二极管泵浦激光器

几乎所有的光学泵浦激光器都属于两类中的一类：

• 灯泵浦激光器，以某种气体放电灯（弧光灯或闪光灯）作为泵浦源。
• 二极管泵浦激光器，用某种激光二极管泵浦的激光器。

本文讨论后一类，也使用术语全固态激光器。

二极管泵浦激光器的类型

大多数二极管泵浦激光器是固体激光器（DPSSL=DPSS激光器=二极管泵浦固体激光器）。它们要么是使用某种激光晶体或大块玻璃的体激光器，要么是光纤激光器（尽管术语 DPSSL 不太常见于光纤激光器）。 这两个类别的输出功率范围从几毫瓦到几千瓦（高功率激光器）。

不太常见的是光泵浦半导体激光器（特别是 VECSEL = 垂直外腔面发射激光器），还有一些相对奇特的二极管泵浦气体激光器，例如 碱蒸气激光器。

激光二极管类型

有不同类型的激光二极管可用于二极管泵浦，并且在光功率方面有很大差异：

• 低功率激光器（高达约200 mW）可以用小型边缘发射激光二极管泵浦。这些激光器表现出基本上是衍射极限的光束质量，使固态激光器相当容易实现同样的效果。
• 广域激光二极管通常能产生几瓦的功率，适合用于泵浦输出功率达几瓦的固体激光器。它们的光束质量基本上是不对称的，但通常仍然足以在不使用复杂光学元件的情况下实现衍射极限的激光输出。
• 高功率二极管棒发射数十瓦（甚至超过 100 W），允许更高的输出功率，特别是当几个排组合在一起时。 它们的输出光束强烈不对称，光束质量差，因此它们的辐射（亮度）远低于低功率二极管。 各种类型的光束整形器用于使光束对称。 这使得泵浦体激光器或将光耦合到光纤中变得更加容易。
• 对于最高功率，通常使用二极管堆。它们的光束质量仍然较差，亮度较低，但可以提供多千瓦的功率。

然而，对于具有高脉冲能量和低脉冲重复率的Q开关激光器，有时会采用在有限的时间间隔内（例如100μs）具有较高峰值功率的准连续波操作。一些泵浦二极管为这种操作模式进行了明确的优化。

根据激光二极管的类型，使用不同种类的泵浦光学器件。也可以使用光纤耦合二极管激光器，这样就可以将实际的激光头与另一个包含泵浦二极管的封装分开，这样激光头就可以变得非常紧凑。

二极管泵浦的优点

有一些微型固态激光器具有出色的效率、光束质量、光谱纯度和稳定性，其中一些甚至可能是电池供电的。

二极管泵浦的高功率固体激光器可以提供千瓦级的输出功率和相当高的光束质量。这尤其适用于薄盘激光器，但也适用于高功率光纤激光器和放大器。

二极管泵浦对于大量的锁模激光器来说也是必不可少的，例如，在亚皮秒脉冲中产生远远超过100W的平均输出功率，或者用于电信应用的皮秒脉冲，脉冲重复率高达50GHz。

限制

在二极管泵浦的早期，可实现的输出功率非常有限--比灯泵浦激光器的功率小。然而，在此期间，高功率二极管棒和二极管堆已经变得非常强大，现在最高的输出功率通常是通过二极管泵浦实现的。

二极管泵浦（与灯泵浦相比）的主要缺点是每瓦泵浦功率的成本要高得多。 这对于高功率来说是严重的，特别是对于产生高能量的脉冲来说，在有限的时间内需要相当高的泵功率。由于这个原因，在需要高功率和特别高的脉冲能量的情况下，仍然使用灯泵。例如，灯泵浦的Q开关Nd:YAG激光器仍然广泛用于激光打标，并且不会很快被二极管泵浦的激光器取代。在某些应用中，甚至需要焦耳级的脉冲能量和几十千瓦的泵浦功率，而低重复率（如10赫兹）使热效应可控，低功率转换效率可接受。

激光二极管的电气稳定性不如气体放电灯。例如，它们可能很快被过大的驱动电流或静电放电所破坏。然而，与正确设计的电子设备相结合，这种情况不应该发生。问题也可能来自光学反馈。

应用

二极管泵浦固体激光器有着非常广泛的应用。在激光应用文章中会提及到所有的应用领域。