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888nm泵浦波长优点分析

导读: 高功率半导体激光器系统作为发展成熟的激光光源,在材料加工和固体激光器泵浦领域具有广泛应用。

  高功率半导体激光器系统作为发展成熟的激光光源,在材料加工和固体激光器泵浦领域具有广泛应用。尽管高功率半导体具备转换效率高、功率高、可靠性强、寿命长、体积小以及成本低等诸多优点,但是光谱亮度相对较差则是一个不容忽视的缺点。半导体激光器bar条典型的光谱带宽大约是3~6nm,而且峰值波长会受工作电流和工作温度的影响而发生漂移。

  最近几年中,通过增加每个发射体的输出功率和减小慢轴发散角,半导体激光器bar条的亮度已经得到了显著提高。这些进展带来了发射体数量减少、发射体间距增加的新型半导体激光器设计。这些迷你bar条比传统的10mm大面积半导体激光器bar条更具优势。

  通常,掺钕固体晶体是对其相对较宽的808nm吸收带进行泵浦,标准的半导体激光器系统能很容易地满足808nm泵浦的光谱要求。但是在过去几年里,随着半导体激光器bar条的工作电流和功率的不断提高,导致在从阈值电流上升到工作电流的过程中产生了更大的波长漂移。为了确保在整个工作范围内实现稳定、有效的泵浦,需要控制泵浦半导体激光器的光谱,使其光谱带宽始终与激活激光介质的吸收带宽相匹配。

  另一个新的泵浦波长是在888nm泵浦Nd:YVO4,与808nm泵浦相比,888nm泵浦的优势在于该波长处于各向同性吸收区,即在所有偏振方向上具有相同的吸收系数,并且量子亏损小。

  对于光谱线宽要求最高的应用之一是碱金属蒸汽激光器(如铷或铯)的光泵浦,这类应用需要的线宽大约为10GHz。对于这些应用,要实现有效泵浦,控制半导体激光器泵浦源的光谱。

  由多个半导体激光器bar条构成的高功率半导体激光器系统的另一缺点在于相对较差的光束质量和亮度B,公式是B的定义。半导体激光器光束的亮度由激光功率P以及慢轴和快轴方向上的光束参数乘积(BPP)a所确定。

  另一方面,光纤激光器的迅速发展,也增加了对其他波长的泵浦源的需求。例如,泵浦波长为1080nm左右的标准掺镱光纤激光器,就需要915nm、940nm和980nm的光纤耦合半导体激光器系统,特别是980nm泵浦区尤为重要,因为掺镱材料在该泵浦区具有较高的吸收系数和较窄的吸收带宽。

  半导体激光器系统亮度的进一步增强是通过偏振耦合和波长复用实现的。偏振耦合仅能将亮度提高一个单位系数的两倍,而波长复用技术受可用波长数量n的限制。事实上,波长复用进行功率扩展是以牺牲光谱亮度为代价。

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