灯泵浦激光器

掺杂绝缘体的固体激光器基本上都是光学泵浦的，泵浦源通常是激光二极管或某种气体放电灯；在极少数情况下，人们会使用卤钨灯，它不是气体放电灯，而是类似于普通白炽灯。

灯的类型

用于激光泵浦的气体放电灯可分为两类：弧光灯和闪光灯。弧光灯为连续波操作进行了优化，而闪光灯为自由运行的或调Q激光器产生泵浦脉冲。请注意，闪光灯一词有时被错误地用来代替弧光灯，而弧光灯不一定是基于电弧放电，但可能使用辉光放电。

两种类型的灯基本上都由一个玻璃管组成，玻璃管充满一些气体（例如氪气或氙气，在几个大气压下），两端各有一个金属电极。闪光灯通常由一个电容器提供电能，能量通过一些电子元件（脉冲形成网络）传输，这些电子元件会影响泵脉冲持续时间。

对于固体激光器的泵浦，通常使用电极间距在5至15厘米之间的线性灯。短弧灯的电极间距通常小于1 mm，有时也带有碳电极，用于其他目的（短弧灯的电极间距通常小于1 mm，有时也带有碳电极，用于其他目的）。灯的电极形状取决于操作模式：闪光灯有圆形阴极，而尖形阴极更适用于弧光灯，它们以更低的电流运行。施加的电流密度也会对产生的光谱产生重大影响；连续运行的弧光灯通常表现出明显的线状光谱，而进入电弧状态的闪光灯则具有更平滑的光谱形状。

泵浦腔

灯泵浦激光器的激光晶体通常是一根比较长的侧面泵浦棒，适应灯管的长度。在许多情况下，激光棒和灯被放置在一个带有反射壁的椭圆形泵浦腔内，这样产生的泵浦光有较大比例可以被激光棒吸收。多余的热量由冷却水带走，并且可以使用额外的过滤玻璃来保护激光棒，不受气体放电灯发出的紫外线的影响。另一种适用于灯泵浦的固态激光器是端面泵浦板条激光器。Here, an array of lamps pumps a slab through its large face, possibly from both sides. The pump light may be injected through a layer of cooling water.

在任何情况下，灯的低亮度（更准确地说：低辐射）限制了几何体的选择。例如，末端泵浦需要更高的辐射，因此只有使用激光二极管（或有时其他类型的激光器）才能实现。

增益介质

关于增益介质，最常见的灯泵浦激光器是 Nd:YAG 激光器。 这种情况下大多使用氪气灯，因为氪的发射在750纳米和900纳米之间的区域很强，而Nd:YAG在这个区域有很强的吸收线。其他掺钕激光增益介质，例如 Nd:YLF 和 Nd:YVO4 也适用。它们具有相对较宽的吸收带并且是四级激光介质，因此它们可以在中等泵浦强度下使用，并利用灯光谱的很大一部分。不太常见的灯泵浦激光器是基于变石（使用氙灯）、Ti:蓝宝石、Cr:LiSAF或激光染料。

通常，灯泵浦激光器需要较大的激光晶体。这使得难以应用某些晶体类型，因为很难获得大块高质量晶体。可以做得非常大的陶瓷激光增益介质是适用的。

灯泵浦的优缺点

尽管二极管泵浦激光器由于许多优点而变得非常普遍，但灯泵浦激光器仍将继续用于很久。

主要优点是：

• 可以产生非常高的泵浦功率（特别是峰值功率），并且可以产生非常高的脉冲能量（例如数百焦耳）。
• 与激光二极管相比，灯的每瓦泵浦功率的价格要低得多。
• 灯具相当坚固，例如不受尖峰电压或电流的影响。

缺点是：

• 激光灯的使用寿命通常非常有限—通常为数百或数千小时。然而，达到的灯寿命在很大程度上取决于操作参数。
• 激光器的插墙效率很低——通常最多只有几个百分点。 其后果不仅是更高的电力消耗，而且是更高的热负荷，因此需要更强大的冷却系统和强大的热透镜效应，使其更难以获得良好的光束质量。
• 灯泵浦激光器的电力供应涉及高电压，这引起了额外的安全问题。
• 低辐射（与二极管激光器相比）和宽发射波长范围排除了许多固态激光增益介质。例如，准三能级激光器很难用灯泵浦。
• 灯泵浦源相对噪声较大，导致激光噪声水平较高。例如，调Q灯泵浦激光器通常表现出相对较强的脉冲间波动。
• 由于灯泵浦激光器的过程非常复杂，开发一个全面的物理模型来定量预测激光器的性能通常是不现实的。相比之下，许多二极管泵浦激光器的性能更容易预测；在简单的情况下，甚至几个相当简单的方程式就足够了。

然而，设备寿命、功率效率、冷却和热透镜不是真正重要的问题，例如，当闪光灯以低脉冲重复率和低平均功率运行时，如雕刻和标记系统中所需。在这种情况下，灯特有的优势显然占主导地位。 另一方面，高功率连续波灯泵浦激光器以及以高脉冲重复率工作的脉冲激光器已在很大程度上被二极管泵浦设备所取代，例如更紧凑的棒状激光器、薄盘激光器和光纤激光器。