二极管泵浦固体激光器( diode-pumped solid- state lasers,.ppt

二极管泵浦固体激光器简介（ Diode-pumped Solid- state Lasers, DPSSLs） 2005年，二极管激光器占全世界激光器销售市场的59％，约32.3亿美元；2006年，达到35.2亿美元，增长约9％. DPSSLs的发展历史 1916，Einstein提出了受激辐射的概念，并提出了受激辐射、自发辐射以及受激吸收的辐射理论 1930‘s, Ladenburg 通过负色散实验观察到了受激辐射 1950’s，weber演示了基于微波跃迁的受激辐射实验。 1960， Maiman 发明了世界上的第一台激光器，工作物质：红宝石棒（Cr3+:Al2O3)，输出波长：694nm,泵浦方式：氙闪光灯泵浦 固体激光器的组成及分类 （3）固体激光器按泵浦方式分： 闪光灯泵浦效率很低，结构庞大，无法小型化、全固态化。 二极管泵浦效率高，阈值电流低，热效应小等等显著的优势 2.1 同质结(Homojunction) 2.2 异质结(Heterojunction) 异质结的两种主要结构 (1)增益导引条形LD 异质结的两种主要结构 (2)折射率导引条形LD 异质结LD的主要问题 (1)材料的晶格匹配（两个原子层的晶格常数相差0.1％～1%） (2)直接带隙跃迁； (3)功率较低，大功率连续输出激光器较难做到 2.3 量子阱LD（Quantum-Well Laser Diode) 量子阱LD 的优点 2.4 垂直腔面发光激光器 (VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser) （1）动态单纵模窄线宽振荡 DFB激光器只有满足Bragg反射条件?=m?m/2的特定波长的光才能受到强烈反射而形成振荡。多个微型谐振腔同步振荡、共同选模，实现单纵模振荡。 （2）波长稳定性好，温度漂移约为0.08nm/℃。 （3）频率和强度噪声低 （4）边模抑制比高 (5) 啁啾 2.6 分布布喇格反射(DBR：Distributed Bragg Reflection)半导体激光器 2.6 半导体发光二极管(LED）与激光二极管（LD) 三、DPSSLs的发展 3.1 DPSSLs发展历程 1960’s。由于LD 限制了DPSSLs的发展，早期的固体激光器采用flash lamp pumping，直到约20年之后，随着LD的发展，才开始出现DPSSLs。 1963年，Newman 利用LEDs来作为泵浦源。（缺点：效率低，现代的LEDs的效率也只有20％左右，光功率密度低以及较宽的频谱带，不宜作为固体激光器的泵浦源） 1964年，Keyes 和Quist， 展示了固体激光增益物质，通过新的LD，通过liquid helium来冷却。不错的性能和准连续波操作特性。 1964年，Ross，Nd:YAG 1974年，Stone ,Burrus ,在光纤里掺入稀有金属离子，制成光纤激光器。 1980’s, 半导体制造工艺的发展以及晶体材料生长技术的提高，促进DPSSLs以极快的速度发展。 3.2 DPSSLs的激光激活离子 3.3激光工作物质基质材料的分类 氧化物YAG、YOS、YVO4、GdVO4、LiNbO3等等优点：损伤阈值高、力学、热学性能好缺点：荧光猝灭效应。限制了激活离子的掺杂浓度 氟化物SFAP、SVAP、YLF优点：具有负的热光效应，相对较小的荧光猝灭效应；缺点：力、热性能比氧化物差很多 化学计量晶体NYAB、LNP优点：具有很高的激活离子浓度 玻璃光纤激光器等优点：可用于高功率的激光输出， 缺点：出光效率和性能低于晶体结构的基质材料 3.4 单片式固体激光器的发展 At the end of 1980’s, (1) Zayhowski(MIT Lincoln Labs) 1064nm transition in Nd:YAG. Single frequency operation, gain-switching and frequency modulation of these devices. (2) Dixon et al. (Amoco Laser Company) cube laser: stiochiometric crystal LNP. Single mode operation at 1047nm and 1317nm, and intracavity frequency doubling using these cubes. 3.5 组合式微片激光器（Composed Microchip Laser) * * 伍鹤会 激光一组 半导体二极管激光器（LD)的市场 一、 Laser的实现 固体激光器小到微片式激光器，大