什么是薄盘激光器？薄盘激光器的工作原理与应用拓展

    薄盘激光器作为一种独特的二极管泵浦高功率固态激光器，正以其卓越的性能和特点，在众多领域崭露头角。下面中测光科将详细介绍薄盘激光器

    一、定义与特点：

    1.定义：薄盘激光器是一种特殊的二极管泵浦高功率固态激光器，其增益介质为激光活性材料的薄盘。

    2.特点：与传统的棒状激光器或板条激光器的主要区别在于增益介质的几何形状，薄盘的厚度远小于激光束直径，热量主要通过一个端面纵向提取。

    二、工作原理：

    1.多通泵浦：薄盘的小厚度通常导致单通或双通泵浦时吸收效率低，通过多通泵浦布置解决，通常使用抛物面镜和棱镜反射器，可使泵辐射多次通过薄盘，对泵二极管的辐射度要求低于高功率光纤激光器，但高于一些板条激光器和其他侧泵浦激光器。

    2.降低热问题与功率可扩展性：薄盘的小厚度使温度上升最小，温度梯度主要垂直于盘表面，导致热透镜和去极化损耗弱，可实现高光束质量和稳定运行。功率可扩展性强，通过增加泵功率和盘面积，同时保持盘厚度和掺杂水平不变来实现功率倍增，同时热透镜效应可得到补偿，但会受到机械应力和横向放大自发辐射的限制。

    三、增益介质：

    1.常用介质：最常用的增益介质是Yb:YAG，与Nd:YAG相比具有发射波长短、量子缺陷小、上能级寿命长、增益带宽大等优点，其他如钨酸盐晶体、Nd:YAG或Nd:YVO4等也可使用。

    2.要求：高掺杂浓度有利于使用相对较薄的盘并减少泵辐射的通过次数，一些增益材料如激光玻璃不适合薄盘几何形状。

    四、性能与应用：

    1.空间孔燃烧：薄盘厚度小导致空间孔燃烧通常无法避免，但通过在谐振腔中使用适当的波长滤波器可实现单频操作，对被动锁模有影响，但也能产生更短的脉冲。

    2.Q开关脉冲产生：适用于产生高能量纳秒脉冲，常用增益介质Yb:YAG能量存储更好，但增益中等，限制了实现短脉冲，需要与腔倒空结合。

    3.锁模高功率薄盘激光器：特别适合产生超短脉冲，具有实现衍射极限操作容易、Yb:YAG增益带宽宽、薄盘非线性小等优点，最初认为被动锁模在高功率水平下不可行，但研究表明通过合理设计可以解决，已实现超过100W的平均输出功率，脉冲持续时间可短至200fs。

    4.放大器与非线性频率转换：薄盘激光头可用于再生放大器，高功率连续波绿色激光器可通过腔内倍频实现，也适用于光参量振荡器、放大器和发生器的泵浦源，还展示了基于锁模薄盘激光器的高功率RGB源。

    五、发展趋势：

    1.概念扩展：如侧泵浦盘可允许更高的输出功率，同时降低对泵光束质量的要求，还有低温薄盘激光器的发展。

    2.与光纤激光器的竞争：工业薄盘激光器面临高功率光纤激光器的激烈竞争，在连续波操作和超短脉冲产生方面各有优劣，具体比较需考虑多个因素。

    3.半导体盘激光器：薄盘几何形状也用于垂直外腔表面发射激光器，半导体盘激光器通常不需要多次泵浦，但最近也应用了多泵浦通的概念，其性能不太可能达到掺杂绝缘体薄盘激光器的水平，但在某些方面仍很有趣，如可用于多种发射波长。