高功率
半導體激光器系統(tǒng)作為發(fā)展成熟的激光
光源,在材料加工和固體
激光器泵浦領(lǐng)域具有廣泛應用。盡管高功率半導體具備轉(zhuǎn)換效率高、功率高、可靠性強、壽命長、體積小以及成本低等諸多優(yōu)點,但是
光譜亮度相對較差則是一個不容忽視的缺點。半導體激光器bar條典型的光譜帶寬大約是3~6nm,而且峰值
波長會受工作電流和工作溫度的影響而發(fā)生漂移。
J%]D%2vnk` {hO`6mr&t 通常,摻釹固體晶體是對其相對較寬的808nm吸收帶進行泵浦,標準的半導體激光器系統(tǒng)能很容易地滿足808nm泵浦的光譜要。但是在過去幾年里,隨著半導體激光器bar條的工作電流和功率的不斷提高,導致在從閾值電流上升到工作電流的過程中產(chǎn)生了更大的波長漂移。為了確保在整個工作范圍內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定、有效的泵浦,需要控制泵浦半導體激光器的光譜,使其光譜帶寬始終與激活激光介質(zhì)的吸收帶寬相匹配。
1Ee>S\9t cDXsi#Raj 另一方面,
光纖激光器的迅速發(fā)展,也增加了對其他波長的泵浦源的需求。例如,泵浦波長為1080nm左右的標準摻鐿光纖激光器,就需要915nm、940nm和980nm的光纖耦合半導體激光器系統(tǒng),特別是980nm泵浦區(qū)尤為重要,因為摻鐿材料在該泵浦區(qū)具有較高的吸收系數(shù)和較窄的吸收帶寬。
'~wpP=<yyF -NBiW6b~ 通常,高功率半導體激光器模塊的典型光譜寬度大約是3~6nm,而且其中心波長會隨著溫度和驅(qū)動電流的變化而發(fā)生漂移,這對于具有較小吸收帶寬的泵浦應用來說是一個很大的障礙。高功率半導體激光器模塊的波長穩(wěn)定性,對于有效地泵浦具有較窄吸收帶寬的固體激光器而言,至關(guān)重要。
Us~ X9n_F )OsLrq/ 體全息
光柵波長穩(wěn)定性技術(shù),能幫助高功率半導體激光器模塊實現(xiàn)穩(wěn)定的波長。當然,要想實現(xiàn)可靠的波長穩(wěn)定性能,必須要對體全息光柵和半導體激光器模塊的相關(guān)參數(shù)進行慎重選擇。
7CB#YP?E kDz>r#% 另一個新的泵浦波長是在888nm泵浦Nd:YVO4,與808nm泵浦相比,888nm泵浦的優(yōu)勢在于該波長處于各向同性吸收區(qū),即在所有偏振方向上具有相同的吸收系數(shù),并且量子虧損小。[1]
]^\8U2q} Kt.~aaG_ 對于光譜線寬要求最高的應用之一是堿金屬蒸汽激光器(如銣或銫)的光泵浦,這類應用需要的線寬大約為10GHz。對于這些應用,要實現(xiàn)有效泵浦,必須要控制半導體激光器泵浦源的光譜。[2]
hD<f3_k h.whjiCFa 由多個半導體激光器bar條構(gòu)成的高功率半導體激光器系統(tǒng)的另一缺點在于相對較差的光束質(zhì)量和亮度B,下面的公式是B的定義。半導體激光器光束的亮度由激光功率P以及慢軸和快軸方向上的光束參數(shù)乘積(BPP)所確定。[3]
mi2o1"Jd$` ".~{:= 7nHTlI1b 普通大面積半導體激光器bar條的輸出光束是由對于光束尺寸和發(fā)散角高度非對稱的參數(shù)來表征的?燧S方向上的光束質(zhì)量約為1mm·mrad,接近衍射極限;然而,標準10mm大面積半導體激光器bar條慢軸方向上的光束質(zhì)量在400~500mm·mrad之間,遠遠超過了衍射極限。
e^$j5jV IGAzE( 最近幾年中,通過增加每個發(fā)射體的輸出功率和減小慢軸發(fā)散角,半導體激光器bar條的亮度已經(jīng)得到了顯著提高。這些進展帶來了發(fā)射體數(shù)量減少、發(fā)射體間距增加的新型半導體激光器設(shè)計。這些迷你bar條比傳統(tǒng)的10mm大面積半導體激光器bar條更具優(yōu)勢。[4]
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