了解微芯片激光器

來源：網(wǎng)絡(luò) 閱讀：263 發(fā)布時間：2025-03-21 16:01:19

微芯片激光器是無需對準(zhǔn)的單片固態(tài)激光器，其中激光晶體（或玻璃）直接與激光諧振腔的端鏡接觸（見圖 1）。此類激光器通常由激光二極管（→二極管泵浦激光器）直接或通過光纖泵浦。它們通常發(fā)射幾百毫瓦的平均功率，盡管有時可以達(dá)到 1W 以上。

圖 1：微芯片激光器，由兩端面均涂有電介質(zhì)鏡涂層的激光晶體組成。

微芯片激光器常用的激光晶體類型是 Nd:YAG 和 Nd:YVO4，發(fā)射波長范圍為 1 微米或 1.3 微米，有時約為 0.95 微米。最近，高摻雜陶瓷激光增益介質(zhì)也越來越受到關(guān)注。摻鉺晶體或玻璃作為增益介質(zhì)，可在 1.5 微米范圍內(nèi)實現(xiàn)對眼睛安全的發(fā)射波長。通過非線性頻率轉(zhuǎn)換可獲得更短的波長（見下文）。

在某些情況下，激光介質(zhì)和端鏡之間可能存在另一種光學(xué)裝置，例如用作 Q 開關(guān)或腔內(nèi)倍頻的電光調(diào)制器的非線性晶體，或用于提高功率處理能力和增加有效模式面積的未摻雜透明板。

術(shù)語“微激光器”有時也用于具有非常緊湊的諧振器設(shè)置的激光器（即微型激光器），但并不總是用于微芯片激光器。

諧振腔模式

大多數(shù)微芯片激光器沒有任何故意彎曲的諧振腔鏡。諧振腔模式通常由激光晶體中的熱透鏡（包括晶體端面的可能凸起）決定，在某些情況下，增益引導(dǎo)也會產(chǎn)生重大影響。簡單諧振腔的穩(wěn)定區(qū)從零屈光度延伸到某個值（max），該值（max）由諧振腔長度決定。這也決定了基模的光束半徑（min），由于諧振腔較短，該半徑相對較小。通常通過在基模內(nèi)泵送一定體積來獲得穩(wěn)定的衍射極限光束質(zhì)量。

使用熱透鏡形成諧振腔模式會帶來嚴(yán)重的限制。

偏振發(fā)射

對于 Nd:YAG 等各向同性增益介質(zhì)或玻璃，兩個偏振方向的增益基本相同。如果泵浦光束沒有準(zhǔn)確的圓形輪廓，激光輸出可能會因熱致雙折射等弱效應(yīng)而發(fā)生偏振。

單頻激光器

如果不采取特殊措施，微芯片激光器通常呈現(xiàn)單頻操作。這是因為諧振腔長度短導(dǎo)致自由光譜范圍大。當(dāng)激光晶體的溫度發(fā)生變化時，發(fā)射頻率可能會在很大范圍內(nèi)（幾千兆赫茲寬）漂移，直到發(fā)生模式跳躍。

使用微芯片激光器產(chǎn)生短脈沖

由于微芯片激光器的激光諧振腔很短，往返時間很短，因此非常適合產(chǎn)生相當(dāng)短的脈沖。簡單的方法是增益切換，這已經(jīng)足以獲得亞納秒脈沖。

Q 開關(guān)微芯片激光器還可以產(chǎn)生持續(xù)時間低于 1 ns 的異常短脈沖，在極端情況下甚至低于 100 ps。這尤其適用于使用 SESAM 進(jìn)行被動 Q 切換（圖 2），但也可以使用可飽和吸收晶體，例如 Cr:YAG 或某些 Cr 摻雜陶瓷，或者使用集成普克爾斯盒進(jìn)行主動 Q 切換。

尤其是使用被動 Q 開關(guān)時，微芯片激光器通常允許 100 kHz 以上的極高脈沖重復(fù)率，有時甚至幾兆赫。對于較低的重復(fù)率，通常幾微焦耳的脈沖能量和幾納秒的脈沖持續(xù)時間允許幾千瓦的峰值功率。參考文獻(xiàn)中討論了典型的權(quán)衡。