什么是薄盤激光器？薄盤激光器的工作原理與應用拓展

    薄盤激光器作為一種獨特的二極管泵浦高功率固態激光器，正以其卓越的性能和特點，在眾多領域嶄露頭角。下面中測光科將詳細介紹薄盤激光器

    一、定義與特點：

    1.定義：薄盤激光器是一種特殊的二極管泵浦高功率固態激光器，其增益介質為激光活性材料的薄盤。

    2.特點：與傳統的棒狀激光器或板條激光器的主要區別在于增益介質的幾何形狀，薄盤的厚度遠小于激光束直徑，熱量主要通過一個端面縱向提取。

    二、工作原理：

    1.多通泵浦：薄盤的小厚度通常導致單通或雙通泵浦時吸收效率低，通過多通泵浦布置解決，通常使用拋物面鏡和棱鏡反射器，可使泵輻射多次通過薄盤，對泵二極管的輻射度要求低于高功率光纖激光器，但高于一些板條激光器和其他側泵浦激光器。

    2.降低熱問題與功率可擴展性：薄盤的小厚度使溫度上升最小，溫度梯度主要垂直于盤表面，導致熱透鏡和去極化損耗弱，可實現高光束質量和穩定運行。功率可擴展性強，通過增加泵功率和盤面積，同時保持盤厚度和摻雜水平不變來實現功率倍增，同時熱透鏡效應可得到補償，但會受到機械應力和橫向放大自發輻射的限制。

    三、增益介質：

    1.常用介質：最常用的增益介質是Yb:YAG，與Nd:YAG相比具有發射波長短、量子缺陷小、上能級壽命長、增益帶寬大等優點，其他如鎢酸鹽晶體、Nd:YAG或Nd:YVO4等也可使用。

    2.要求：高摻雜濃度有利于使用相對較薄的盤并減少泵輻射的通過次數，一些增益材料如激光玻璃不適合薄盤幾何形狀。

    四、性能與應用：

    1.空間孔燃燒：薄盤厚度小導致空間孔燃燒通常無法避免，但通過在諧振腔中使用適當的波長濾波器可實現單頻操作，對被動鎖模有影響，但也能產生更短的脈沖。

    2.Q開關脈沖產生：適用于產生高能量納秒脈沖，常用增益介質Yb:YAG能量存儲更好，但增益中等，限制了實現短脈沖，需要與腔倒空結合。

    3.鎖模高功率薄盤激光器：特別適合產生超短脈沖，具有實現衍射極限操作容易、Yb:YAG增益帶寬寬、薄盤非線性小等優點，最初認為被動鎖模在高功率水平下不可行，但研究表明通過合理設計可以解決，已實現超過100W的平均輸出功率，脈沖持續時間可短至200fs。

    4.放大器與非線性頻率轉換：薄盤激光頭可用于再生放大器，高功率連續波綠色激光器可通過腔內倍頻實現，也適用于光參量振蕩器、放大器和發生器的泵浦源，還展示了基于鎖模薄盤激光器的高功率RGB源。

    五、發展趨勢：

    1.概念擴展：如側泵浦盤可允許更高的輸出功率，同時降低對泵光束質量的要求，還有低溫薄盤激光器的發展。

    2.與光纖激光器的競爭：工業薄盤激光器面臨高功率光纖激光器的激烈競爭，在連續波操作和超短脈沖產生方面各有優劣，具體比較需考慮多個因素。

    3.半導體盤激光器：薄盤幾何形狀也用于垂直外腔表面發射激光器，半導體盤激光器通常不需要多次泵浦，但最近也應用了多泵浦通的概念，其性能不太可能達到摻雜絕緣體薄盤激光器的水平，但在某些方面仍很有趣，如可用于多種發射波長。