傳統(tǒng)固體激光器

　　激光器說(shuō)白了就是一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器---波長(zhǎng)短的泵浦光激勵(lì)摻雜離子轉(zhuǎn)換成長(zhǎng)波長(zhǎng)的光輻射，它一般由3部分組成：工作物質(zhì)、諧振腔和泵浦系統(tǒng)。由于光纖激光器本質(zhì)上屬于固體激光器，所以在此僅比較一下傳統(tǒng)Nd:YAG激光器的特性。

工作物質(zhì)：

　　工作物質(zhì)是固體激光器的心臟，它的物理性質(zhì)由基質(zhì)材料決定，光譜性質(zhì)由激活離子內(nèi)的能級(jí)結(jié)構(gòu)決定。在YAG單晶體中摻入三價(jià)的Nd3+，便構(gòu)成了目前廣泛應(yīng)用的YAG激光晶體。它主要有如下明顯的特點(diǎn)：

　　1、YAG棒生長(zhǎng)速度很慢，一般小于1mm/h。目前zui大晶體棒的直徑為40mm，長(zhǎng)180mm，所以激光增益從根本上受到限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)特高功率激光輸出。

　　2、工作物質(zhì)只要是晶體就無(wú)法回避激光棒的熱透鏡效應(yīng)、熱應(yīng)變和熱致雙折射現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)“激光淬滅”和激光棒斷裂；所以，YAG激光器效率很低。

　　3、Nd:YAG棒的主要吸收譜線在810nm附近，其帶寬約為2nm，所以要嚴(yán)格控制泵浦源的線寬，否則吸收無(wú)效反而造成熱損耗，所以YAG激光器一般要加龐大的冷卻系統(tǒng)。

　　4、由于Nd3+半徑與Y3+半徑不*相符，Nd3+離子摻入YAG晶體中在結(jié)構(gòu)上存有天生的缺陷造成光學(xué)瑕疵，不能夠在YAG晶體中摻入高濃度的Nd3+來(lái)實(shí)現(xiàn)高增益，這同時(shí)也是影響激光器光學(xué)性能的根本。

　　5、處于亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的Nd3+離子平均壽命長(zhǎng)為300us，其*Q開(kāi)關(guān)重復(fù)頻率只能是1/300us，即3.3Khz，所以YAG激光器的Q開(kāi)關(guān)一般設(shè)定為3-5Khz而無(wú)法實(shí)現(xiàn)高頻工作。

　　光學(xué)諧振腔：

　　傳統(tǒng)光學(xué)諧振腔主要由工作物質(zhì)兩端鍍了膜的兩塊鏡片組成，起著正反饋、選模和輸出耦合的作用。比較光纖激光器*的腔結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)光學(xué)諧振腔主要有如下特點(diǎn)：

　　1、由于是由兩塊鏡片組成，諧振腔受到機(jī)械振動(dòng)、熱透鏡效應(yīng)以及晶體棒熱焦距擾動(dòng)影響，從而造成激光無(wú)法正常出光，需極為煩瑣的調(diào)光與監(jiān)控。

　　2、腔鏡對(duì)灰塵、水分和雜物十分敏感，需經(jīng)常專業(yè)擦拭，否則影響激光功率。

　　3、腔長(zhǎng)長(zhǎng)度與輸出功率是一對(duì)矛盾，光束質(zhì)量與激光能量是一對(duì)矛盾；只有采取昂貴的選模/鎖模腔才可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的大功率輸出。

　　4、從激光晶體激勵(lì)出來(lái)的初始激光不是單模光，而是一束直徑為幾毫米的光束，必須通過(guò)腔鏡衰減或選模機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)單模輸出，從而降低了整體轉(zhuǎn)換效率。

　　泵浦系統(tǒng)：

　　由于燈泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)廣為人知，在此僅談?wù)凞PSSL的泵浦方式的某些特性：

　　1、由于DPPSSL主要是在泵浦系統(tǒng)上稍作改進(jìn)，它只能緩解激光棒熱效應(yīng)，而無(wú)法從本質(zhì)上*晶體激光器的這個(gè)弊病。

　 2、需嚴(yán)格控制LD的波長(zhǎng)在808-812nm之間，要么加冷卻系統(tǒng)，要么加波長(zhǎng)鎖定器，這是由于Nd:YAG晶體光譜特性所決定的。

　　3、如泵浦光聚焦在幾毫米的晶體端面進(jìn)行端泵，一是無(wú)法實(shí)現(xiàn)高功率輸出；二是泵浦光不能太強(qiáng)，否則膜層可能脫落，晶體棒無(wú)法及時(shí)散熱，甚至出現(xiàn)棒畸變。

　　4、如泵浦光對(duì)晶體進(jìn)行側(cè)面泵浦，則一般為多模輸出，如不采取專門(mén)措施，無(wú)法提高光束質(zhì)量。

　　5、LD直接發(fā)射出的激光為高度高斯像散光束，在進(jìn)行端泵時(shí)需增加各種光學(xué)元件把泵浦光校準(zhǔn)、聚焦在晶體上，這些附加的光學(xué)器件必將受到機(jī)械振動(dòng)、灰塵和潮濕的影響，從而降低轉(zhuǎn)換效率。