四、碟片激光器及其在工业中的应用
碟片激光器(Disk Laser)，又称圆盘激光器，它与传统的固体激光器的本质区别在于激光工作物质的形状。将传统的固体激光器的棒状晶体改为碟片晶体，这一创新理念将固体激光器推向了一个新时代。碟片激光器以其极佳的光束质量和转换效率在工业制造业中得到了日益广泛的应用。本文简要介绍了碟片激光器的基本原理、构造、特点以及在工业中的一些应用。
1、为什么采用碟片晶体?
激光器设计过程的一个重要问题是激光工作物质的冷却，冷却效果直接关系到激光器的质量。如图1所示，由于传统的棒状激光晶体只能侧面冷却，即冷却须通过晶体棒的径向热传导来实现，因此棒内温度呈抛物线形型分布，导致在棒内形成所谓的热透镜。这种热透镜效应会严重影响激光束的质量，并随抽运功率的变化而变化。抽运功率越大，热透镜效应越大，热透镜的焦距越短，激光甚至可能由稳态变为非稳态，从而严重限制了固体激光器向高功率方向的发展。
图1 作为激光工作物质的棒状晶体（a）与碟片晶体（b）的比较
碟片激光晶体的厚度只有200斗m左右，抽运光从正面射入，而冷却在晶体的背面实现。因为晶体很薄，径厚比很大，因此可以得到及时有效的冷却，这种一维的热传导使得晶体内的温度分布非常均匀，因此碟片激光晶体从根本上解决了上述热透镜问题，大大改善了激光束质量、转换效率及功率稳定性。
2、碟片晶体的抽运
将棒状晶体改为碟片晶体来消除热透镜效应，人们自然要问：如此薄的晶体，如何实现抽运光的有效吸收?如何获得足够的增益?的确，如果抽运仍采用传统激励方法，一束抽运光仅照射工作物质一次，很难实现足够大的输出功率。人们同时还需要对碟状晶体的抽运进行创造性的构思和精密的设计才能将上述创新理论变为现实。
图2为通快(TRI雕PF)碟片激光器晶体腔体的示意图。由二极管阵列组成的抽运模块发射抽运光束，经准直后进入晶体腔体，借助于腔内的抛物形反射镜聚焦在晶体上，被晶体吸收一部分后，透射的那部分光被晶体背面高反射镀层反射，又被晶体吸收一部分，然后人射到腔内的棱镜上，再由抛物形反射镜和其他反射镜聚焦在晶体上。如此重复往返的入射使得一束抽运光自从抽运模块发出、进入晶体腔体至离开晶体腔体的过程中将途经激光晶体20次。抽运光能量被激光晶体充分吸收。这种方法可使光-光转换效率高达65％。
图2 碟片晶体的抽运
