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固体激光器“涅磐重生”:中国技术打破禁运用于激光武器

  2、激励源

  固体激光器以光为激励源。常用的脉冲激励源有充氙闪光灯;连续激励源有氪弧灯、碘钨灯、钾铷灯等。在小型长寿命激光器中,可用半导体发光二极管或太阳光作激励源。一些新的固体激光器也有采用激光激励的。

  固体激光器由于光源的发射光谱中只有一部分为工作物质所吸收,加上其他损耗,因而能量转换效率不高,一般在千分之几到百分之几之间。

  3、特性

  固体激光器可作大能量和高功率相干光源。红宝石脉冲激光器的输出能量可达千焦耳级。经调 Q和多级放大的钕玻璃激光系统的最高脉冲功率达10瓦。钇铝石榴石连续激光器的输出功率达百瓦级,多级串接可达千瓦。

  固体激光器运用Q开关技术(见光调制),可以得到纳秒至百纳秒级的短脉冲,采用锁模技术可得到皮秒至百皮秒量级的超短脉冲。

  由于工作物质的光学不均匀性等原因,一般固体激光器的输出为多模。若选用光学均匀性好的工作物质和采取精心设计谐振腔等技术措施,可得到光束发散角接近衍射极限的基横模(TEM00)激光,还可获得单纵模激光。

  二、未来发展方向

  传统的固体 YAG 激光器,通常由掺钕钇铝石榴石晶体棒,泵浦灯、聚光腔、光学谐振腔、电源及制冷系统组成,其转换效率为 2%到 3%。由于泵浦灯发射的光谱只有极小部分被晶体棒所吸收并转换成激光能量,大部分注入电功率转换成热能,其直接害处一方面表现为大量的热能造成激光晶体不可消除的热透镜效应,使激光光束质量变差;另一方面整个激光器需要庞大的制冷系统,体积很大。泵浦灯的寿命约为 300 到 1000 小时,操作人员需花很多时间频繁的换灯,中断系统工作,使自动化生产线的效率大大降低。有关专家认为,灯泵浦固体激光器的发展已到尽头,技术上没有大的发展空间,要适应新环境下的应用,固体激光器就必须向着全固化方向发展。未来,二极管泵浦固体激光器(全固态固体激光器)将取代灯泵浦固体激光器。

  全固态激光器(DPL)具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长、光束质量高等优点,市场需求十分巨大。全固态激光技术是目前我国在国际上为数不多的从材料源头直到激光系统集成拥有整体优势的高技术领域之一,具备了在部分领域加速发展的良好基础。

  二极管泵浦固体激光器的技术核心包括光束耦合、光束质量、电源技术、控制系统及系统集成。二极管泵浦技术的出现,为固体激光器注入了新的生机和活力,使固体激光器的一场革命。

  半导体激光泵浦的全固态激光器是20世纪80年代末期出现的新型激光器。全固态激光器的总体效率至少要比灯泵浦高10倍,由于单位输出的热负荷降低,可获取更高的功率,系统寿命和可靠性大约是闪光灯泵浦系统的100倍,因此,半导体激光器泵浦技术为固体激光器注入了新的生机和活力,使全固态激光器同时具有固体激光器和半导体激光器的双重特点,它的出现和逐渐成熟是固体激光器的一场革命,也是固体激光器的发展方向。近年来由于大功率激光二极管制造工艺的成熟和生产成本的降低,使二极管泵浦固体激光器的研究得到了飞快的发展,且已正式进入商品化。世界著名的激光公司Rofin-Sinar 所销售的激光工业加工设备中 60%已是二极管泵浦的固体激光器。

  与传统灯泵浦固体激光器比较,二极管泵浦固体激光器具有以下优点:

  1、转换效率高:由于半导体激光的发射波长与固体激光工作物质的吸收峰相吻合,加之泵浦光模式可以很好地与激光振荡模式相匹配,从而光光转换效率很高,已达 50%以上,整机效率也可以与二氧化碳激光器相当,比灯泵固体激光器高出一个量级,因而二极管泵浦激光器可省去笨重的水冷系统,体积小、重量轻,结构紧凑。

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