi)研究

    �(fā)展方�

    全固�(tài)激光器的發(fā)展方向大體為:輸出功率為�/�/中型的器件將沿著多樣化、智能化、產(chǎn)�(yè)化方向發(fā)展,大功率器件將向高平均功率/高光束質(zhì)量發(fā)�,而戰(zhàn)略性應用的高能全固�(tài)激光器將得到特別加強從而開�(fā)出更多新技�(shù),如當前正待�(fā)展的熱容運轉(zhuǎn)技�(shù)和功率合成技�(shù)�

    研究進展

    當前,國�(nèi)大功率全固態(tài)激光器研究水平的代表為中科院物理所,已研制出大功率全固�(tài)激�、全固態(tài)寬調(diào)諧飛秒激光器、深紫外至中紅外全固�(tài)激光器。并用自行研制的全固�(tài)高功率紅、綠、藍三基色激光器為光源,�2002年在國內(nèi)首次實現(xiàn)全固�(tài)激光全色顯��2003年實�(xiàn)60前投和背投原理性演示樣機,2005年成功研制出60激光家庭影��84�140大屏幕激光顯示樣機。先后參加了863“十五”重大成果展、科技�(chuàng)新展和上海國際工�(yè)博覽會,獲得博覽會的科技�(chuàng)新獎。而我國對全固�(tài)紫外激光技�(shù)及應用系�(tǒng)的研究尚處在起步階段�

    國科激光與多年從事全固�(tài)激光器研究的中科院物理所合作,對該所在國�973項目�863項目和中科院重大項目等支持下的,并通過863驗收、中科院院級成果鑒定的CW紅光全固�(tài)激光器(國際)、多波段寬調(diào)諧全固態(tài)激光器(國際首�(chuàng))、CW綠光全固�(tài)激光器(國�(nèi)首創(chuàng),國際先進)、QCW高光束質(zhì)量全固態(tài)激光器(國�(nèi))等科研成果進行接產(chǎn)。還與該所合作完成全固�(tài)高功率紅、綠、藍三基色激光器,紫外全固態(tài)激光器,高光束�(zhì)�、高功率QCW全固�(tài)激光器等項�,并研制成功國內(nèi)臺可�(diào)諧摻鈦藍寶石激光器�

    一種全固態(tài)激光器

    本實用新型涉及一種全固態(tài)激光器,包括諧振腔,其特征在于所述諧振腔包括用作激光晶體的摻釹釩酸釓晶體,所述摻釹釩酸釓晶體中釹的摻雜濃度至少為0�5atm%。本實用新型首次用全固態(tài)激光器實現(xiàn)�960nm激光的輸出,該激光屬于紅外波�,應用前景廣闊,例如,紅外激光用于材料微加工、用于監(jiān)測工�(yè)加工�(huán)境安�;紅外激光還可應用于激光焊�,可以制造出超過原材料硬度的焊接縫�

 

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